气囊顶升移运沉箱工艺的改进和完善

东景洁，王月婧

（中交一航局第三工程有限公司，辽宁大连116083）

气囊顶升移运沉箱工艺的改进和完善

东景洁，王月婧

（中交一航局第三工程有限公司，辽宁大连116083）

重力式码头施工常会依地而建临时沉箱预制场，在出运沉箱工艺选择时，由于气囊出运沉箱工艺具有成本低、施工高效的优点而备受青睐。文章针对气囊廊道结构选择、气囊顶升安全、连锁沉箱工艺，通过工程实践和深入摸查，从加快施工进度、减少投资、保证工艺安全角度，提出收效良好的气囊出运沉箱工艺改进措施。

气囊顶升；移运；沉箱

0　引言

随着船舶大型化和水上运输事业的发展，沉箱重力式码头结构被越来越多地采用，沉箱需求量逐年增多。为了满足建设进度需要和减少沉箱预制相关的措施费用，施工单位会采取建设临时简易沉箱预制场，利用橡胶气囊完成沉箱陆上顶升、移运。但是，采用气囊顶升、移运沉箱是多机械配合的施工过程，稍有不慎就会发生重大质量或安全事故。在此介绍气囊顶升、移运沉箱施工工艺的改进和完善措施，有助于加快施工进度、提高施工安全系数和降低施工成本。

1　工艺简介

利用气囊顶升、运移沉箱施工设备主要由气囊、气囊充气系统、卷扬机牵引系统三部分组成。沉箱陆上顶升、移运时，通过空压机对超高压气囊充气，利用气囊充气后的扩张力承受沉箱重力荷载顶升沉箱，利用卷扬机水平方向牵引力克服沉箱下气囊的滚动摩擦力实现移运[1]。一般情况下，在用于沉箱出运的牵引地牛和连锁沉箱主绳间设滑轮组，以减小卷扬机钢丝绳承受的牵引荷载。沉箱预制前，需制定完善的沉箱出运专项方案，选配牵引地牛、卷扬机、气囊、牵引索具、支垫物等。

2　施工工艺改进

顶升、移运沉箱作业包括冲砂、连锁沉箱、顶升沉箱、工字钢和盖板抽除、沉箱横纵移、沉箱临时支垫等内容。以下结合目前气囊顶升、移运沉箱施工工艺中存在的缺陷，提出改进方法和措施。

2.1优选气囊廊道结构形式

2.1.1铺设式廊道Ⅰ型（“工字钢+竹胶板”式廊道）“工字钢+竹胶板”式廊道是在预制平台上按一定间距（满足气囊安全抽穿的要求）铺设工字钢做枕梁，工字钢上覆竹胶板作为沉箱承载面。由于竹胶板刚度低，在铺设竹胶板前需要在廊道内填砂并振冲，保证承载面刚度，见图1。在沉箱出运阶段，需先将廊道内填砂用高压水冲除才可穿放气囊进行沉箱顶升施工。为节约投资，许多临时沉箱预制场通常会选用此种廊道结构，例如福建泉州港的斗尾沉箱预制场。

图1　“工字钢+竹胶板”式廊道结构断面Fig.1 Cross-section of"I-beam+Plywood"corridor structure

此廊道结构适用于临时预制场使用时间短，沉箱数量较少，本地区无后续工程再需预制沉箱的情况。当预制场需预制沉箱数量较多，或可预见到本地区仍有多个后续工程需要预制沉箱时，使用此种沉箱出运的廊道结构将不再适用，会有以下缺点：

1）沉箱出运时，冲砂速度缓慢，影响沉箱出运进度。

2）廊内冲砂施工会造成场内出现大量积砂和积水，将会影响场内文明施工，且不可避免的会影响到邻近沉箱施工进度。

3）工字钢上覆竹胶板大多只能使用一次，且考虑填充和掏除砂的施工成本，当沉箱预制数量较多时其施工成本并不低廉。

2.1.2铺设式廊道Ⅱ型（“工字钢+盖板或木方”式廊道）

“工字钢+盖板或木方”廊道和“工字钢+竹胶板”式廊道结构相近，区别是取消气囊廊道内的振捣填砂，用强度和刚度更好的钢盖板或木方代替竹胶板作为预制平台承载面，见图2、图3。例如广西北海铁山港石头埠作业区2号泊位的沉箱出运采用此种廊道结构。

此种气囊廊道结构适用于各类利用气囊顶升沉箱的沉箱出运施工。相较于其它气囊廊道结构具有以下优点：

1）相较于廊内填砂的“工字钢+竹胶板”式廊道，本法具有施工速度快、不污染场地的优点。

2）此种方法对预制场地基条件要求不高，对多型号沉箱预制适应性强。

图2　“工字钢+盖板或木方”廊道结构断面Fig. 2 Cross-section of "I-beam+ Cover or Wood beam" corridor structure

