楊建文，劉振山，李文玉

（1.中交天津港灣工程研究院有限公司，天津 300222;2.中交一航局第三工程有限公司，遼寧 大連 116083）

0 引言

導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)是一種新型的碼頭結(jié)構(gòu)形式，此種碼頭結(jié)構(gòu)具有整體性好，剛度大，抗風(fēng)、浪、流能力強(qiáng)，適合在巖基地質(zhì)條件且水深、浪大、流急地區(qū)建設(shè)碼頭。

通過波浪作用下導(dǎo)管架碼頭結(jié)構(gòu)施工期穩(wěn)定性的試驗(yàn)研究，對(duì)在施工期導(dǎo)管架四種施工狀態(tài)進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究[1]，得出了導(dǎo)管架在海上拖運(yùn)時(shí)，在波浪作用下的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及拖纜力；得出了導(dǎo)管架在存儲(chǔ)現(xiàn)場(chǎng)漂浮狀態(tài)下，在波浪作用下的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及錨纜力；得出了導(dǎo)管架在定位安裝時(shí)導(dǎo)管架扶正安裝的吊力；得出了導(dǎo)管架定位安裝后在沒有澆注水下混凝土嵌固導(dǎo)管架時(shí)，在波浪作用下穩(wěn)定狀態(tài)[2-3]。

本文根據(jù)導(dǎo)管架施工期試驗(yàn)研究的成果，總結(jié)出導(dǎo)管架施工工藝的流程及施工技術(shù)要求。

1 施工工藝流程

導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)圖見圖1。導(dǎo)管架施工包括以下6個(gè)階段。

1）導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2）導(dǎo)管架加工制造，包括：嵌巖孔開孔、施工的前期準(zhǔn)備工作。

3）導(dǎo)管架海上浮運(yùn)。運(yùn)輸導(dǎo)管架有2種方法，即船舶運(yùn)輸和海上浮運(yùn)。施工中，如果施工單位具有大型運(yùn)輸船舶和大型起重設(shè)備（1 000 t駁船、1 000 t吊船），可采用船舶運(yùn)輸?shù)姆椒?；否則，可采用海上浮運(yùn)方法。

4）導(dǎo)管架海上存儲(chǔ)。在以下兩種條件下，導(dǎo)管架需要在海上存儲(chǔ)：第一導(dǎo)管架制造后不立即運(yùn)輸；第二導(dǎo)管架浮運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)后不立即定位安裝。

圖1 導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)圖

5）導(dǎo)管架現(xiàn)場(chǎng)定位安裝。導(dǎo)管架定位安裝有兩種方法，①起重吊裝法。即用大型起重船（1 000 t）吊起，把導(dǎo)管架安放在嵌巖孔內(nèi)。②起重船輔助放水、放氣法。即施工單位只有中小型起重船（200～500 t），可用起重船輔助吊裝定位，然后放水、放氣使導(dǎo)管架利用自重沉至嵌巖孔內(nèi)。

6）現(xiàn)場(chǎng)澆筑水下混凝土嵌固導(dǎo)管架。導(dǎo)管架定位安裝后立即澆筑，把導(dǎo)管架嵌固在嵌巖孔中。

2 施工技術(shù)要求

2.1 導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要根據(jù)施工地區(qū)的地質(zhì)、水文氣象、波浪條件確定。采用船舶運(yùn)輸和起重吊裝法時(shí)，導(dǎo)管架8根主鋼管不用密封防水。采用起重船輔助放水放氣定位安裝法時(shí)，導(dǎo)管架8根主鋼管要密封防水并安裝放水放氣閥。試驗(yàn)研究中采用的是直徑φ150 mm的放水放氣閥門。

2.2 導(dǎo)管架加工制造

導(dǎo)管架加工制造最好在船臺(tái)上或船塢中進(jìn)行，其目的是為了下水漂浮。

2.3 導(dǎo)管架海上浮運(yùn)

