夏可強(qiáng)，曾北海

（中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇島 066000）

0 引言

沉箱結(jié)構(gòu)由于其整體穩(wěn)定性好、施工速度快、經(jīng)久耐用等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于碼頭、棧橋、防波堤等地基較好的港口工程中[1]。隨著我國(guó)碼頭泊位的發(fā)展，其相應(yīng)的出運(yùn)、安裝工藝也不斷地創(chuàng)新與改變，其中半潛駁工藝裝備在重力式碼頭結(jié)構(gòu)沉箱出運(yùn)中被頻繁應(yīng)用[2]。本文結(jié)合深汕特別合作區(qū)小漠國(guó)際物流港一期工程實(shí)例，重點(diǎn)介紹通過(guò)坐底式半潛駁實(shí)現(xiàn)雙沉箱在復(fù)雜海況下長(zhǎng)距離出運(yùn)及安裝施工技術(shù)，并對(duì)施工過(guò)程操作要點(diǎn)及注意事項(xiàng)進(jìn)行總結(jié)，為后續(xù)工程提供借鑒。

1 工程概況

深汕特別合作區(qū)小漠國(guó)際物流港一期工程建設(shè)2 個(gè)5 萬(wàn)噸級(jí)多用途泊位（水工結(jié)構(gòu)按10 萬(wàn)噸級(jí)設(shè)計(jì)）和2 個(gè)2 940 kW（4 000 hp）拖輪工作船泊位。工程位于汕尾市汕尾港海豐港區(qū)小漠作業(yè)區(qū)，沉箱在東莞洪梅預(yù)制場(chǎng)預(yù)制，經(jīng)珠江主航道、香港水域外圍公海以及深圳、惠州外海至水工現(xiàn)場(chǎng)，全程運(yùn)距280 km，航行總時(shí)間約26 h。本工程為重力式沉箱結(jié)構(gòu)，CX1 沉箱單座重量約為2 800 t，CX2 沉箱單座重569 t，見(jiàn)圖1，CX2 沉箱運(yùn)輸采用單次雙沉箱出運(yùn)及安裝施工技術(shù)。

圖1 CX2 沉箱結(jié)構(gòu)尺寸（mm）Fig.1 Structural size of caisson CX2(mm)

2 施工重難點(diǎn)

1）沉箱從東莞預(yù)制場(chǎng)經(jīng)珠江主航道繞行香港外圍公海，海上運(yùn)距280 km，拖航安全要求高[3]，運(yùn)距遠(yuǎn)、周期長(zhǎng)，易受風(fēng)浪等惡劣條件影響，沉箱拖航是制約工程施工工期的關(guān)鍵因素。

2）沉箱采用半潛駁外海長(zhǎng)距離拖運(yùn)，受風(fēng)浪影響大，沉箱在半潛駁上的穩(wěn)定性計(jì)算及加固是控制重點(diǎn)。

3）施工位置處于開(kāi)敞式海域，有效施工作業(yè)天數(shù)較少，水上施工有效作業(yè)15～20 d/月[4]。

4）現(xiàn)場(chǎng)海況條件差，沉箱拖運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后，需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)海況，選擇合適的時(shí)間窗口進(jìn)行沉箱下潛起浮及安裝。

3 施工工藝及方法

3.1 沉箱拖航整體穩(wěn)定性計(jì)算

沉箱采用半潛駁9 號(hào)運(yùn)輸，由于途經(jīng)南海（拖航計(jì)劃）作業(yè)，為確保沉箱運(yùn)輸途中的穩(wěn)定性、安全性，對(duì)半潛駁9 號(hào)運(yùn)輸沉箱過(guò)程中10 級(jí)風(fēng)和涌浪3 m 的情況進(jìn)行穩(wěn)性計(jì)算論證，并研究相應(yīng)的加固措施（設(shè)置支墩和擋墩）。

3.1.1 半潛駁船資料

半潛駁9 號(hào)主要參數(shù)見(jiàn)表1，采用Moses 軟件建立空船狀況水動(dòng)力模型。

表1 半潛駁9 號(hào)主要參數(shù)Table 1 Main parameters of semi-submersible barge No.9

3.1.2 靜穩(wěn)性計(jì)算

3.1.2.1 裝載狀態(tài)穩(wěn)性計(jì)算

坐標(biāo)原點(diǎn)取船底中線與艏垂線交點(diǎn)。風(fēng)速51.44 m/s，風(fēng)向90?（吹向舷側(cè)），改變船舶橫搖角0.2?/次，改變250 次[5]。

