汪　飛

（中交第三航務(wù)工程局有限公司，上?！?00032）

鋼浮箱助浮法安裝沉管施工技術(shù)

汪飛

（中交第三航務(wù)工程局有限公司，上海200032）

以莆田國(guó)投湄洲灣第二發(fā)電廠2×1 000 MW機(jī)組工程取排水沉管安裝為工程實(shí)例，介紹了海上沉管安裝施工技術(shù)。通過(guò)鋼浮箱助浮方式解決了體積大、重量重、數(shù)量多、安裝精度高的大型沉管的安裝問(wèn)題，取得了很好的效果。

鋼浮箱；沉管；安裝

1　工程概況

國(guó)投湄洲灣第二發(fā)電廠2×1 000 MW機(jī)組工程位于福建莆田市忠門半島，北緯25°09＇21″，東經(jīng)119°01＇49″，地處湄洲灣北岸經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)東埔鎮(zhèn)塔林村，距莆田市區(qū)約40 km，利用福建太平洋電力有限公司福建湄洲灣電廠一期工程預(yù)留的擴(kuò)建場(chǎng)地和部分灰場(chǎng)場(chǎng)地作為本期工程施工場(chǎng)地。

2　水文條件

本海區(qū)為規(guī)則半日潮流，潮流為典型的往復(fù)流，流向較穩(wěn)定，主流向?yàn)槠玈-N向，基本與岸線平行。漲潮流方向一般為由灣外向?yàn)硟?nèi)，落潮流方向一般由灣內(nèi)向?yàn)惩?。測(cè)區(qū)潮流最大流速在51.6～171.1 cm/s之間。

3　沉管結(jié)構(gòu)及工程量

沉管最大長(zhǎng)寬高為30 m×13.8 m×5 m，最大單件重量達(dá)1 657 t，且沉管本身不具備封閉空間，自身提供浮力較小，安裝工程難度大。

本工程包括取排水沉管89段，單孔過(guò)水?dāng)嗝鏋?.0 m×4.0 m。包括CG1-CG9等9種形式，下文以典型的CG2型排水沉管為例介紹，見圖1。

圖1　排水沉管CG2斷面圖Fig.1　Cross-section of immersed tube CG2 for water discharge

4　施工部署

沉管裝船、出運(yùn)采用“建港平?！? 000 t半潛駁，每次裝1節(jié)沉管，由拖輪拖帶至下潛坑下潛，半潛駁就位后與700 t起重船成一字形布置。

半潛駁注水下潛，當(dāng)沉管下沉到其頂板的下表面高于浮箱頂面約0.3 m時(shí)，用工作艇將浮箱逐個(gè)推入沉管內(nèi)。半潛駁繼續(xù)下潛，當(dāng)沉管頂板上表面潛入水下1 m時(shí)，起重船起吊沉管，并保持沉管完全沒水狀態(tài)，由拖輪拖帶起重船至安裝位置拋錨就位[1-2]。隨后半潛駁排水上浮，進(jìn)行下節(jié)沉管上駁、運(yùn)輸，重復(fù)循環(huán)進(jìn)行。

起重船就位后開始安裝，沉管安裝采用GPS測(cè)量定位，在測(cè)量人員的指引下和潛水員水下指導(dǎo)下，起重船將沉管安裝到位，完成初步對(duì)接。潛水員安裝拉合裝置，啟動(dòng)拉合千斤頂將沉管拉合，止水帶壓縮，直到對(duì)接縫符合設(shè)計(jì)要求為止。最后進(jìn)行沉管基礎(chǔ)灌砂施工，灌砂施工完成后，解除吊索，浮箱注水拉出，安裝完成。

5　沉管安裝方案

5.1沉管安裝順序

總體安裝方向由岸側(cè)往海側(cè)進(jìn)行，取、排水沉管交替安裝，依據(jù)預(yù)制生產(chǎn)單元以每17件為1個(gè)安裝單元。首先進(jìn)行跨圍堤段取、排水沉管安裝，之后逐件向海側(cè)推進(jìn)。

5.2船機(jī)選擇

1）半潛駁選擇

半潛駁每次裝1節(jié)沉管，通過(guò)計(jì)算，構(gòu)件中最重的沉管單件遠(yuǎn)小于8 000 t，沉管裝船、出運(yùn)采用“建港平?！? 000 t半潛駁可滿足要求。

