大型沉箱半潜驳运输工艺.docx
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大型沉箱半潜驳运输工艺
2200t大型沉箱半潜驳运输工艺
1、工程概况
工程位于珠江口伶仃洋喇叭弯弯顶，广州市番禺区龙穴岛围垦区东南部,紧临南沙港区一期工程下游。
工程为二个5~10万吨级码头。
码头岸线长度700m，壁岸结构采用重力式沉箱结构，沉箱长17.84m，宽15m，高18.9m，单个沉箱重2237t。
共有沉箱36个，预制方量32220m3，共有A~E型5种规格。
工程造价为人民币万元，为广东省重点工程，2004年10月28日开工，计划工期405天。
沉箱安排在我局新会航建公司预制。
预制场地平面布置图如下图所示：
2、沉箱登船
、沉箱登船
本标段沉箱共有36个，单件重2237吨，沉箱出运通过气垫、水垫、气襄、轨道小车等水平运移方法的比较，认为利用气襄进行水平运移沉箱至半潜驳，半潜驳拖运至现场安装方案比较可靠。
沉箱有以下几个特点：
（1）本工程沉箱单件重量为2237吨，底面积为15m×17.84m，气襄运输适宜大重量的物体水平搬移。
（2）由于重量大，需水平移至半潜驳，移运过程中对船体的平衡要求比较高。
、气襄水平运移工艺流程
施工准备
清除沉箱底板内砂
气襄就位
充气
卷扬机牵引，沉箱前移
沉箱运至半潜驳
沉箱支垫
放气将气襄离开
沉箱在船上加固
半潜驳拖运至施工现场
半潜驳下潜释放沉箱
、沉箱登船码头支座结构
（1）岸壁码头：
经过改造的5000t级沉箱出运专用码头，可以满足3000t级沉箱出运的需要。
（2）承台：
岸壁承台及承台支座，该部分按照半潜驳出运要求配置，所以承台的形式似“┻”形，由钢筋混凝土浇注成一体。
（3）承台支座：
承台支座为半潜驳异形船艏接岸后的搁置支座，为防止台车运输沉箱上船时船艏下沉，支座采用QU120重轨或钢板埋设在承台前趾上。
、气襄参数选择及承载力计算
气襄参数的选择
选用气囊为“昌林”牌高强度橡胶尼龙缠绕气囊，囊体骨架材料为锦纶帘子布，锦纶帘子布密度95根/10CM宽，锦纶帘子线的断裂强力≥根。
囊咀为铝合金铸件，内管丝口G1”-2”，整体缠绕成型而成。
本工程采用直径为1.0m高压气囊，气囊许用的压力~。
气襄承载力计算
根据沉箱底面积为15m×17.84m2，选择单根气囊的长度为20.0m。
气囊承载面长度B=18.0m、气囊直径D=1.0m、气囊工作高度H==0.4m。
气囊受压变形后，其截面可看作由直径为H的2个半圆和长度为Ｂ、Ｈ的方形组成。
承载面宽：
B=∏（D-H）／2=*（）/2=0.942m
承载面积：
S=BL。
=∏（D-H）L／2=16.956m2
单根气囊的承载力：
F=SP=∏（D-H）LP／2=237T
当构件底面与地面处于水平时，囊体又全部均匀被压在构件底平面下处现一种规则形态，其囊横截面成正扁圆形状，此时每米囊体的承载量可参见下表：
表中H为气囊被压缩高度或称工作高度，D为气囊直径。
考虑最大重量的沉箱重2237t
所需气囊的数量：
N总=G／F=2G／（D-H）LP=个≈10个
式中：
L－气囊的承面长度
G－构件重量。
由于气囊是对称，考虑倍的安全系数，则最大沉箱需气囊的数量为12根。
摩擦系数：
气囊在硬地面水平滚动时，滚动摩擦系数一般取f=，本工程预制场地为砼硬化地面，滚动摩擦系数应小于。
气囊的摆放：
根据沉箱的结构特点以及操作的方便,气囊摆放一般采等间距布置,摆放见下图所示。
、牵引系统
牵引系统由12千瓦的JJM5型卷扬机1台、三柄滑轮与单柄滑轮组成滑轮组、ф28钢丝绳与ф40钢丝绳等组成，采用八字缆牵引沉箱。
根据已有施工经验，气囊起步所需牵引力在高度为0.4m时，约为构件重量的3％，并随着高度的降低而减少。
牵引速度控制在3m/mim左右。
、供气系统
