東景潔，王月婧

（中交一航局第三工程有限公司，遼寧大連116083）

氣囊頂升移運(yùn)沉箱工藝的改進(jìn)和完善

東景潔，王月婧

（中交一航局第三工程有限公司，遼寧大連116083）

重力式碼頭施工常會(huì)依地而建臨時(shí)沉箱預(yù)制場(chǎng)，在出運(yùn)沉箱工藝選擇時(shí)，由于氣囊出運(yùn)沉箱工藝具有成本低、施工高效的優(yōu)點(diǎn)而備受青睞。文章針對(duì)氣囊廊道結(jié)構(gòu)選擇、氣囊頂升安全、連鎖沉箱工藝，通過工程實(shí)踐和深入摸查，從加快施工進(jìn)度、減少投資、保證工藝安全角度，提出收效良好的氣囊出運(yùn)沉箱工藝改進(jìn)措施。

氣囊頂升；移運(yùn)；沉箱

0　引言

隨著船舶大型化和水上運(yùn)輸事業(yè)的發(fā)展，沉箱重力式碼頭結(jié)構(gòu)被越來越多地采用，沉箱需求量逐年增多。為了滿足建設(shè)進(jìn)度需要和減少沉箱預(yù)制相關(guān)的措施費(fèi)用，施工單位會(huì)采取建設(shè)臨時(shí)簡(jiǎn)易沉箱預(yù)制場(chǎng)，利用橡膠氣囊完成沉箱陸上頂升、移運(yùn)。但是，采用氣囊頂升、移運(yùn)沉箱是多機(jī)械配合的施工過程，稍有不慎就會(huì)發(fā)生重大質(zhì)量或安全事故。在此介紹氣囊頂升、移運(yùn)沉箱施工工藝的改進(jìn)和完善措施，有助于加快施工進(jìn)度、提高施工安全系數(shù)和降低施工成本。

1　工藝簡(jiǎn)介

利用氣囊頂升、運(yùn)移沉箱施工設(shè)備主要由氣囊、氣囊充氣系統(tǒng)、卷揚(yáng)機(jī)牽引系統(tǒng)三部分組成。沉箱陸上頂升、移運(yùn)時(shí)，通過空壓機(jī)對(duì)超高壓氣囊充氣，利用氣囊充氣后的擴(kuò)張力承受沉箱重力荷載頂升沉箱，利用卷揚(yáng)機(jī)水平方向牽引力克服沉箱下氣囊的滾動(dòng)摩擦力實(shí)現(xiàn)移運(yùn)[1]。一般情況下，在用于沉箱出運(yùn)的牽引地牛和連鎖沉箱主繩間設(shè)滑輪組，以減小卷揚(yáng)機(jī)鋼絲繩承受的牽引荷載。沉箱預(yù)制前，需制定完善的沉箱出運(yùn)專項(xiàng)方案，選配牽引地牛、卷揚(yáng)機(jī)、氣囊、牽引索具、支墊物等。

2　施工工藝改進(jìn)

頂升、移運(yùn)沉箱作業(yè)包括沖砂、連鎖沉箱、頂升沉箱、工字鋼和蓋板抽除、沉箱橫縱移、沉箱臨時(shí)支墊等內(nèi)容。以下結(jié)合目前氣囊頂升、移運(yùn)沉箱施工工藝中存在的缺陷，提出改進(jìn)方法和措施。

2.1優(yōu)選氣囊廊道結(jié)構(gòu)形式

2.1.1鋪設(shè)式廊道Ⅰ型（“工字鋼+竹膠板”式廊道）“工字鋼+竹膠板”式廊道是在預(yù)制平臺(tái)上按一定間距（滿足氣囊安全抽穿的要求）鋪設(shè)工字鋼做枕梁，工字鋼上覆竹膠板作為沉箱承載面。由于竹膠板剛度低，在鋪設(shè)竹膠板前需要在廊道內(nèi)填砂并振沖，保證承載面剛度，見圖1。在沉箱出運(yùn)階段，需先將廊道內(nèi)填砂用高壓水沖除才可穿放氣囊進(jìn)行沉箱頂升施工。為節(jié)約投資，許多臨時(shí)沉箱預(yù)制場(chǎng)通常會(huì)選用此種廊道結(jié)構(gòu)，例如福建泉州港的斗尾沉箱預(yù)制場(chǎng)。

