趙彬

摘 要：以三亞新機(jī)場本島工程為例，在概述鋼圓筒設(shè)計(jì)要求及振沉船舶的選擇的基礎(chǔ)上，對其鋼圓筒振沉施工中包括運(yùn)輸船、起重船和定位駁在內(nèi)的各類施工船舶駐位方式進(jìn)行分析探討。結(jié)果表明，本工程所采用的鋼圓筒振沉施工船舶駐位方式充分考慮到風(fēng)力及水流力的影響，能保證鋼圓筒振沉施工效率的提升，且鋼圓筒定位準(zhǔn)確，并能有效解決本工程鋼圓筒振沉施工船舶駐位所面臨的技術(shù)難題，所形成的一套完整的工藝流程可為類似工程參考使用。

關(guān)鍵詞：鋼圓筒;振沉施工;船舶;駐位

中圖分類號：[U655.3+2]? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）11-0121-03

1 工程概況

三亞新機(jī)場主要為三亞鳳凰機(jī)場遷建及部分輔助設(shè)施新建，新機(jī)場占地面積共450hm2，跑道長和寬分別為3400m和60m，主降方向由西向東設(shè)置，能為大型飛機(jī)提供全載起降服務(wù)，單條跑道可以容納2000萬人次/a的吞吐需求，新機(jī)場建成后停機(jī)坪能同時(shí)停放40架大中型客機(jī)。新機(jī)場本島整體形態(tài)為圓角矩形，護(hù)岸長度20113m，用海面積2559萬m2，所形成陸地面積2420萬m2，東、西、南、北護(hù)岸長度分別為4395m、3227m、7756m和4778m。結(jié)合工程設(shè)計(jì)要求，三亞新機(jī)場本島南護(hù)岸7272.4m及東西護(hù)岸南側(cè)1km以內(nèi)的岸壁結(jié)構(gòu)均按照直立式鋼圓筒設(shè)計(jì)。鋼圓筒直徑30m，高33.5m，壁板厚22mm，厚30mm的加強(qiáng)板分別增設(shè)在鋼圓筒頂部1m和底部0.5m以內(nèi);相鄰鋼圓筒凈距3m，并通過鋼副格鎖口方式連接，見圖1所示;鋼圓筒主體材質(zhì)均采用Q345B型鋼，內(nèi)部加勁肋則采用Q235B型鋼材料，鋼圓筒筒頂標(biāo)高+2.0m，筒底標(biāo)高為-31.5m，共設(shè)置10個(gè)鋼圓筒，筒重670t/個(gè)。

三亞新機(jī)場本島工程鋼圓筒振沉施工采用12臺進(jìn)口APE-600型液壓振動錘聯(lián)動方案，單臺振動錘激振力4948kN，工作功率671.5kW，偏心距230kg·m，振動頻率1400rpm，上拔力2224kN，重量23t。該型號振動錘夾頭油缸未設(shè)置液壓鎖，若夾頭系統(tǒng)在夾頭加緊后發(fā)生泄漏，則主要由保護(hù)閥提供操作過程中的壓力，防止鋼圓筒發(fā)生脫落。液壓夾頭的開口幅度最大可達(dá)246.7mm，最小開口幅度下對應(yīng)的鋼圓筒夾緊厚度為30mm。此外，還配備有12套CAT-1200-HP動力柜，36個(gè)液壓夾具，12套液壓油管，機(jī)械同步系統(tǒng)、吊架和共振梁各1套。

2 鋼圓筒振沉船舶的選擇

考慮三亞新機(jī)場本島鋼圓筒最大重量、筒高以及振沉系統(tǒng)重量，并結(jié)合施工水域涌浪大，波浪波長及周期較長的客觀實(shí)際，為保證施工進(jìn)度、質(zhì)量和安全，選用船長×寬×型深為120m×48m×8m的4000t“一航津泰”起重船，船長×寬×型深為115m×32m×7m且載重1.3×104t的“海陽59”號甲板定位駁。考慮到本工程鋼圓筒必須長途運(yùn)輸，對運(yùn)輸船舶遠(yuǎn)洋運(yùn)輸能力及運(yùn)輸經(jīng)驗(yàn)有較高要求;此外，鋼圓筒重量大、高度高，還要求運(yùn)輸船具備較高的穩(wěn)定性及抗風(fēng)浪能力，鋼圓筒運(yùn)輸選擇使用船長×寬×型深為225m×43m×9m的“振華31”號7×104t遠(yuǎn)洋運(yùn)輸船。圓筒振沉施工主要船機(jī)表詳見表1。