供气系统采用“东风牌”4135K型6m3空压机1台，配100M长供气管及空气分配器。
、操作程序
1）检验供气系统和牵引系统，清扫出运通道及检查清理沉箱底部的杂物。
2）在沉箱底部气囊，注意对称排列整齐，相互平行供气，连接牵引系统。
3）半潜驳就位：
半潜驳靠驳上锚缆控制垂直靠岸壁，初步就位。
半潜驳注水调整船尾吃水，当半潜驳异形船首底部高于支座面20cm左右时，准确调整船位，使船与码头对接，然后注水使半浅驳异形船艏支承于岸壁承台支座，同时将半潜驳船体调平。
使半潜驳的的顶面标高与码头面标高相平。
4）启动空压机分别向各个气囊充气，当充气高度达到预定顶升高度，停止供气。
检查所有气囊的高度是否一致，不一致时可向单个气囊充气，使压力基本一致，不一致时可向单个气囊充气，使每个气囊高度与压力基本一致，直至沉箱离开支承枕木。
将气囊的进气阀关闭，停止供气，将枕木搬离沉箱。
5）在指挥人员的统一指挥下，启动卷扬机，拉动沉箱缓慢向前移运。
当沉箱前面空出１个气囊的间距时，停止牵引，摆入气囊，并充气到预定压力后，再重新牵引。
当后面移出的气囊快要离开构件时，打开排气阀排气，并运送到沉箱前面预定位置备用。
重复以上步骤，直至将沉箱移到半潜驳上。
6）在坡度不大于2%的下坡，利用卷扬机在沉箱的后呈对称状向后拉，抵消沉箱的前倾力，防止沉箱向前的运移速度过快。
7）当构件移到半潜驳上预定位置后，要调节好箱体平衡，停止牵引。
在构件底部垫上支承枕木，然后所有气囊均匀放气，构件平稳地落在支承枕木上。
8）沉箱落驳后需对沉箱进行加固，在沉箱底部用槽钢制成挡架与半潜驳甲板焊牢，沉箱顶部用钢丝绳与半潜驳的驾驶楼联结加固。
9）调整压舱内的压载水，使半潜驳的异形船艏离开岸壁承台支座，半潜驳离岸，然后拖运选定的下潜水域。
10）取出气囊，进行下一个构件的出运。
、机具设备材料配备表
序号
机具设备名称
数量
1
JJM5型卷扬机
3台
2
4135K型空压机
1台
3
ZLM50型装载机
1台
4
20T三柄滑轮
4个
5
5T单柄滑轮
6个
6
12T卸扣
4
7
5T卸扣
4
8
ф钢丝绳
400M
9
ф28钢丝绳
200M
10
493型高强度橡胶尼龙缠绕气囊
18个
11
半潜驳
1艘
12
拖轮
1艘
3、沉箱登船技术要点
3．1技术要点
沉箱从岸端牵引上半潜驳时，船舶处于漂浮状态，如何使沉箱能安全平稳地上船十分关键。
解决的办法有：
选择合适的船体尺寸，特别是需有足够长度，并设异形船艏搭岸，搭岸支座距船艏端为1.0m左右，当沉箱从岸端牵引上船时，船体会绕支座逐渐下沉，船尾吃水增加，船艏则绕支座转动上翘，船岸发生错牙，当沉箱已上船时，其错牙值为最大值。
此时船的平衡浮力近似一直角三角形的棱柱体，直角三角形的底边为支座至船尾的距离，高为船尾吃水增加值，棱柱体长为船宽，其浮力力臂等于浮心至支座的距离，即上述直角三角形底边长的2/3，由于船体较长，浮力力臂比沉箱的重力力臂大得多，因而船尾吃水增加不大，纵倾也小。
同时船尾至支座的距离比支座至船尾端的距离大，故实际船岸轨顶错牙极小。
以三航工3#半潜驳长54m，宽33.60m，预制沉箱自重2237t，沉箱重心至船艏距5m为例，简略计算如下：
图中：
L：
三航工3#半潜驳船长54m
L1：
支座至半潜驳船尾端的距离54-1=53m
L2：
支座至半潜驳船艏端的距离1.0m
B：
半潜驳型宽33.60m
P：
沉箱自重2237t
L3：
沉箱已上船,沉箱重心至尾轮即船艏端的距离5m
S1：
沉箱已上船,半潜驳船尾吃水增加值
S2：
与S1对应的半潜驳船首端上翘值,即船岸轨顶错牙值
α：
半潜驳纵倾角
δ：
水比重
P（L3-L2）=S1*L1*B*δ/2*2/3L1
2237*（5-1）=S1*53**1/2*2/3*54
S1=0.28m=28cm
S2=S1L2/L1=28*1/53=0.53cm