2）起重船選擇

采用鋼浮箱助浮的方法安裝沉管，通過(guò)對(duì)每件沉管的沒水自重及所需吊力進(jìn)行計(jì)算，所有構(gòu)件中需提供最大吊力為518 t，在吊裝過(guò)程中，當(dāng)起重船將構(gòu)件吊離半潛駁時(shí)，需將扒桿伸入船體約船長(zhǎng)1/2處（半潛駁型長(zhǎng)70 m）[3]，此時(shí)扒桿仰角最小為56°，此時(shí)700 t起重船主鉤核定載荷為579 t，因此，選用700 t起重船進(jìn)行吊裝。

5.3沉管安裝

5.3.1上駁、運(yùn)輸

沉管在東吳預(yù)制場(chǎng)上駁，用氣囊移運(yùn)工藝，采用8 000 t半潛駁配合2 984 kW（4 000 HP）拖輪進(jìn)行運(yùn)輸，海上運(yùn)輸距離約5 n mile。

設(shè)計(jì)低水位為-2.10 m，考慮半潛駁的最小吃水深度為2.9 m[3]，滿足沉管上駁的最低潮位為+0.80 m。根據(jù)當(dāng)?shù)爻彼矸治?，每個(gè)潮水漲潮時(shí)段，平潮前滿足沉管上駁條件水位的時(shí)間大約為2～3 h，半潛駁在前一個(gè)潮水進(jìn)行靠泊作業(yè)，可不占用本潮水段時(shí)間，沉管上駁時(shí)間考慮2 h，時(shí)間區(qū)間基本可滿足要求。

5.3.2鋼浮箱安裝

因考慮到沉管自重較重，且自浮力較小，沉管安裝采用鋼浮箱助浮。因在基礎(chǔ)灌砂過(guò)程中，鋼箱無(wú)法及時(shí)拆除回收，灌砂施工時(shí)間（20～30 h）長(zhǎng)，為保證沉管安裝施工進(jìn)度不受影響，應(yīng)配備2組鋼浮箱交替使用，見表1、圖2。

表1　鋼浮箱參數(shù)表Table 1　Parameters for steel buoyancy tanks

浮箱浮于水面，用起重船小鉤吊住鋼箱前部吊點(diǎn)以控制鋼箱方向，當(dāng)沉管下沉到其頂板的下表面高于浮箱頂面約0.3 m時(shí)，用工作艇將浮箱逐個(gè)推入沉管內(nèi)，居中放置。所有鋼浮箱進(jìn)入沉管就位后，采用鋼絲繩將端頭浮箱與底板預(yù)埋件連接固定。

5.3.3半潛駁下潛作業(yè)

1）排水沉管下潛所需水深計(jì)算

沉管下潛深度1 m，沉管高度5.6 m，墊木厚度0.35 m，半潛駁型深5.8 m，考慮1 m富余水深，則下潛后沉管起吊所需水深為1+5.6+0.35+ 5.8+1=13.75 m。

2）下潛前的準(zhǔn)備工作

掃海：首節(jié)沉管安裝前，安排測(cè)量船配置多波束測(cè)深儀對(duì)下潛坑區(qū)域及吊運(yùn)路線進(jìn)行掃海，繪制精確的等深線圖。

下潛、吊運(yùn)安裝時(shí)段選擇：收集歷年潮位、氣象資料，結(jié)合沉管吃水、下潛坑、吊運(yùn)路線上水深，找出滿足下潛、吊運(yùn)水深要求的潮位時(shí)段，選擇下潛、吊運(yùn)、安裝作業(yè)時(shí)間。

下潛、吊運(yùn)、安裝作業(yè)時(shí)間分析：根據(jù)當(dāng)?shù)爻毕?guī)律，漲落潮過(guò)程中滿足+0.0 m以上水位要求的時(shí)間區(qū)間大約為6～7 h，半潛駁下潛深度約14 m左右，下潛及上浮移船時(shí)長(zhǎng)約3 h，起重船自航吊運(yùn)沉管至最遠(yuǎn)安裝位置需要時(shí)長(zhǎng)約1 h，由于起重船進(jìn)入基槽后的安裝作業(yè)基本不受潮水限制，因此，選擇在漲潮時(shí)段水位達(dá)到+0.0 m時(shí)開始進(jìn)行下潛作業(yè)可留有充分施工時(shí)間。

圖2　內(nèi)塞鋼浮箱斷、立面圖Fig.2　Cross-section and elevation of a steel buoyancy tank inside a tube