導(dǎo)管架海上浮運(yùn)[4]可采用四點(diǎn)一拖的拖航形式。拖纜點(diǎn)選擇在導(dǎo)管架端部，拖纜總長度200 m≤L＜300 m，拖纜角度θ≤10°，纜繩可采用鋼絲纜或尼龍纜，拖纜破斷力Tu根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果選擇，Tu＞1 800 kN。

從試驗(yàn)研究結(jié)果分析，導(dǎo)管架浮運(yùn)過程中，其前傾角的大小，拖纜力的大小取決拖航速度U。速度快，前傾角及拖纜力大，速度慢，前傾角及拖纜力相對(duì)要小，所以導(dǎo)管架相對(duì)拖航速度U控制在 3～4 kn（1.54～2.06 m/s）之間。

從試驗(yàn)研究結(jié)果分析，導(dǎo)管架浮運(yùn)過程中，波浪對(duì)拖纜力的大小有一定影響。在相同周期時(shí)，波高越大拖纜力越大，所以浮運(yùn)中應(yīng)控制在波高應(yīng) H13%≤1.5 m,，周期 T ＜ 7 s。

由于導(dǎo)管架是透空結(jié)構(gòu)，波、流對(duì)導(dǎo)管架的橫向運(yùn)動(dòng)影響較小，這就使浮運(yùn)時(shí)，導(dǎo)管架的橫向擺動(dòng)不大，其運(yùn)動(dòng)軌跡基本是一條直線，因此導(dǎo)管架在拖航過程中只要主拖輪夠大可不用其它拖輪幫拖。

2.4 導(dǎo)管架海上現(xiàn)場(chǎng)存儲(chǔ)

試驗(yàn)中系縛導(dǎo)管架采用四點(diǎn)系縛，系纜點(diǎn)設(shè)在導(dǎo)管架頂端，系纜角ψ=300，錨纜為直徑φ=45 mm的鋼絲纜，海底沉墜重量P=270.0 t。

從試驗(yàn)結(jié)果看，系縛導(dǎo)管架升沉量和錨纜力的大小取決于波高的大小。相同周期條件下，波高大，升沉量和錨纜力大；波高小升沉量和錨纜力相應(yīng)也小。在試驗(yàn)條件下，導(dǎo)管架最大升沉量Z=1.80 m、最大錨纜力F=1 161 kN，海底沉墜沒有產(chǎn)生移動(dòng)。所以導(dǎo)管架海上存儲(chǔ)時(shí)，海上波高H13%≤2.50 m,，錨纜的破斷力應(yīng)選擇 Tu＞1 200 kN，沉墜重量P＞180 t。

2.5 導(dǎo)管架現(xiàn)場(chǎng)定位安裝

導(dǎo)管架運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)后，要進(jìn)行定位、安裝。施工中，要根據(jù)不同的運(yùn)輸方法、安裝方法選擇導(dǎo)管架的施工方法。

1）船舶運(yùn)輸，起重吊裝

施工單位具有大型運(yùn)輸船舶和大型起重船舶，所以可把導(dǎo)管架直接裝船運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行定位安裝。

2）海上浮運(yùn)，防水、放氣定位安裝

由于導(dǎo)管架的豎向重心較高，浮心偏低，因此導(dǎo)管架不能豎向漂浮，海上運(yùn)輸只能臥浮浮運(yùn)。導(dǎo)管架運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)定位、安裝時(shí)，首先要由起重船輔助把導(dǎo)管架扶正豎起定位，由起重船輔助放水、放氣使導(dǎo)管架利用自重沉至嵌巖孔內(nèi)。

從試驗(yàn)結(jié)果可以看到，起重船輔助豎起定位時(shí)的最大吊力P=270.0 t,這就要求起重船的吊裝能力P≥300.0 t；現(xiàn)場(chǎng)的波浪波高H13%≤1.2 m，周期≤7 s。

2.6 現(xiàn)場(chǎng)澆注水下混凝土嵌固導(dǎo)管架

導(dǎo)管架定位安裝后，應(yīng)立即澆注水下混凝土把導(dǎo)管架嵌固在嵌巖孔內(nèi)。如果導(dǎo)管架定位安裝后，不能立即澆注水下混凝土，這就需要關(guān)注在波浪作用下，導(dǎo)管架的穩(wěn)定狀態(tài)。