圖1　“工字鋼+竹膠板”式廊道結(jié)構(gòu)斷面Fig.1 Cross-section of"I-beam+Plywood"corridor structure

此廊道結(jié)構(gòu)適用于臨時(shí)預(yù)制場(chǎng)使用時(shí)間短，沉箱數(shù)量較少，本地區(qū)無后續(xù)工程再需預(yù)制沉箱的情況。當(dāng)預(yù)制場(chǎng)需預(yù)制沉箱數(shù)量較多，或可預(yù)見到本地區(qū)仍有多個(gè)后續(xù)工程需要預(yù)制沉箱時(shí)，使用此種沉箱出運(yùn)的廊道結(jié)構(gòu)將不再適用，會(huì)有以下缺點(diǎn)：

1）沉箱出運(yùn)時(shí)，沖砂速度緩慢，影響沉箱出運(yùn)進(jìn)度。

2）廊內(nèi)沖砂施工會(huì)造成場(chǎng)內(nèi)出現(xiàn)大量積砂和積水，將會(huì)影響場(chǎng)內(nèi)文明施工，且不可避免的會(huì)影響到鄰近沉箱施工進(jìn)度。

3）工字鋼上覆竹膠板大多只能使用一次，且考慮填充和掏除砂的施工成本，當(dāng)沉箱預(yù)制數(shù)量較多時(shí)其施工成本并不低廉。

2.1.2鋪設(shè)式廊道Ⅱ型（“工字鋼+蓋板或木方”式廊道）

“工字鋼+蓋板或木方”廊道和“工字鋼+竹膠板”式廊道結(jié)構(gòu)相近，區(qū)別是取消氣囊廊道內(nèi)的振搗填砂，用強(qiáng)度和剛度更好的鋼蓋板或木方代替竹膠板作為預(yù)制平臺(tái)承載面，見圖2、圖3。例如廣西北海鐵山港石頭埠作業(yè)區(qū)2號(hào)泊位的沉箱出運(yùn)采用此種廊道結(jié)構(gòu)。

此種氣囊廊道結(jié)構(gòu)適用于各類利用氣囊頂升沉箱的沉箱出運(yùn)施工。相較于其它氣囊廊道結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）相較于廊內(nèi)填砂的“工字鋼+竹膠板”式廊道，本法具有施工速度快、不污染場(chǎng)地的優(yōu)點(diǎn)。

2）此種方法對(duì)預(yù)制場(chǎng)地基條件要求不高，對(duì)多型號(hào)沉箱預(yù)制適應(yīng)性強(qiáng)。

圖2　“工字鋼+蓋板或木方”廊道結(jié)構(gòu)斷面Fig. 2 Cross-section of "I-beam+ Cover or Wood beam" corridor structure

圖3　鋼蓋板結(jié)構(gòu)斷面Fig.3 Cross-section of SteelCover

3）工字鋼上覆的蓋板或木方倒運(yùn)方便，可周轉(zhuǎn)使用，且施工用具殘值較高，長(zhǎng)遠(yuǎn)來看是比較經(jīng)濟(jì)合理的。

2.1.3下臥式廊道

預(yù)制場(chǎng)平臺(tái)建設(shè)時(shí)，在平臺(tái)上留設(shè)下臥式混凝土溝槽，上覆蓋板或木方形成平臺(tái)。沉箱預(yù)制時(shí)可在此平臺(tái)上直接放線施工，待沉箱出運(yùn)時(shí)，向廊道內(nèi)穿入橡膠氣囊，加壓充氣完成沉箱頂升，見圖4。此種廊道在山東嵐山和龍口、福建泉州都有所應(yīng)用，例如福建泉州港秀涂作業(yè)區(qū)16號(hào)泊位的沉箱出運(yùn)采用此種廊道結(jié)構(gòu)。下臥式溝槽廊道結(jié)構(gòu)適用于沉箱型號(hào)相近、數(shù)量較多、沉箱預(yù)制場(chǎng)設(shè)計(jì)使用時(shí)間較長(zhǎng)，場(chǎng)內(nèi)地基條件良好的情況。由于此廊道結(jié)構(gòu)對(duì)外界環(huán)境有諸多要求，再考慮到成本、進(jìn)度的因素，總結(jié)出此種廊道結(jié)構(gòu)具有以下缺點(diǎn)：