計(jì)算結(jié)果如下：

入水角5.00?；

初穩(wěn)性：高27.01 m＞CCS 標(biāo)準(zhǔn)1.5 m（滿足穩(wěn)性要求）；

面積比：2.0＞CCS 標(biāo)準(zhǔn)1.4（滿足穩(wěn)性要求）。

3.1.2.2 裝載狀態(tài)穩(wěn)性計(jì)算

計(jì)算結(jié)果如下：

最大復(fù)原力臂對(duì)應(yīng)角18.8?，滿足《半潛船檢驗(yàn)指南》中“可小于25?，不得小于15?”標(biāo)準(zhǔn)。

最大復(fù)原力臂對(duì)應(yīng)的橫傾角前復(fù)原力臂曲線下的面積1.11 m·rad≥0.08 m·rad，滿足《半潛船檢驗(yàn)指南》標(biāo)準(zhǔn)。

通過(guò)計(jì)算得到如下結(jié)論[5]：

1）船舶裝載后靜穩(wěn)性滿足要求。

2）當(dāng)有義波高≤1.3 m（平均波高2.08 m），風(fēng)速≤26.75 m/s，船舶以任意迎浪角航行均安全。

3）當(dāng)有義波高≤1.6 m（平均波高2.56 m），風(fēng)速≤19.03 m/s，船舶迎浪30?～60?為安全航向角，在角度范圍之內(nèi)航行是安全的。

4）當(dāng)有義波高≤1.6 m（平均波高2.56 m），風(fēng)速≤19.03 m/s，船周增設(shè)0.8 m 擋板，可防止甲板上水，船舶以任意迎浪角航行均是安全的。

5）在風(fēng)速≤26.75 m/s（10 級(jí)風(fēng)），平均波高≤2.56 m 時(shí)，沉箱的4 個(gè)角點(diǎn)共設(shè)8 個(gè)水平支撐，單個(gè)水平支撐需提供54 t 水平支撐力，在所有航行條件下沉箱在半潛駁9 號(hào)上是安全的。

3.2 沉箱出運(yùn)

3.2.1 沉箱上駁工藝流程

沉箱上駁工藝流程為：焊內(nèi)截門(mén)、安裝旋桿→沉箱檢查驗(yàn)收合格→頂起沉箱→抽出橫移溝蓋板→拉進(jìn)橫移車→落頂→沉箱橫移至縱移區(qū)→頂起沉箱→拉出橫移車→拉進(jìn)縱移車→落頂→沉箱縱移至1 號(hào)平臺(tái)位置→再次頂起沉箱→拉出縱移車?yán)M(jìn)橫移車→落頂→沉箱橫移對(duì)準(zhǔn)縱移區(qū)軸線→拆除1 號(hào)平臺(tái)區(qū)域的縱移軌道→軌頂抬高5 cm 并重新安裝→再次頂起沉箱→拉出橫移車?yán)M(jìn)縱移車→沉箱縱移上半潛駁→移動(dòng)沉箱到達(dá)指定位置→重復(fù)上述工序?qū)⒘硪粋€(gè)沉箱移動(dòng)至半潛駁→縱移車對(duì)接→縱移車封車→沉箱支墩背緊楔子→半潛駁上浮準(zhǔn)備啟航。

3.2.2 沉箱平面布置

沉箱上駁后之間距離為1.5 m，距離兩側(cè)塔樓分別為7.9 m 和7.3 m。沉箱下部擱置基礎(chǔ)墩及封車措施到位，確保沉箱之間和沉箱與船舶塔樓之間的安全距離。每座沉箱四周各布置2 個(gè)支墩加固，2 個(gè)沉箱間距按1.5 m 控制，通過(guò)加固支墩及計(jì)算保證沉箱在拖航過(guò)程中不會(huì)發(fā)生位移，將沉箱與半潛駁帶上纜繩防止沉箱在起浮的過(guò)程中發(fā)生碰撞，見(jiàn)圖2。

圖2 沉箱上駁后平面布置圖（mm）Fig.2 Plan layout of caissons on barge(mm)

3.2.3 沉箱上駁

1）短軌安裝及軌道檢查

坐底式半潛駁駐位下潛坐底后，利用特制短鋼軌將陸地與坐底式半潛駁鋼軌連接，并用魚(yú)尾板緊[6]。安裝后，按JTS 257—2008《水運(yùn)工程質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》相應(yīng)項(xiàng)目要求檢查鋼軌偏差。

坐底式半潛駁靠緊碼頭駐位坐底后，主甲板軌道軸線允許偏差：以陸上縱移道軸線為基準(zhǔn)，近岸端接頭短軌處為5mm，遠(yuǎn)離岸線一端為50mm，符合此要求即視為坐底合格。

