无掩护水域长周期波条件下沉箱出运安装工艺

徐晓东，施孟凯

（中国路桥工程有限责任公司，北京 100011）

1 工程概况及自然条件分析

毛里塔尼亚友谊港4号、5号泊位为突堤式码头，长450 m，宽69 m，其结构形式为重力式沉箱结构。沉箱主要为东西向布置，呈“U”形，共56个，单体尺寸（长×宽×高）为17.6 m×15.9 m×13.2 m，重1 600 t。采用陆地预制、浮船坞出运和方驳定位安装工艺。

工程位于大西洋东海岸友谊港1、2、3号泊位港池南侧开敞海域，周边无掩护，施工难度比较大。从多年收集的气象资料来看，沿海潮汐为正规半日潮。最大潮差1.66 m，平均潮差0.93 m。本海域影响施工的要素主要为波浪，以涌浪为主的混合浪，年频率68%，其中纯涌浪占4%，12月至次年3月为大浪期。本区域波浪周期较长，6.0～8.9 s的频率为23.48%，9.0～11.9 s的频率为10.48%，≥12s的频率为9.67%，最大周期24.4 s。

以上因素在沉箱的拖带、浮运、下潜及安装等过程中有直接的影响，本文提出了该自然状况下的以上各个施工环节的影响因素和应对措施。

2 沉箱出运安装船机设备

陆上沉箱出运采用胶囊顶升横、纵移工艺，海上出运用浮船坞106。浮船坞106最大举力5 000 t，总长52 m，总宽35 m，坞内净宽28 m，主体型深4.1 m，最大潜深17.8 m。投入船机设备还有2 646 kW（3 600匹）拖轮、1 176 kW（1 600匹）起锚艇各1艘。沉箱安装定位用2 000 t方驳。

3 沉箱出运工艺

3.1 沉箱出运工艺流程

沉箱陆上出运→沉箱上浮船坞→浮船坞起浮，海上出运沉箱→浮船坞抛锚驻位，初次下潜→沉箱注压舱水→浮船坞二次下潜，沉箱起浮出坞。

3.2 沉箱出运施工过程及注意事项

1） 沉箱陆上出运

通过胶囊陆上横移、纵移转运到出运码头。

2） 沉箱上浮船坞

浮船坞在出运码头乘潮水对中、坐底（水下专用平台），在浮船坞甲板上安放支点木枋，间距2.5 m沿沉箱底四周布置，再用胶囊将沉箱移至浮船坞上，待沉箱平稳落在木枋后，放气抽出胶囊，折好运回备用。

注意事项：为保证浮船坞安全，船底与平台的富裕水深保持≥0.65 m；沉箱与浮船坞的对中偏差约0.5 m；浮船坞与出运码头之间的缝隙采用10 mm厚的钢板铺垫，两端打磨圆角，并用细砂铺垫，以减少胶囊的磨损，见图1。

图1 沉箱上浮船坞Fig.1 The floating dock of caisson

3）浮船坞起浮，海上出运沉箱

当潮水为+1.0 m时浮船坞排水上浮，达到+1.5 m时船底与平台间约有650 mm富裕水深，浮船坞可缓慢绞离坐底平台，由拖轮和起锚艇绑靠浮船坞，拖至4号、5号泊位的下潜坑抛锚驻位。下潜坑长150 m，宽150 m，底标高-14 m。

起浮出运条件：风速＜5级，波高＜0.65 m，流速≤1.0 m/s，需提前2 d接收气象海浪预报。

4）浮船坞抛锚驻位，初次下潜

浮船坞用GPS进行定位，东西向驻位。下潜区域必须满足-14.0 m水深，实测水位后，开始下潜。下潜至（吃水9.4 m）沉箱吃水5 m时停止（考虑甲板300 mm木枋），通过扶梯到沉箱顶上，检查各自负责的舱格内积水和阀门关闭状态，如箱内无积水则各舱格工作人员将浮漂水尺放入各进水舱格备用（前2 m后3 m，误差±10 cm）。

5） 沉箱注压舱水

沉箱前墙进水阀门按“一管四”布置，后墙按“一管二”布置，进水孔距沉箱底部4.5 m。前两排舱格压水高度2 m，后排舱格压水高度3 m，沉箱浮游稳定吃水8 m。下潜过程中如出现倾斜应立即停止，调节船体纠偏，稳定后继续下潜。

阀门控制人员根据指令开关阀门，本工程沉箱进水孔直径150 mm，整个沉箱完成压水动作需要1 h左右，经实测由于不均匀压水导致的浮船坞左右倾斜小于0.30 m，故实操时，可同时打开4个进水阀门共同压水，当后舱进水舱格水位达到3 m，关闭后舱进水阀门，待前、中舱进水舱格水位达到2 m，关闭前舱进水阀门。压水过程中用水尺测量各舱水位，推算单个区域内稳定后平均水位。待过水稳定，对各舱水位进行微调。

6）浮船坞二次下潜，沉箱起浮出坞

当各舱格压舱水满足条件后，关紧进水阀门，浮船坞继续下潜，当沉箱吃水8 m时（浮船坞吃水12.4 m）各角逐个浮起。指挥人员根据现场实际情况对沉箱吃水进行微调，同时浮船坞继续下潜至吃水13.1 m，这时浮船坞甲板距沉箱底1 m，船底距海底0.90 m（平潮时），沉箱稳定后，由锚艇将其缓慢拖离浮船坞。