圖4　下臥式廊道結(jié)構(gòu)斷面Fig.4 Cross-section of lower horizontal corridor structure

1）下臥式溝槽廊道在沉箱預(yù)制平臺(tái)上是固定的，其間距、位置均不可變，當(dāng)沉箱型號(hào)改變，底平面尺寸和重量變化較大時(shí)，會(huì)給施工帶來一定麻煩。

2）采用下臥式溝槽廊道的施工工藝要求地基條件不能過差。當(dāng)場(chǎng)內(nèi)地基軟弱、條件較差時(shí)，采用此工藝就需要進(jìn)行地基處理或澆筑較厚的鋼筋混凝土溝槽基礎(chǔ)，如此將會(huì)大大提高預(yù)制場(chǎng)的建設(shè)成本，往往得不償失。

3）由于下臥式溝槽廊道的結(jié)構(gòu)尺寸精度要求較高，在平臺(tái)建設(shè)施工時(shí)進(jìn)度會(huì)相對(duì)緩慢，很可能會(huì)拖延預(yù)制場(chǎng)建設(shè)施工總進(jìn)度。

綜上各類氣囊廊道結(jié)構(gòu)的介紹和適用條件分析，可得出以下結(jié)論：當(dāng)預(yù)制場(chǎng)地基條件較好、沉箱數(shù)量較多、預(yù)制場(chǎng)設(shè)計(jì)使用時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，可選用下臥式溝槽廊道或鋪設(shè)式“工字鋼+蓋板或木方”廊道；當(dāng)臨時(shí)預(yù)制場(chǎng)地基條件較差、沉箱預(yù)制數(shù)量較少、現(xiàn)場(chǎng)文明施工要求不高時(shí)，則可選鋪設(shè)式“工字鋼+竹膠板”廊道。

2.2配備移動(dòng)式充放氣控制站

目前大多利用氣囊出運(yùn)沉箱施工時(shí)，氣囊充氣的操作人員均緊隨在氣囊附近，觀察氣壓表情況，以及時(shí)為氣囊充氣或排氣。但根據(jù)行業(yè)施工安全技術(shù)操作規(guī)程，沉箱移運(yùn)時(shí)，沉箱兩側(cè)20 m范圍內(nèi)設(shè)工作警戒，高壓氣囊充氣過程中，工作人員要遠(yuǎn)離氣囊5m以上[2]，由此可見，緊隨氣囊進(jìn)行充放氣操作是不符合操作規(guī)程的，存在安全隱患的。

另外，在沉箱頂升工序中，施工前所有氣囊是未加壓承載的狀態(tài)，由于現(xiàn)場(chǎng)空氣壓縮機(jī)數(shù)量有限或者功率較小的原因，不能做到對(duì)沉箱下所有氣囊同時(shí)均勻充氣加壓，因此施工時(shí)就會(huì)出現(xiàn)對(duì)氣囊逐個(gè)并多次的重復(fù)加壓情況，沉箱頂升工序的時(shí)間延長(zhǎng)的同時(shí)，也增大了諸多安全隱患[3]。

為改進(jìn)沉箱頂升時(shí)氣囊不能同步加壓承載，降低氣囊充氣操作失誤概率，避免氣囊充氣環(huán)節(jié)人員需緊隨操作的弊病，提出引入移動(dòng)式充放氣控制站的改進(jìn)措施。