2）沉箱頂推上船

①沉箱頂推上船前進(jìn)行軌道檢查。

②坐底式半潛駁駐位坐底及短軌安裝檢查合格后，沉箱即可頂推上船[7]。

③專人負(fù)責(zé)施工前檢查軌道、縱移車、頂推器等狀況，施工過(guò)程中跟蹤查看運(yùn)行情況。

④頂推上船兩列縱移車操作動(dòng)作需協(xié)調(diào)一致，頂推速度控制在1.0 m/min 左右[6]。

⑤頂推就位后，沉箱位置偏差應(yīng)符合要求。

3.2.4 封車加固

雙沉箱上駁后，進(jìn)行封車加固，操作步驟如下：

1）沉箱頂推到位前，先放置好艉橫梁，并將該端橫梁楔塊插入。

2）沉箱頂推到位后，使縱移車尾端頂緊艉橫梁，并在艏端縱移車輪與鋼軌之前放置擋塊。

3）拆除液壓頂推裝置，然后放置艏橫梁，插入楔塊。

4）去除縱移車輪與鋼軌之間擋塊的同時(shí)楔緊艏艉端橫梁楔塊。兩端楔塊的外露長(zhǎng)度相等。緊固艏艉兩端楔塊的緊固螺栓。

5）臺(tái)車對(duì)應(yīng)鐵楔子位置現(xiàn)場(chǎng)焊接鋼板承壓面和加強(qiáng)肋。成對(duì)放入支墩水平鋼撐與縱移車車體墊板之間的鋼楔并楔緊。楔緊鋼楔的操作要在縱移車兩側(cè)同時(shí)進(jìn)行，保證車體兩側(cè)支撐點(diǎn)受力相同。緊固楔塊的緊固螺栓。

6）按照先外側(cè)后內(nèi)側(cè)的順序放置并打緊各支墩頂面的鋼木楔塊。封車加固后，組織人員按程序檢查驗(yàn)收，填寫(xiě)半潛駁沉箱出運(yùn)綜合質(zhì)量檢查表。

3.2.5 沉箱加固

1）雙沉箱上駁封車加固完成后，再進(jìn)行沉箱加固。

2）沉箱加固采用槽鋼斜支撐進(jìn)行加固，2 座沉箱之間同樣采用槽鋼斜支撐及鐵楔子進(jìn)行加固，見(jiàn)圖3。

圖3 沉箱封車加固Fig.3 Fixing and securing of caissons

3.3 沉箱拖航

經(jīng)計(jì)算，海上拖航阻力為51.57 t，交工80 系柱拖力62.5 t，滿足拖航要求。

3.4 沉箱安裝

3.4.1 施工流程

沉箱安裝施工流程為：半潛駁進(jìn)入停駁區(qū)→駐位→下潛→沉箱出駁→半潛駁浮起。

3.4.2 施工方法

1）半潛駁駐位

半潛駁到達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)后，由測(cè)量人員上船指導(dǎo)船員將半潛駁定在下潛坑位置，駐位完成后，通過(guò)測(cè)深水砣量測(cè)半潛駁四角水深。

2）沉箱下潛

2 座CX2 沉箱同時(shí)下潛，采用先起浮1 座沉箱，然后半潛駁起浮再下潛起浮另外1 座沉箱的方式作業(yè)。

2 座CX2 沉箱頂面牽引纜設(shè)置情況：2 座沉箱靠近半潛駁塔樓側(cè)面四角分別設(shè)置牽引纜繩，2座沉箱之間設(shè)置防撞護(hù)木或輪胎，防止沉箱之間碰撞。

半潛駁駐位完成后先拆除第1 座沉箱四周的加固支撐，檢查2 座沉箱截門(mén)，并在沉箱四周帶好纜繩。半潛駁下潛分階段進(jìn)行：

第1 階段：半潛駁開(kāi)始下潛至沉箱底板，主甲板入水后，半潛駁穩(wěn)定性突然減小，通過(guò)調(diào)整半潛駁四角壓水進(jìn)行找平，提高半潛駁穩(wěn)定性。

第2 階段：半潛駁繼續(xù)下潛至沉箱閥門(mén)位置，然后2 座沉箱同時(shí)進(jìn)行壓水[8]。

第3 階段：當(dāng)半潛駁下潛7.4 m 深時(shí)停止下潛，2 座沉箱同時(shí)壓水；進(jìn)水閥門(mén)同時(shí)進(jìn)行均勻壓水，其中第1 座沉箱CX2-1 前倉(cāng)壓水0.4 m 高，后倉(cāng)壓水1.43 m，壓水完畢后關(guān)閉進(jìn)水閥門(mén)。第2 座沉箱CX2-2 在下潛過(guò)程中截門(mén)始終處于出運(yùn)開(kāi)啟狀態(tài)。確保第2 座沉箱在第1 座沉箱出運(yùn)過(guò)程中始終穩(wěn)定在半潛駁上。