鋼圓筒運(yùn)輸分2船次進(jìn)行，先通過“振華31”號運(yùn)抵施工現(xiàn)場，運(yùn)達(dá)后將運(yùn)輸船駐位于振沉鋼圓筒東側(cè)，使船艏朝南后正南正北駐位，并將運(yùn)輸船與就近鋼圓筒的距離控制在300m;再由位于待振沉鋼圓筒北側(cè)的“一航津泰”號船艏朝南2次駐位;定位駁應(yīng)駐位于待振沉鋼圓筒南側(cè)。

3 船舶駐位施工

3.1 運(yùn)輸船駐位

3.1.1 運(yùn)輸船系泊

綜合考慮三亞新機(jī)場本島鋼圓筒及振沉系統(tǒng)概況，結(jié)合施工水域自然環(huán)境，為保證施工進(jìn)度、質(zhì)量和安全，運(yùn)輸船駐位區(qū)域選定在本島東偏南方向300m處的280m×80m×（-8.5m）水域，該區(qū)域能保證在起重船動錨較少情況下取得最佳的鋼圓筒振沉施工效果[1]。運(yùn)輸船吃水深，船體長度及阻水面積大，為此，必須結(jié)合潮流方向進(jìn)行運(yùn)輸船駐位角度的確定，保證順流駐位。

三亞新機(jī)場本島鋼圓筒振沉所用施工所用運(yùn)輸船長240m，錨固系統(tǒng)薄弱，起重船起吊振動錘取筒過程中的定位精度難以保證，若通過海上打樁運(yùn)樁駁駐位方式，則對運(yùn)輸船駐位位置及數(shù)量要求較高，且無法實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸船順流駐位。為此，在本島之外的固定區(qū)域設(shè)定錨定系統(tǒng)，用于運(yùn)輸船纜繩的系掛，符合運(yùn)輸船穩(wěn)定性要求的同時(shí)，確保順流駐位。具體而言，將4個(gè)混凝土沉塊+錨鏈+浮筒組成的錨定系統(tǒng)分別設(shè)置在運(yùn)輸船設(shè)計(jì)駐位區(qū)域，并使該系統(tǒng)與船體呈縱向45°夾角，混凝土沉塊長×寬×高設(shè)計(jì)尺寸為4.5m×4.0m×4.0m，錨鏈為長度55m的100mm有擋錨鏈，高2m、直徑4m的浮筒通過錨鏈與混凝土沉塊綁固在海底，各浮筒上分別系掛6根尼龍纜繩。

3.1.2 運(yùn)輸船系泊系統(tǒng)受力

駐位結(jié)束后的鋼圓筒運(yùn)輸船受到風(fēng)力及水流力的影響較大，具體影響程度可以通過鋼圓筒及運(yùn)輸船受風(fēng)力影響的面積及運(yùn)輸船阻水面積量化得出，根據(jù)結(jié)果進(jìn)行運(yùn)輸船系泊系統(tǒng)可靠性評價(jià)。取風(fēng)速20.7m/s的八級橫風(fēng)、波浪力為風(fēng)力60%的最不利工況進(jìn)行鋼圓筒運(yùn)輸船受風(fēng)力及水流力影響程度的計(jì)算[2]。

（1）纜繩及錨鏈?zhǔn)芰?。八級橫風(fēng)作用力2590kN，按照風(fēng)力60%確定波浪力，則風(fēng)浪聯(lián)合作用力為4144kN。纜繩和錨鏈與運(yùn)輸船呈45°縱向夾角，則單個(gè)浮筒所承受的水平合力為2950kN，不均勻系數(shù)取1.1，則單個(gè)浮筒纜繩和錨鏈所承受的水平力為3250kN。使用實(shí)驗(yàn)拉力3300kN、斷裂拉力4450kN的有擋錨鏈，完全滿足設(shè)計(jì)要求。運(yùn)輸船上的纜繩主要為標(biāo)稱斷裂負(fù)荷1050kN、實(shí)際斷裂負(fù)荷1265kN的丙綸長絲繩，各浮筒上系裝6根纜繩符合運(yùn)行要求。

