超大型沉管出坞施工及控制方法

宁进进，丁宇诚

（中交一航局第二工程有限公司，山东 青岛 266071）

某大桥岛隧工程的沉管是目前世界上体量、重量最大的混凝土构件。外海沉管浮运对出坞有严格的潮水、流速和时间限制[1]，必须在3 h内完成。沉管预制场深坞区和坞口较狭窄，坞口区域水流情况复杂，超大型沉管出坞极具挑战性[2]。

在充分考虑坞口水文气象条件和坞口地理条件的情况下，选择低流速的小潮汛进行出坞作业，合理利用沉放驳的25 t、65 t绞车、坞顶的25 t绞车和快速脱钩器，并研究开发了出坞定位系统比较沉管和坞门轴线位置偏差，解决了快速出坞、快速带缆、解缆的超大型沉管出坞的难题。

1 工程概况

某大桥岛隧工程沉管隧道穿越珠江口广州、深圳西部港区出海主航道，沉管段长5 664 m，共有沉管33个。沉管截面采用两孔一管廊形式，标准沉管长180 m，宽37.95 m，单根重78 000 t。

沉管出坞作业是沉管安装的首道工序。由于坞口和预制场限制，出坞时沉放驳两侧与坞口的富裕宽度仅2 m，沉管两侧与坞口的富余宽度13.5 m。沉管姿态控制难度大，出坞用缆绳最大直径55 mm，取缆送缆难度大，并且换缆步骤多，操作难度大。沉管出坞主要利用沉放驳上的绞车及岸上的绞车完成，船上绞车和岸上绞车指挥需要双方协调配合，协同性要求高。

2 出坞设备

为保证沉管出坞过程中不碰撞坞门，结合坞口的水流情况，在2艘沉放驳设置了8台25 t绞车（P1耀P8）和2台65 t（H1、H2）见图1，在深坞区内侧设置了2台25 t绞车（1号耀2号），在出坞坞顶设置了4台25 t绞车（3号耀6号），在出坞编队区预抛8 t大抓力锚连接沉放驳的2个65 t绞车（H1、H2）。利用16台绞车提供沉管出坞的动力并控制沉管的姿态和速度[3]。

图1 绞车布置图Fig.1 Windlasslayout

沉放驳的P、H缆和陆上绞车上都可以显示缆力值。绞车采用应变销轴式取力传感器监测钢丝绳拉力，钢丝绳受力时传感器产生4耀20 mA电流信号，通过对电流信号换算得出钢丝绳的受力。

在坞内和坞外安装系船柱和导缆器共10个（H-1耀H-10），其中深坞区2个，坞顶坞外各4个。

为了提高送缆速度和减少人工作业，在坞外和沉放驳上安装6台5 t绞车负责引缆，收缆速度最快可以达到20 m/min，控制单根送缆时间在15~30 min。为了提高解缆速度和保证安全，绞车与系船柱之间通过35 t快速脱钩器连接。

3 定位系统

出坞定位系统利用1组双天线信标机作为沉管定位设备，主界面实时显示沉管信息，指挥室通过有线传输视频信号实现软件显示。主要硬件配置包括信标机、无线电台、无线AP、电脑等。

实时、同步采集GPS的坐标数据，计算各特征点的空间关系，显示沉管在深坞及出坞编队区的地理位置，实时显示实测的流速、流向及海水密度。用户可以使用不同颜色标示沉管出坞航道的控制边线、中心线，准确显示沉管位置和与坞门、边坡的距离，并设置5 m一条横向间隔线以判断沉管出坞的实际位置，所有数据实时记录，也可回放，便于事后观摩研究。

4 出坞流程

沉管出坞作业前，沉管和沉放驳通过加水调整到水平位置，利用沉放驳的钢支墩与沉管压接，钢支墩的压力约为200 t，并用尼龙缆将沉管和沉放驳连接，形成半刚性连接。

出坞过程分为5个步骤。

1）系泊缆解缆。沉管通过安装船的8台25 t绞车与岸上的系船柱或导缆器相连，沉管艏艉钢丝绳的连接方式为八字缆，沉管中间缆绳为交叉缆，8根缆形成深坞内系泊缆系，可以保证沉管前后左右移动和下沉上浮，见图2。当沉管在深坞区绞移时逐步解掉8根系泊缆。

图2 深坞系泊图Fig.2 Mooring in deep dock

2）深坞区带缆。深坞区带8根缆。艉端为2根收尾缆，主要控制沉管艉端姿态和控制出坞速度，为交叉缆。艏端6根缆，主要提供沉管前进动力和控制艏端姿态，中间为交叉缆，外面为“八字”缆，见图3。

图3 深坞区出坞缆系图Fig.3 Mooring at dock outing in deep dock

3）艏端沉放驳坞门内缆系带缆（艏端沉放驳已大部分绞出坞门）。为了克服坞口往复流的作用，沉管艏端带缆6根，中间为交叉缆，外面为八字缆。为了避免沉管碰撞坞门沉管中部带缆4根，均为交叉缆，主要控制沉管左右位置，见图4。艉端的2根交叉缆不变。

4）艉端沉放驳坞门内缆系带缆（艉端沉放驳已大部分绞出坞门）。沉放驳上的8根缆绳全部带上，主要作用是控制艏艉端沉管的位置，艏端沉放驳的4根缆绳还起到抗流作用，艏端交叉缆提供动力，见图5。艉端新增加2根收尾缆，等到原来的2根收尾缆角度不好或者磨坞门时改用新加的2根收尾缆。

图4 艏端沉放驳坞门内出坞缆系图Fig.4 Mooring at dock outing in barge gate of bow

图5 艉端沉放驳坞门内出坞缆系图Fig.4 Mooring at dock outing in barge gate of stem

5）正式出坞和浮运编队。为了保证在限制的潮位和流速要求的3 h内完成出坞和浮运编队作用，正式出坞期间只解缆不带缆。到坞口宽阔水域后，解缆和拖轮带缆相配合保证沉管姿态和安全。

5 结语

除沉放驳上的25 t、65 t绞车和沉管的系船柱外，为沉管出坞安装系船柱和导缆器共3个，其余设备全部共用坞门和沉管横移的绞车及系船柱，大大降低出坞成本。借助快速脱钩器和5 t绞车，沉管出坞时间由计划的50 h降低到15 h，正式出坞时间由预计的3 h缩短到2~2.5 h，起重人员也由计划的50人降低到25人，并最大程度保证作业人员的安全。出坞定位系统的使用，自动化程度高，出坞指挥人员在指挥室完成出坞工作指挥，准确度高，视野开阔，操作方便简单。

经过E1—E7沉管现场出坞验证，该施工控制方法效率高，安全性高，节省成本，可以为以后的相关项目提供参考。

[1]朱升.沉管隧道管段浮运和沉放过程中流场和阻力特性的研究[D].北京：北京交通大学，2009.ZHU Sheng.Flow field and resistance property of the pipe section of tubetunnel in theprocessof tuggingand immersing[D].Beijing：Beijing Jiaotong University，2009.

[2] 周敬梓.浮筒助浮沉箱出坞施工技术[J].中国新技术新产品，2011（15）：76.ZHOU Jing-zi.Dock outing construction technique by buoy help[J].China New Technologiesand Products，2011（15）：76.

[3] 黄荣深，杨家团.大型沉箱出坞浮游拖运安装工艺[J].华南港工，2005（1）：19-23.HUANG Rong-shen，YANG Jia-tuan.Undocking，floating trans原portation and installation large caisson[J].South China Harbour Engineering，2005（1）：19-23.