王甫學(xué)，趙 波

（長(zhǎng)江重慶航道工程局，重慶 404000）

引言

沉箱結(jié)構(gòu)具有水下工程量小、施工速度快、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，常用于碼頭、橋梁基礎(chǔ)等工程建設(shè)[1-3]。受施工條件和存放場(chǎng)地的限制，大多采用在預(yù)制廠制造沉箱，再通過水上運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝[4-6]。

沉箱預(yù)制安裝方案采用工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制，有利于沉箱質(zhì)量、安全、成本控制，且能夠有效避免季風(fēng)、臺(tái)風(fēng)、洋流等不利因素的影響，被廣泛應(yīng)用于沿海的碼頭工程、填島工程、棧橋工程、護(hù)岸等工程中[7-8]。

沉箱預(yù)制完成后，需要經(jīng)過幾十到上百海里的海上運(yùn)輸才能到達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)。因此，航道條件是影響沉箱運(yùn)輸?shù)囊粋€(gè)重要因素，會(huì)制約沉箱的安裝進(jìn)度與工期，進(jìn)而影響工程成本和工程效益。當(dāng)沉箱數(shù)量較多、工期較長(zhǎng)時(shí)，負(fù)效應(yīng)就會(huì)非常明顯，因此選擇安全、經(jīng)濟(jì)、合理的出運(yùn)安裝方式顯得尤為重要。

本文依托海口如意島西標(biāo)段項(xiàng)目，給出了受限航道中沉箱出運(yùn)安裝方案的擬定和比選過程，希望為類似項(xiàng)目的開發(fā)提供參考。

1 工程概況

?？谌缫鈲u填島工程位于海口市東部鋪前灣，南渡河口東北側(cè)，距海岸線約4.4 km，是中國(guó)第一大人工填海造島工程。西標(biāo)段工程項(xiàng)目長(zhǎng)11 148 m，其中直立護(hù)岸9 413.2 m，砂灘掩護(hù)段護(hù)岸1 734.8 m，包括地基處理、護(hù)岸、船閘、水閘等項(xiàng)目，工期為25 個(gè)月。直立式岸壁全部為鋼筋混凝土沉箱結(jié)構(gòu)，沉箱預(yù)制量大，各種型號(hào)沉箱共計(jì)581 個(gè)，具體如表1 所示。其中超過1 000 t沉箱 308 個(gè)，最小沉箱重 433 t，最大沉箱重1 719 t。

工程施工區(qū)域所在海域?yàn)槟隙山龊？跂|北側(cè)白砂淺灘，施工現(xiàn)場(chǎng)位于自然條件惡劣的開闊水域，水、風(fēng)和波浪對(duì)水的建設(shè)影響很大。

預(yù)制場(chǎng)位于南渡江口入海口附近，距如意島項(xiàng)目約4.4 m，距江東大道1 120 m。受入?？跀r門沙影響，入海口航道深度和寬度受到嚴(yán)重的限制，航道開挖最大深度3.5 m，最小寬度80 m，潮位0.4～2.1 m，且回淤情況比較嚴(yán)重。正常水深保證率3 m。沉箱預(yù)制場(chǎng)生產(chǎn)能力1.5 個(gè)/天。由于沉箱的數(shù)量多、工期長(zhǎng)，選擇能夠連續(xù)安裝的水上運(yùn)輸方案是必要的。

2 工程難點(diǎn)

本工程沉箱水上運(yùn)輸?shù)碾y點(diǎn)在于港池出口攔門沙航道的水深較淺，低潮3.5 m，高潮5 m。1 800 t 以上浮吊和重載3 000～5 000 t 駁船吃水深度為4～4.5 m，在高潮位時(shí)才能夠進(jìn)出航道，船舶進(jìn)出時(shí)間保證率在30 %，錯(cuò)過高潮時(shí)間段浮吊和駁船只能選擇候潮進(jìn)出港。如果加大航道水深至4 m，航道的單次清淤量達(dá)100 萬(wàn)立方米，且航道的淤積加速需要常年派船維護(hù)，費(fèi)用較高，同時(shí)會(huì)對(duì)兩岸的護(hù)坡造成嚴(yán)重影響。