第4 階段：沉箱穩(wěn)定壓水完成后，半潛駁繼續(xù)下潛至13.0 m。下潛過(guò)程中半潛駁塔樓主控操作人員隨時(shí)注意船體前后左右傾斜指示變化，發(fā)現(xiàn)傾斜及時(shí)調(diào)整壓水，保證半潛駁穩(wěn)定下潛。半潛駁下潛速度根據(jù)第2 座沉箱進(jìn)水速度適當(dāng)進(jìn)行控制，確保第1 座沉箱起浮時(shí)，第2 座沉箱內(nèi)的水位與外面的水位保持一致，同時(shí)確保第2 座沉箱在下潛過(guò)程中不發(fā)生移動(dòng)。

第5 階段：由錨艇12 從前塔樓靠近沉箱，沉箱上起重工配合錨艇12 將第1 座沉箱帶上纜繩，錨艇12 向前拖拽沉箱，1 號(hào)、2 號(hào)纜繩打開(kāi)，3號(hào)、4 號(hào)纜繩慢慢放松，通過(guò)調(diào)整3 號(hào)、4 號(hào)纜繩松放速度，調(diào)整沉箱方向，防止沉箱與塔樓發(fā)生碰撞，見(jiàn)圖4。

圖4 沉箱出駁示意圖Fig.4 Discharging of caisson from semi-submersible barge

3）沉箱起浮及拖運(yùn)

考慮到潮水對(duì)沉箱安裝的影響，第1 座沉箱出來(lái)后，拖輪51 靠近帶纜繩，拖著沉箱至南護(hù)岸預(yù)定安裝基床，根據(jù)潮水情況及時(shí)壓水安裝。

4）沉箱安裝

CX2 沉箱長(zhǎng)12.95 m，寬10.55 m，高9 m，底板厚0.5 m，沉箱底標(biāo)高-8.0 m，沉箱施工準(zhǔn)線為距離前沿線350 mm，東北角頂標(biāo)高為1.3 m，東南角頂標(biāo)高為1.4 m，西南角頂標(biāo)高為1.4 m，西北角頂標(biāo)高為1.3 m。沉箱截門(mén)高度1.6 m，干舷高度2.754 m，沉箱前倉(cāng)測(cè)繩長(zhǎng)8.105 m，后倉(cāng)測(cè)繩長(zhǎng)7.066 m。

沉箱安裝前，方駁89 提前在南側(cè)駐位，由于CX2 沉箱安裝區(qū)域水域狹窄，靠西側(cè)邊坡水深較淺，為了防止沉箱擱淺，沉箱出駁后由拖輪拖至待安基床，沉箱靠近安裝基床時(shí)先帶纜到已安沉箱上，通過(guò)錨纜及倒鏈，將沉箱再緩慢向待安基床移動(dòng)，直到沉箱完全就位。

5）第2 座沉箱安裝

第1 座沉箱起浮完成后，將第2 座沉箱截門(mén)關(guān)閉，半潛駁開(kāi)始排水起浮，待沉箱截門(mén)露出水面以后（截門(mén)距底板0.8 m）打開(kāi)截門(mén)排水，排水過(guò)程中施工人員測(cè)量沉箱內(nèi)水深，各倉(cāng)水深到達(dá)計(jì)算高程后關(guān)閉相應(yīng)截門(mén)。然后半潛駁繼續(xù)下潛，后續(xù)施工方法同第1 座沉箱施工方法。

4 結(jié)語(yǔ)

1）雙沉箱外海長(zhǎng)距離出運(yùn)，受風(fēng)浪影響大，安全風(fēng)險(xiǎn)高，通過(guò)對(duì)“半潛駁沉箱運(yùn)輸過(guò)程的穩(wěn)定性及風(fēng)浪響應(yīng)分析計(jì)算”，研究制定了沉箱出運(yùn)加固措施，明確了沉箱外海出運(yùn)拖航條件，有效保障了沉箱外海長(zhǎng)航拖運(yùn)安全。

2）本工程根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)海況條件調(diào)整施工工藝，提高了沉箱下潛安裝過(guò)程安全性。雙沉箱采用同時(shí)下潛單次出駁一座沉箱的施工方法，有效降低傳統(tǒng)雙沉箱出運(yùn)安裝所需的船機(jī)使用量，保證了現(xiàn)場(chǎng)施工安全。

3）雙沉箱外海長(zhǎng)距離出運(yùn)及安裝施工技術(shù)的成功應(yīng)用，避免了沉箱預(yù)制的重復(fù)建設(shè)，大大降低了沉箱預(yù)制場(chǎng)的建設(shè)成本，提高了現(xiàn)有預(yù)制場(chǎng)的使用效率，單次拖運(yùn)安裝雙沉箱在提高沉箱安裝效率的同時(shí)，縮短了施工工期，節(jié)約了施工成本，具有較好的推廣價(jià)值。