測(cè)量定位儀器安裝：當(dāng)半潛駁及起重船就位后，將GPS的移動(dòng)站安放到測(cè)量塔的頂端，通過(guò)無(wú)線信號(hào)與起重船的電腦連接好。再利用起重船的小吊鉤將測(cè)量塔吊放到預(yù)埋件上，通過(guò)法蘭螺栓固定在預(yù)埋件上。測(cè)量塔設(shè)置于沉管中軸線頭尾兩端，通過(guò)兩點(diǎn)成直線進(jìn)行定位控制。

3）半潛駁、起重船船位布置

半潛駁由拖輪拖帶至下潛坑，順沉管安裝軸線方向就位（船首朝向海側(cè)，船尾朝向岸側(cè)），四角拋八字錨，錨纜長(zhǎng)200 m。

起重船同樣順軸線方向在半潛駁船首前方拋錨就位，四角拋八字錨，錨纜長(zhǎng)150 m錨纜。定位完成后待鋼浮箱塞入沉管后，起重船向前移動(dòng)，使扒桿從半潛駁船首塔樓之間進(jìn)入半潛駁，當(dāng)主鉤垂線與沉管中心重合時(shí)停止移船，放下主鉤，系掛吊纜。

4）半潛駁下潛

當(dāng)系掛吊鉤完成后，即進(jìn)行半潛駁下潛作業(yè)，起重船的主吊鉤跟隨松放。半潛駁下沉到沉管頂部浸入水面約1 m時(shí)停止下潛，起重船起鉤，將沉管吊離半潛駁，并收緊后錨移動(dòng)船位，退出半潛駁。之后，半潛駁上浮收錨移船出坑。

5.3.4沉管沒水吊運(yùn)

為確保沉管海上吊運(yùn)穩(wěn)定，應(yīng)選擇在浪高≤1.0 m、流速≤1 m時(shí)進(jìn)行沉管浮運(yùn)，潮位選擇在漲潮或平潮時(shí)段。吊運(yùn)過(guò)程中，沉管頂面在水面以下1 m位置，需要水深為5.6（以最高沉管尺寸考慮）+1+1（富余水深）=7.6 m，為保證在+0.0 m以上水位時(shí)能滿足吊運(yùn)水深條件，在第一段沉管基槽開挖完成后將下潛坑至安裝位置的基槽統(tǒng)一開挖至-8 m。海上吊運(yùn)最遠(yuǎn)距離約515 m，起重船自航至安裝位置需要時(shí)間約1 h。沉管沒水吊運(yùn)采用起重船吊運(yùn)，起重船自航至安裝位置。

5.3.5沉管定位安裝

1）起重船定位

進(jìn)入基槽范圍后，起重船停船拋錨，通過(guò)收放纜繩移動(dòng)船位，起重船移船可參照前節(jié)沉管尾部測(cè)量塔作為對(duì)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)起重船吊運(yùn)沉管至安裝位置附近時(shí)（離前節(jié)已安裝沉管約10 m時(shí)），停止移船并精確調(diào)整船位準(zhǔn)備開始沉管安裝。

2）沉管初定位

起重船上電腦通過(guò)無(wú)線信號(hào)接收沉管頂GPS信號(hào)，將沉管精確位置反映在定位軟件上，測(cè)量員指揮卷?yè)P(yáng)機(jī)操作工絞纜進(jìn)行初定位，基本保持沉管軸線與安裝軸線對(duì)齊，待沉管緩緩靠近并距離前節(jié)已安裝沉管約1 m距離時(shí)，停止移船。

3）沉管下放對(duì)拉

潛水員潛入水下，實(shí)地探摸沉管的位置，并在水下指揮起重船移船及松放吊鉤，當(dāng)沉管下放至前節(jié)沉管承插口位置時(shí)，潛水員指揮起重船向前移位，直至將待裝沉管插入已裝沉管中。

沉管插入承插口后，起重船收絞前纜，使沉管緩慢向前運(yùn)行直到待裝沉管與已裝沉管接縫收緊嚴(yán)密。此時(shí)，啟動(dòng)拉合千斤頂進(jìn)行對(duì)拉作業(yè)。

沉管緊密對(duì)接后，起重船調(diào)整船位，將沉管的另一端調(diào)整至設(shè)計(jì)軸線位置后松放吊鉤，直到沉管著床，保證此時(shí)沉管對(duì)基床壓應(yīng)力<5 t/m2。

潛水員再次探摸管口接縫情況，并進(jìn)行水下攝影取證。如有偏差時(shí)立即向水面報(bào)告并采取必要的措施。在沉管安裝至設(shè)計(jì)位置并接縫嚴(yán)密后，開始進(jìn)行基礎(chǔ)壓力灌砂施工。灌砂施工完成后，起重船松鉤，由潛水員水下拆除吊點(diǎn)卸扣，同時(shí)拆除岸側(cè)一端測(cè)量塔并吊出水面。