在海況良好時(shí)，平均每天需要安裝2 個(gè)沉箱。如何利用現(xiàn)有航道完成沉箱水上運(yùn)輸，實(shí)現(xiàn)沉箱的生產(chǎn)速度和安裝速度相匹配，滿足工程進(jìn)度的需要，且同時(shí)滿足經(jīng)濟(jì)合理、降低成本的要求，是施工方案必須解決的重要問題。

3 沉箱水上運(yùn)輸方案

沉箱陸上運(yùn)輸采用氣囊法運(yùn)送至碼頭，再經(jīng)水上運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)安裝。氣囊法對(duì)地基承載力要求低，適用于預(yù)制場(chǎng)地小、連續(xù)預(yù)制出運(yùn)較多沉箱的情況。

目前國(guó)內(nèi)外沉箱的水上運(yùn)輸方案有浮運(yùn)拖帶、拖輪拖帶半潛駁運(yùn)輸、駁船配合浮吊船運(yùn)輸和浮吊吊運(yùn)等。

浮運(yùn)方式安全風(fēng)險(xiǎn)高、運(yùn)輸緩慢，一般僅用于風(fēng)浪小、距離短的工程，不適用于本工程。

拖輪拖帶半潛駁運(yùn)輸方式的成本較低，但其對(duì)航道水深要求高。當(dāng)施工區(qū)域水深不夠時(shí)還要設(shè)置專門的下潛區(qū)，給安裝帶來(lái)了諸多不便，且其出運(yùn)的步驟較多，導(dǎo)致出運(yùn)時(shí)間偏長(zhǎng)。此外，其出運(yùn)時(shí)需要浮吊助浮，會(huì)增加海上掛鉤的安全風(fēng)險(xiǎn)。

駁船配合浮吊船出運(yùn)方式速度快，但其需要配合的駁船費(fèi)用高，其出運(yùn)周期遠(yuǎn)快于沉箱制作，會(huì)使設(shè)備閑置而造成浪費(fèi)。

浮吊吊運(yùn)方式因運(yùn)輸過程易晃動(dòng)而造成設(shè)備側(cè)向受力，所以必須加大浮吊起重量，這將使成本增加。這種方式在吊運(yùn)過程中易受風(fēng)浪影響造成沉箱與浮吊間相互擺動(dòng)，增大安全風(fēng)險(xiǎn)，所以一般僅用于風(fēng)浪小的短距運(yùn)輸。

本工程受到入海口航道段和港池的水深及航道寬度的影響，無(wú)法采用半潛駁、浮船塢的方法進(jìn)行運(yùn)輸。上述幾種常規(guī)方式均無(wú)法滿足如意島項(xiàng)目的需要。所以需要探索其他方案進(jìn)行沉箱水上運(yùn)輸。

3.1 可選方案

目前國(guó)內(nèi)能夠完成1 726 t 沉箱起吊安裝的浮吊有自航式和非自航式兩種可供選擇。能夠滿足運(yùn)輸沉箱的3 000t 至5 000 t 的駁船較多，可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇。

綜合分析現(xiàn)場(chǎng)情況和設(shè)備情況初步制定兩種方案。

1）方案1

采用1 800 t 以上自航浮吊在預(yù)制場(chǎng)碼頭裝駁船完成后，浮吊行駛到安裝位置拋錨定位，重新掛鉤起吊，入水安裝沉箱。

2）方案2

采用1 800 t 以上非自航浮吊在預(yù)制場(chǎng)廠碼頭起吊沉箱后后退一定距離后沉箱下落入水 2～3 m，增加浮力，減少起重量，降低浮吊吃水，增加航道通行保證率。

3.2 方案對(duì)比

1）方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比

方案1 和方案2 的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較如表1。

表1 方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

2）方案的安全性分析

普通航道中沉箱的吊裝和運(yùn)輸方法均是成熟的工藝，已經(jīng)在很多工程應(yīng)用，本工程主要考慮受限航道的浮吊安全性。

方案1：1 800 t 自航浮吊在本受限航道中航行主要考慮水深要求，在潮位達(dá)到1.8 m 時(shí)可以順利通行。

方案2：1 800 t 非自航浮吊在拖輪的拖帶下進(jìn)出航道，考慮到潮流、風(fēng)力等不利影響，選用2 600 匹馬力拖輪進(jìn)行拖航。經(jīng)過咨詢，有豐富經(jīng)驗(yàn)的船長(zhǎng)可以在該受限航道中安全拖行。