（2）混凝土沉塊抗拔力。將混凝土沉塊埋入與運(yùn)輸船距離106m的水域后計(jì)算得出沉塊所承受的垂向力為850kN，鋼筋混凝土沉塊空氣中和水中比重分別取2.3t/m3和1.3t/m3，則沉塊體積應(yīng)為72m3，沉塊在水中重量超出85t。沉塊在鋼圓筒振沉施工運(yùn)輸船駐位過程中主要發(fā)揮錨固的作用，若沉塊放置在泥面上，則其所承受的水平力主要通過混凝土沉塊和泥面之間的摩擦力平衡，這就要求混凝土沉塊的尺寸應(yīng)足夠大。而混凝土沉塊埋入泥面以下后，主要憑借其垂向抗拔力保持穩(wěn)固。在錨鏈?zhǔn)芰Φ那闆r下，其水平力主要由泥面下埋入的沉塊和周圍泥土間的摩擦力、土壓力等平衡，且混凝土沉塊底部與泥面的距離應(yīng)控制在5.0m以內(nèi)。

3.2 起重船與定位駁駐位

使用具有獨(dú)自定位能力及良好穩(wěn)定性，且船型吃水、尺寸、錨固力和打樁船、起重船均相似的“振駁28”號， 船長和寬分別為82m和28m，吃水5.5m，船角各設(shè)置1臺35t電動錨機(jī)并配備1只8t海軍錨，錨繩長650m。此外，沿船軸線艏處設(shè)置1臺50t錨機(jī)并配備12t海軍錨，艉處設(shè)置1臺35t錨機(jī)配1臺8t海軍錨。通過錨機(jī)能顯著提升鋼圓筒定位效率，且錨纜長度也符合下錨振沉鋼圓筒的要求。

起重船長98m、寬37m，鋼圓筒和振動錘總重1100t，在設(shè)計(jì)吊重下起重船舷外跨距62m，能起吊鋼圓筒并越過定位駁后定位和振沉。為保證起重船在運(yùn)輸船和待沉鋼圓筒之間良好移動，減少下錨次數(shù)，應(yīng)將起重船纜繩長度增加至900m。在船舶移動取鋼圓筒的過程中，2艘回轉(zhuǎn)拖輪應(yīng)分別靠泊于起重船左右船舷，對起重船起到協(xié)助取筒作用。

預(yù)制鋼圓筒共分10船次運(yùn)輸，首個(gè)鋼圓筒由定位駁運(yùn)抵振沉施工水域，第2～10個(gè)鋼圓筒則由2艘運(yùn)輸船交替運(yùn)輸，運(yùn)輸船順流駐位在新機(jī)場本島東南向距離本島300m處。定位駁則在起重船和待振沉施工鋼圓筒之間駐位，并在運(yùn)輸船船舷處交叉系掛2根牽牛繩，以方便運(yùn)輸船移位至鋼圓筒起吊位置。待運(yùn)輸船和定位駁同時(shí)駐位后，最后進(jìn)行起重船駐位。運(yùn)輸船駐位位置固定，而起重船和定位駁每振沉1次鋼圓筒后就應(yīng)調(diào)整錨位。

4 結(jié)論

綜上所述，三亞新機(jī)場本島鋼圓筒振沉施工主要存在鋼圓筒重量大、筒高較高、振沉系統(tǒng)較重，施工水域涌浪大，運(yùn)輸船吃水深、船體長度及阻水面積大，工期緊等難題，鋼圓筒預(yù)制后經(jīng)過長途運(yùn)輸至指定水域振沉施工，故要求運(yùn)輸船舶必須具備遠(yuǎn)洋運(yùn)輸能力、豐富的運(yùn)輸經(jīng)驗(yàn)及良好的抗風(fēng)浪性能。所設(shè)計(jì)的船舶系泊駐位工藝使鋼圓筒振沉施工效率及船機(jī)使用效率顯著提升，作業(yè)強(qiáng)度減小，創(chuàng)下了一日三筒的施工記錄。本工程所總結(jié)出的鋼圓筒振沉施工運(yùn)輸船、起重船和定位駁駐位系泊工藝可為類似工程提供借鑒參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]張洋，徐新成.全旋轉(zhuǎn)起重船在大直徑鋼圓筒振沉施工中的應(yīng)用[J].中國水運(yùn)，2018（02）：206-210.

[2]張鐵軍，劉昊檳，楊潤來.港珠澳大橋鋼圓筒振沉施工船舶駐位工藝[J].中國港灣建設(shè)，2015，35（07）：61-63.