tgα=S1/L1=53=‰
根据以上计算，沉箱上船后船尾吃水只增加28cm，船尾纵倾‰，船岸顶部错牙仅0.53cm，且乘潮作业，所以只要沉箱上船前进行船体调平即可。
、注意点
沉箱在运移过程中在坡度不宜大于2%的，否则坡度的前倾力和后倾力过大很难抵消，且沉箱在运移过程有倾斜会有倾覆的危险。
在沉箱底部垫上支承枕木，所有气囊慢慢放气，沉箱平稳地落在支承枕木上，支承枕木摆放标高一致，且地基必须达到一定的承载力，确保沉箱各支点受力均匀。
出运通道必须清扫干净，不得有杂物，防止气囊被戳坏。
托板对称塞入沉箱的底部，位置必须准确，保证沉箱在运移过程受力状态合理，且托板必须与牵引的方向平行。
滑轮组与钢丝绳必须有专人看护，防止出现钢丝绳滑出滑轮或偏向等易常现象。
整个运移过程必有专人统一指挥，整个工序中必须有条不紊。
4、沉箱的拖运及下水
、沉箱拖运
沉箱在半潜驳上固定后，用2600HP的“三航拖2001”拖运至施工现场。
沉箱拖运对于运输过程中需穿越高栏港海域来说，显得十分关键。
该海域风浪较大，沉箱运输前必须对气象、海况进行调查，及时掌握短期（3天）预报资料，确定启航运输日期；运输时预期的风速应不大于6级，波高应不大于1.0m，如拖航过程中遇到大风，拖至其他附近港口避风。
新会预制厂至南沙工地约180km水路，航速5节（约9km/h），单程重载拖运需20小时；空载航速6节（约11km/h），单程约17小时。
沉箱上半潜驳和沉箱下水上浮各需6小时左右，因此一只沉箱的拖运约需49小时，加上其它因此，按每3天出运一只考虑。
、沉箱下水
沉箱随半潜驳拖运至现场座底潜驳下沉区后，天气、风浪条件允许情况下，由于为本工程的第一次沉箱下水作业，诸多工序需磨合，故应在高潮前5小时开始下水起浮，在高平潮1小时完成起浮作业。
半潜驳驻位方法：
原则上顺流驻位下潜，根据现场涨落潮趋势，座底潜驳应顺南北向驻位，艉在南，船处于下潜坑的中心。
下潜坑位于6-7#泊位之间，距码头前沿线约200m，坑底尺寸100m×100m，坑底标高-17m，根据业主协调，与一航五公司共同使用该下潜坑。
无起重船沉箱起浮：
半底潜驳驻位后，由驳吊将箱顶作业平台分块吊至箱顶安装，并安装潜水泵及输水管系，起重人员上沉箱。
半潜驳开始缓慢下潜，潜水泵开始作业往三排格仓注水，注水水位为前舱2.1m,中舱3.46m，后舱加压舱水3.46m。
当至沉箱吃水11m时，沉箱达到浮游稳定状态，带好沉箱缆索，由600HP拖轮牵引沉箱离开半潜孔，半潜孔放水上浮，离开下潜坑；拖轮顶推沉箱至养生场，按储存次序定好位，高平潮时注水后沉箱座底于已抛填0.5m厚砂层的-13m港池基床上。
半潜驳排水上浮并拖回，进行下一循环作业。
沉箱注水方法：
沉箱的前、中、后排格舱各设一道通长注水管，管尺寸为14吋，注水管二头接潜水泵，共计需10台潜水泵（备4台），每道注水管在每排4个舱格内各设一放水口，用阀门控制。
沉箱内侧的压载水高度已提前设置了标线，在注水过程中应根据沉箱整体吃水高度和箱体平衡状况，通过阀门控制，调节前、中、后排水位的协调上升和每排舱格内的水位同步。
沉箱浮游稳定计算
沉箱的浮游稳定性以定倾高度m表示。
m=ρ-a
其中：
ρ＝I/V（不考虑压载），I为沉箱在水面处的断面对纵向中心轴的惯性距；V--为沉箱的排水体积；考虑水压载时ρ＝（I-∑i）/V，
a--为沉箱重心至浮心的距离。
如果仓内无压载时，定倾高度m<0.2m，不稳定！
前舱加压舱水2.1m,中舱加压舱水2.9m，后舱加压舱水3.9m时，定倾高度m>0.2m，稳定！
下潜坑布置如下图所示。
5、结语
本工程共有36个沉箱，截止5月24日，已有7个沉箱成功运止广州港南沙港区的施工地点，证明整个沉箱运输方案是可行的。
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