3）工期比較

本工程沉箱數(shù)量581 個(gè)，其中308 個(gè)1 000 t以上的沉箱采用1 800 t 浮吊安裝，需要的浮吊船較大、吃水較深，受航道通航條件影響。1 000 t以下沉箱采用小型浮吊安裝，基本不受航道通航條件影響，在此不討論其工期。

預(yù)制場(chǎng)的最大日生產(chǎn)能力為1 個(gè)/日，年生產(chǎn)250 個(gè)（因受冬季風(fēng)無(wú)法安裝，存放場(chǎng)地有限，生產(chǎn)能力降低）。受冬季風(fēng)、臺(tái)風(fēng)等不良天氣影響，年可安裝天數(shù)約為220 天。合同工期為2016年4 月1 日至2017 年8 月30 日，經(jīng)計(jì)算安裝有效天數(shù)約為320 天。沉箱安裝平均每天不到1 個(gè)，方案1 和方案2 均可滿足工期要求。然而在經(jīng)過充分的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、工期、安全論證比較后，本工程選用了方案2。

3.3 施工流程

1）準(zhǔn)備工作

沉箱出運(yùn)、安裝準(zhǔn)備工作主要包括：在運(yùn)輸沉箱之前進(jìn)行檢查，清潔沉箱的底部，清潔出站道路，綁扎鋼絲繩，頂升安全氣囊的布置以及安全氣囊的選擇，沉箱的浮動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算等。裝運(yùn)前預(yù)制沉箱混凝土的強(qiáng)度不得低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度，且成品應(yīng)合格。在起重機(jī)吊裝過程中，請(qǐng)密切注意施工現(xiàn)場(chǎng)的風(fēng)浪和現(xiàn)場(chǎng)其他船舶的運(yùn)動(dòng)，確保出運(yùn)安全。

2）沉箱陸上搬運(yùn)

準(zhǔn)備工作完成后即進(jìn)行沉箱頂升、抽取底座支承工字鋼及搬運(yùn)操作，將沉箱運(yùn)送至碼頭前沿。

3）沉箱下水

下放沉箱的過程：起重船移動(dòng)并錨定錨點(diǎn)→起重船開始將船穩(wěn)步地移動(dòng)到提升區(qū)域的位置→放下吊鉤以制成高強(qiáng)度桿軸在吊具接近沉箱的高度下→調(diào)整起重機(jī)船身使桿軸和沉箱提升孔準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)，對(duì)準(zhǔn)后放下吊鉤，使高強(qiáng)度連桿軸完全穿過沉箱→用安全銷鎖定在吊具下的高強(qiáng)度桿軸→逐漸提升起重機(jī)的主鉤，當(dāng)主鉤承受額定載荷的1/5～1/4（約74-93 t）時(shí)停止上升，檢查吊索、吊具和高強(qiáng)度拉桿的連接狀態(tài)→如果沒有異常，則主鉤繼續(xù)上升，直到沉箱處于完全懸掛狀態(tài)→起重船開始平穩(wěn)地向后移動(dòng)→放置沉箱到水中。

4）沉箱水上運(yùn)輸

由起重船吊運(yùn)沉箱通過深度受限的航道，依靠浮力和吊力克服沉箱的重力，拖至安裝水域后，沉箱水牽引如圖1 所示。

圖1 沉箱水上牽引示意圖

圖2 沉箱出運(yùn)吊裝示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

普通航道中沉箱的吊裝和運(yùn)輸方法均是相對(duì)成熟的施工工藝，可依據(jù)客觀條件選擇滿足工期要求、經(jīng)濟(jì)效益最好的施工方法。對(duì)于像本項(xiàng)目這類航道條件受限的水域，沉箱運(yùn)輸方法需要經(jīng)過多方論證，選擇技術(shù)最合理、最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)輸方案。

本文首先介紹了如意島項(xiàng)目概況，然后介紹了目前常用的沉箱水上運(yùn)輸方法及各自的適用范圍，經(jīng)過比選確定了浮、吊結(jié)合運(yùn)輸方案。此方案實(shí)施效果良好，其安全性、工期均滿足了施工要求，達(dá)到了預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效果，實(shí)現(xiàn)了工程的各項(xiàng)目標(biāo)。希望本文成果能為中大型沉箱在受限航道運(yùn)輸安裝中提供借鑒。