移動(dòng)式充放氣控制站即在沉箱出運(yùn)要求的安全距離上設(shè)置集中控制站，針對(duì)每條氣囊對(duì)號(hào)配置充放氣支路，設(shè)氣壓表量測(cè)壓力，可將高壓空氣通過閥門控制、膠管輸送傳遞給沉箱下橡膠氣囊，待泄壓的氣囊也可通過控制站的排氣閥將空氣排出。采用移動(dòng)式充放氣控制站可實(shí)現(xiàn)沉箱頂升階段的氣囊同步加壓，縮短工序時(shí)間，減少誤操作和氣囊意外傷人等安全隱患發(fā)生的概率。

2.3改進(jìn)連鎖沉箱工藝

氣囊移運(yùn)沉箱時(shí)，用于拖拽沉箱的主繩需與沉箱通過一定方式連接，現(xiàn)有的連接方式有鋼絲繩圍捆式、鋼架套箍式，預(yù)埋拖拽拉環(huán)式等方式。

2.3.1鋼絲繩圍捆和鋼架套箍連鎖沉箱

鋼絲繩圍捆式和鋼架套箍式兩者形式相同，即利用鋼絲繩或鋼架圍繞沉箱一圈或多圈后將其連鎖于拖拽沉箱主繩上，見圖5。由于鋼絲繩圍捆圈數(shù)多、鋼架重量大的原因，該工藝會(huì)嚴(yán)重降低施工效率，增加施工成本，且該工序會(huì)對(duì)相鄰平臺(tái)沉箱預(yù)制施工產(chǎn)生影響。同時(shí)，若采用以上工藝連鎖矩形沉箱，即使對(duì)沉箱做護(hù)邊防護(hù)，拖拽沉箱施工時(shí)仍會(huì)不可避免的對(duì)沉箱造成破壞。

圖5　鋼絲繩圍捆沉箱Fig.5 Thew ire rope tied around caisson

2.3.2預(yù)埋拖拽拉環(huán)連鎖沉箱

在沉箱預(yù)制時(shí)預(yù)埋沉箱出運(yùn)用拖拽拉環(huán)，沉箱出運(yùn)時(shí)利用卸扣將主繩與拉環(huán)連鎖實(shí)現(xiàn)拖拽沉箱的目的。此種方式雖簡(jiǎn)易便捷，但由于拉環(huán)外突出沉箱一定長(zhǎng)度，且長(zhǎng)度不宜過?。粲凶銐虬惭b卸扣的長(zhǎng)度），在沉箱拖拽時(shí)受橫向剪力作用大，極易破壞預(yù)制構(gòu)件。

2.3.3穿銷式連鎖沉箱

在沉箱預(yù)制時(shí)在沉箱四角預(yù)留牽引孔埋件（牽引孔預(yù)留在沉箱邊角處，距離沉箱底面30 cm左右，以設(shè)在沉箱底板厚度取中位置最佳（圖6）。對(duì)有外趾的沉箱可將牽引孔設(shè)在外趾上），使沉箱向各方向移動(dòng)時(shí)均有拖拽點(diǎn)和后拉點(diǎn)。沉箱每一角預(yù)留橫豎2個(gè)牽引孔：其中一孔穿拖拽拉銷，做拖拽沉箱用；另一孔穿輔助拉銷，保證拖拽鋼絲繩與沉箱移運(yùn)走向平行，避免拖拽拉銷脫出。拖運(yùn)沉箱時(shí)，前進(jìn)方向的兩角鋼絲繩前拉拖拽沉箱前行，后角鋼絲繩后拉（溜尾）控制沉箱行進(jìn)方向和速度，如此共同作用實(shí)現(xiàn)沉箱平穩(wěn)移運(yùn)[4]。此種連鎖沉箱方式在大連長(zhǎng)興島拆船駁岸項(xiàng)目、太平灣港區(qū)一港池散雜碼頭項(xiàng)目上都有應(yīng)用。