最后鋼浮箱注水下沉并由起重船逐件拉出沉管，完成該沉管的安裝工作。該件沉管安裝完成后，為保證沉管接縫不發(fā)生松動(dòng)，不能立即拆除對(duì)拉裝置，應(yīng)待下一節(jié)沉管安裝完成后再行拆除。

5.3.6鋼浮箱拆除

1）浮箱注水下沉

為保證鋼浮箱在注水下沉過(guò)程中平穩(wěn)、均衡，注水過(guò)程應(yīng)嚴(yán)格控制注水速度，潛水員在操作過(guò)程中仔細(xì)觀察浮箱動(dòng)態(tài)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)浮箱開始下沉?xí)r立即關(guān)閉進(jìn)水閥門。

2）拉出浮箱

在浮箱落至沉管底板后，潛水員將起重船抽芯錨纜繩通過(guò)卸扣與浮箱頭部吊環(huán)連接，在船頭安裝導(dǎo)向架，保證纜繩與浮箱水平連接，起重船間接性收緊纜繩試?yán)∠?，若試?yán)^(guò)程中發(fā)現(xiàn)浮箱頭部有上翹趨勢(shì)立即放松纜繩，直至試?yán)瓡r(shí)浮箱平穩(wěn)移動(dòng)方可持續(xù)將浮箱拉出沉管。

3）浮箱出水

當(dāng)浮箱拉出沉管后，起重船下放吊鉤，潛水員在水下進(jìn)行換纜作業(yè)，吊鉤系纜完成后，起重船收緊吊纜，緩慢將浮箱吊出水面。由于此時(shí)浮箱處于重力大于浮力的狀態(tài)，因此在吊出水面時(shí)不會(huì)出現(xiàn)上跳情況。

4）浮箱回收

由于浮箱吊點(diǎn)位于頭部，受到重力作用，浮箱出水時(shí)為豎直狀態(tài)。當(dāng)浮箱長(zhǎng)度方向露出水面約2/3時(shí)，停止上拉浮箱，由潛水員水下打開浮箱尾部閥門，浮箱放水，待浮箱放水完畢，起重船繼續(xù)上拉浮箱，直至浮箱完全離開水面。將浮箱放回水面，關(guān)閉閥門，最終將浮箱吊至平板駁上存放，等待下一件沉管安裝。

6　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)介紹鋼浮箱助浮安裝沉管施工技術(shù)解決了沉管自身浮力不足，體積大、重量重、安裝精度要求高等問(wèn)題。與目前國(guó)內(nèi)外使用較多的氣囊助浮安裝沉管的方法相比，鋼浮箱助浮安裝沉管具備安全、穩(wěn)定，所需個(gè)數(shù)少，成本低等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于標(biāo)準(zhǔn)型沉管數(shù)量較多的情況，是一種工效更高（氣囊充、放氣要花費(fèi)很多時(shí)間）的選擇，必定會(huì)在越來(lái)越多的水上工程中得到運(yùn)用。

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Putian Maritime Bureau.Puhaihang【2016】No.005:Operational pulletion of Jiangang Pinghai by towing semi-submersible barge Sanhangtuo 4007[EB/OL].(2016-04-05)[2016-04-12].http:// www.msa.gov.cn/page/article.do?articleId=C3466759-B3B9-46DEBFFF-F01F0D1CAB02.

Technology for installation of immersed tubes with steel buoyancy tanks to assist floating

WANG Fei
（CCCC Third Harbor Engineering Co.,Ltd.,Shanghai 200032,China）

Taking as an example the installation of immersed tubes for the water intake and discharge for the 2×1000 MW generating unit at CITIC Putian Second Power Plant,the construction technology for offshore installation of immersed tubes is presented.Steel buoyancy tanks were used to assist the installation and issues with the installation of bulky and heavy immersed tubes with a great quantity and high precision were solved,having obtained good results.

steel buoyancy tank;immersed tube;installation

U655.4

B

2095-7874（2016）05-0065-04

10.7640/zggwjs201605016

2015-11-27

2016-04-12

汪飛（1983— ），男，湖北荊門人，碩士，工程師，港口航道與海岸工程專業(yè)，主要從事港口航道與海岸工程施工技術(shù)與管理相關(guān)工作。E-mail：wangf_1@163.com