在沉箱离开浮船坞过程中，要把握解、带缆的时机，控制好收放缆绳的速度并保持与锚艇的协调同步关系，随时根据风浪和流向进行必要的调整。用锚艇安全地将沉箱拖至预定的基槽位置。

4 沉箱安装工艺

4.1 沉箱安装工艺流程

方驳定位→拖轮绑靠就位→沉箱压水→第一个沉箱就位→第二个沉箱定位→起浮第一个沉箱正位→后续沉箱安装。

4.2 沉箱安装施工过程及注意事项

1） 方驳定位

使用2 000 t方驳作为定位船，将方驳左舷中间20 m范围紧密布满直径约1.5~2 m的大号轮胎，轮胎底边至少达到水面或水面以下。

2） 拖轮绑靠就位

安装南侧第一个沉箱时，定位方驳与基槽轴线平行驻位，于码头中部水深充裕的位置等待沉箱绑靠，锚艇将沉箱拖带至距定位驳150 m左右时，拖轮靠近沉箱进行绑靠，将沉箱缓慢靠近定位方驳。定位方驳与沉箱带好缆绳后，拖轮解缆远离，由定位方驳上的绞缆系统将沉箱沿基槽平稳的移向安装位置。

3） 沉箱压水

基本到位后，打开沉箱进水阀门向舱格内压水，控制沉箱平稳下沉，同时定位驳与沉箱另一侧进行软连接。当沉箱距基床1 m时关闭阀门，按照便于浮起沉箱的位置布置水泵备用。

4）第一个沉箱就位

沉箱测量定位：陆上采用全站仪测量沉箱南北方向与安装基准线的偏差，沉箱上用GPS测量其东西向偏差，两者相互校核。沉箱安装允许偏差：临水面与施工准线允许偏差±50 mm、临水面错牙50 mm、最大缝宽0.15 m，码头整体长度偏差+1.6 m，－0.225 m。

在沉箱前沿立两个定位尺，待沉箱下潜至底标高约－11.4 m（距基槽0.60 m，此数值可根据安装当日的风浪情况适当调整）时开始仔细调平定位。由于第一个沉箱安装很难保证一次正位，所以在定位时着重控制其东西两边在南北方向上与施工准线的偏差（沉箱面要正），东西向不可偏西，定位完毕后，继续下潜。下潜过程中时刻关注测量数据，变化较大时应停止下潜，重新定位调平后方可继续。如果沉箱落地后位置仍有偏差则打开水泵抽水，将沉箱浮起后再次定位下潜。

5）第二个沉箱定位

根据测量的第一个沉箱东西方向偏位提前制作尺寸合适的缝板备用。在第二个沉箱浮运前，必须在与第一个沉箱接触的一面挂好厚度大于0.50 m的轮胎，防止下潜时与第一个沉箱发生直接碰撞。第二个沉箱到达预定位置后开始下潜，至距基槽0.60 m时（此时沉箱较为稳定）用吊车撤出轮胎，在接缝处放置缝板，通过缝板尺寸控制沉箱东西位置；同时在已安装完的沉箱上安放2台3 t卷扬机及12 t滑轮组，布置好水泵备用，然后开始测量定位。准确定位后，按安装第一个沉箱的方式使沉箱快速平稳地坐落在基床上。

6）起浮第一个沉箱正位

准确安装第二个沉箱后，重新浮起第一个沉箱，调整、正位后连续两个低潮复测其位置，最大偏移量不得超过允许偏差，否则应在下一个低潮重新浮起调整。

沉箱安装定位时要预留一个偏移量以对应沉箱在最后下潜时发生的偏移，此偏移量的确定要根据当日波浪、风向及缆绳受力情况等进行综合考虑。根据经验，向北侧预留10~15 cm（整体偏北），东西向有已安装好的沉箱作为依靠，可不考虑。沉箱定位完毕至坐落到基床上的过程中时刻关注测量数据，当沉箱即将坐底时，如果此时沉箱仍存在整体偏北的微小误差，可考虑加速沉箱后侧进水速率，使后方先行着地。相反，沉箱如果存在微小的偏南误差，则考虑加速前沿一侧的进水速率，使前沿先行着地。采取此措施可使沉箱在坐底时更接近正位，但如果未能奏效，则打开水泵抽水，重新浮起定位。沉箱正位坐底后到舱格注满水之前，不可松开卷扬机或者缆绳，防止突发的大涌浪使沉箱发生位移。

沉箱安装过程中沉箱底部会破坏基床表面，正位安装后，要对基床进行修复，将低洼的地方用碎石补齐，并把即将安装下一个沉箱位置上隆起的部分调平；沉箱位置复测两个潮水后，在进水孔内侧封堵（外包土工布的预制）混凝土塞，防止回填后漏砂，并进行沉箱前沿袋装砂防护，作业完毕后即可进行仓格内的回填作业。

当南侧沉箱安装至周边水域深度充裕时（里程250 m以西）或北侧基槽安装时，定位驳可采取上述方式驻位，此种方式安装的优势在于沉箱四角每个点均可通过1根单独的缆绳或卷扬机来调整其位置，便于操纵且节省时间。

7） 后续沉箱安装

后续的沉箱则可在定位方驳的配合下，依据设计要求和已安装沉箱为基准进行安装。

5 结语

沉箱安装是重力式码头建设中非常重要的一个组成部分，友谊港4号、5号泊位沉箱安装中最主要的一个课题就是如何利用现有的资源去克服大西洋恶劣的风浪环境。在实践过程中通过不断的尝试，总结出的施工经验，希望能对以后类似施工起到指导作用。

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