采用此法連鎖沉箱的施工注意要點(diǎn)：

1）沉箱預(yù)制前要根據(jù)沉箱重量和行走通道對(duì)氣囊的摩擦系數(shù)測(cè)算牽引沉箱所需牽引力，以配置牽引孔和拉銷。

2）牽引孔內(nèi)徑略大于拉銷直徑5～8 mm，牽引孔長(zhǎng)度在1.0m左右（根據(jù)拖拽拉力和沉箱混凝土抗壓強(qiáng)度確定）。拉銷安裝時(shí)探出牽引孔，留出容納主鋼絲繩的空間即可，不可探出過多。

3）輔助鋼絲繩長(zhǎng)度、直徑要選配得當(dāng)，保證拖拽沉箱主鋼絲繩緊貼沉箱，與沉箱行走方向平行，防止拉銷被拖出。

綜上，穿銷式連鎖沉箱工藝具有經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、對(duì)沉箱實(shí)體損害小的優(yōu)點(diǎn)，最重要的是此工藝可以提高沉箱出運(yùn)效率，對(duì)沉箱預(yù)制進(jìn)度無影響。

圖6　穿銷式連鎖沉箱Fig.6 Pin type connecting caisson

3　結(jié)語

氣囊頂升、移運(yùn)沉箱技術(shù)是沉箱出運(yùn)工藝的一次創(chuàng)新。超高壓氣囊頂升、運(yùn)移沉箱是一個(gè)多機(jī)具、多人員配合的綜合性施工過程，施工中的每個(gè)環(huán)節(jié)都可能存在潛在危險(xiǎn)，在成本和進(jìn)度方面也需盡量做到最優(yōu)，因此有些工序仍需改進(jìn)和完善。文章中所提的合理選用氣囊頂升廊道形式、設(shè)置移動(dòng)式充放氣控制站和利用穿銷連鎖沉箱的工藝，分別是在成本控制、工藝安全和施工進(jìn)度角度對(duì)氣囊出運(yùn)沉箱工藝提出的改進(jìn)和完善措施。以上措施的使用將有利于提高施工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，推動(dòng)氣囊出運(yùn)沉箱技術(shù)的發(fā)展。

[1]施國(guó)道，李秉實(shí).港口工程施工手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，1994. SHIGuo-dao,LIBing-shi.Portengineering constructionmanual [M].Beijing：China Communications Press,1994.

[2]JTS 205-1—2008，水運(yùn)工程施工安全防護(hù)技術(shù)規(guī)范[S]. JTS 205-1—2008,Water transportation project construction safety technicalspecifications[S].

[3]張先智，王迎，劉其杰.氣囊出運(yùn)沉箱的安全控制[J].海岸工程，2009（4）：85-88. ZHANG Xian-zhi，WANG Ying，LIU Qi-jie.The airbag safety controlof caisson transportation[J].Coastal Engineering,2009(4): 85-88.

[4]章廣賓.大型沉箱氣囊出運(yùn)安裝工藝研究與應(yīng)用[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2007. ZHANGGuang-bin.The installation technology research and application of large caisson transportation by airbag[D].Jinan:ShandongUniversity,2007.

Im provement of technology for airbag jacking and transfer of caissons

DONG Jing-jie，WANGYue-jing
（No.3Eng.Co.,Ltd.ofCCCCFirstHarbor Engineering Co.,Ltd.,Dalian,Liaoning 116083,China）

With the developmentofgravity quays,ithasbecome amainstream to build caisson prefabrication yards according to the local conditions.On selection of technological process for handling and transportation of caissonson prefabrication yards, the technology of airbag jacking and transferof caissons is favored by construction units because of low costand high efficiency. Based on airbag-corridor structure selection,the safety of airbag jacking and chain caisson process,Effective processing measures were proposed to improve rubber pneumatic bag jacking and transfer of caissons from the aspects of quickening construction progress,reducing investment,and guaranteeing technology safety through engineering practice and investigation. Keywords：airbag jacking;transfer and transportation;caisson

U655.4

B

2095-7874（2016）06-0052-04

10.7640/zggw js201606013

2015-12-24

2016-03-22

東景潔（1985—），男，天津市人，工程師，主要從事港口工程施工技術(shù)管理，土木工程專業(yè)。

E-mail：dongjingjie2008@126.com