試驗(yàn)結(jié)果表明：

1）橫向浪作用導(dǎo)管架時(shí)

①在波高H13%=1.50 m,，周期T=6 s、7 s、8 s的波浪作用下，導(dǎo)管架有不同程度搖擺，但導(dǎo)管架沒有移動(dòng)。

②在波高H13%=2.0 m、2.50 m，周期T=6 s、7 s、8 s的波浪作用下，導(dǎo)管架不但有不同程度的搖擺，而且產(chǎn)生移動(dòng)，最大移動(dòng)距離為0.35 m。

2）縱向浪作用導(dǎo)管架時(shí)

①在波高H13%=2.0 m、2.5 m，周期T=6 s、7 s、8 s的波浪作用下，導(dǎo)管架既不搖擺也不移動(dòng)，導(dǎo)管架穩(wěn)定。

②在波高H13%=3.0 m，周期=6 s、7 s、8 s的波浪作用下，導(dǎo)管架有不同程度搖擺，但導(dǎo)管架沒有移動(dòng)。

3）45°浪作用導(dǎo)管架時(shí)

①在波高H13%=2.0 m、2.5 m，周期T=6 s、7 s、8 s的波浪作用下，導(dǎo)管架既不搖擺也不移動(dòng)，導(dǎo)管架穩(wěn)定。

②在波高H13%=3.0 m，周期T=6 s、7 s、8 s的波浪作用下，導(dǎo)管架有不同程度搖擺，導(dǎo)管架產(chǎn)生移動(dòng)，最大移動(dòng)距離為0.86 m。

根據(jù)以上試驗(yàn)研究數(shù)據(jù)，導(dǎo)管架定位安裝后不立即澆注水下混凝土嵌固導(dǎo)管架的條件是，橫向浪作用時(shí)，H13%≤1.50 m，周期＜8 s；縱向浪和45°浪作用時(shí)，H13%＜2.50 m，周期＜8 s。

3 結(jié)語

1）采用船舶運(yùn)輸和起重吊裝法時(shí),導(dǎo)管架8根主鋼管不用密封防水。采用起重船輔助放水放氣定位安裝法時(shí)，導(dǎo)管架8根主鋼管要密封防水并安裝放水放氣閥。放水放氣可采用直徑φ=150 mm的閥門。

2）導(dǎo)管架加工制造應(yīng)在船臺(tái)上或船塢中進(jìn)行。

3）拖纜總長度200 m≤L＜300 m，拖纜角度θ≤10°，拖纜可采用鋼絲纜或尼龍纜；波高H13%≤1.5 m，周期 T＜7 s。

4）導(dǎo)管架海上存儲(chǔ)時(shí)，海上波高H13%≤2.50 m，錨纜的破斷力應(yīng)選擇Tu＞1 200 kN，沉墜重量P＞180 t。

5）起重船輔助豎起定位時(shí)，起重船的吊裝能力P≥300 t；波浪波高H13%≤1.2 m，周期T≤7 s。

6）導(dǎo)管架定位安裝后不立即澆注水下混凝土嵌固導(dǎo)管架的條件是，橫向浪作用時(shí)，H13%≤1.50 m，周期＜8 s；縱向浪和45°浪作用時(shí)，H13%＜2.50 m，周期＜8 s。

參考資料：

[1]蔣冰，黃宣軍，楊建文，等.導(dǎo)管架施工期穩(wěn)定性試驗(yàn)研究[J].中國港灣建設(shè)，2013（1）：56-59.

[2]李文玉.馬跡山礦石中轉(zhuǎn)港擴(kuò)建工程整體物理模型試驗(yàn)報(bào)告[R].天津：中交天津港灣工程研究院有限公司，2005.

[3]蔣維清.船舶原理[M].大連：大連海事大學(xué)出版社，1998.

[4]施國道.港口工程施工手冊(cè)[M].天津：中交第一航務(wù)工程局有限公司，1994.