图3　钢盖板结构断面Fig.3 Cross-section of SteelCover

3）工字钢上覆的盖板或木方倒运方便，可周转使用，且施工用具残值较高，长远来看是比较经济合理的。

2.1.3下卧式廊道

预制场平台建设时，在平台上留设下卧式混凝土沟槽，上覆盖板或木方形成平台。沉箱预制时可在此平台上直接放线施工，待沉箱出运时，向廊道内穿入橡胶气囊，加压充气完成沉箱顶升，见图4。此种廊道在山东岚山和龙口、福建泉州都有所应用，例如福建泉州港秀涂作业区16号泊位的沉箱出运采用此种廊道结构。下卧式沟槽廊道结构适用于沉箱型号相近、数量较多、沉箱预制场设计使用时间较长，场内地基条件良好的情况。由于此廊道结构对外界环境有诸多要求，再考虑到成本、进度的因素，总结出此种廊道结构具有以下缺点：

图4　下卧式廊道结构断面Fig.4 Cross-section of lower horizontal corridor structure

1）下卧式沟槽廊道在沉箱预制平台上是固定的，其间距、位置均不可变，当沉箱型号改变，底平面尺寸和重量变化较大时，会给施工带来一定麻烦。

2）采用下卧式沟槽廊道的施工工艺要求地基条件不能过差。当场内地基软弱、条件较差时，采用此工艺就需要进行地基处理或浇筑较厚的钢筋混凝土沟槽基础，如此将会大大提高预制场的建设成本，往往得不偿失。

3）由于下卧式沟槽廊道的结构尺寸精度要求较高，在平台建设施工时进度会相对缓慢，很可能会拖延预制场建设施工总进度。

综上各类气囊廊道结构的介绍和适用条件分析，可得出以下结论：当预制场地基条件较好、沉箱数量较多、预制场设计使用时间较长时，可选用下卧式沟槽廊道或铺设式“工字钢+盖板或木方”廊道；当临时预制场地基条件较差、沉箱预制数量较少、现场文明施工要求不高时，则可选铺设式“工字钢+竹胶板”廊道。

2.2配备移动式充放气控制站

目前大多利用气囊出运沉箱施工时，气囊充气的操作人员均紧随在气囊附近，观察气压表情况，以及时为气囊充气或排气。但根据行业施工安全技术操作规程，沉箱移运时，沉箱两侧20 m范围内设工作警戒，高压气囊充气过程中，工作人员要远离气囊5m以上[2]，由此可见，紧随气囊进行充放气操作是不符合操作规程的，存在安全隐患的。

另外，在沉箱顶升工序中，施工前所有气囊是未加压承载的状态，由于现场空气压缩机数量有限或者功率较小的原因，不能做到对沉箱下所有气囊同时均匀充气加压，因此施工时就会出现对气囊逐个并多次的重复加压情况，沉箱顶升工序的时间延长的同时，也增大了诸多安全隐患[3]。

为改进沉箱顶升时气囊不能同步加压承载，降低气囊充气操作失误概率，避免气囊充气环节人员需紧随操作的弊病，提出引入移动式充放气控制站的改进措施。

移动式充放气控制站即在沉箱出运要求的安全距离上设置集中控制站，针对每条气囊对号配置充放气支路，设气压表量测压力，可将高压空气通过阀门控制、胶管输送传递给沉箱下橡胶气囊，待泄压的气囊也可通过控制站的排气阀将空气排出。采用移动式充放气控制站可实现沉箱顶升阶段的气囊同步加压，缩短工序时间，减少误操作和气囊意外伤人等安全隐患发生的概率。

2.3改进连锁沉箱工艺

气囊移运沉箱时，用于拖拽沉箱的主绳需与沉箱通过一定方式连接，现有的连接方式有钢丝绳围捆式、钢架套箍式，预埋拖拽拉环式等方式。

2.3.1钢丝绳围捆和钢架套箍连锁沉箱

钢丝绳围捆式和钢架套箍式两者形式相同，即利用钢丝绳或钢架围绕沉箱一圈或多圈后将其连锁于拖拽沉箱主绳上，见图5。由于钢丝绳围捆圈数多、钢架重量大的原因，该工艺会严重降低施工效率，增加施工成本，且该工序会对相邻平台沉箱预制施工产生影响。同时，若采用以上工艺连锁矩形沉箱，即使对沉箱做护边防护，拖拽沉箱施工时仍会不可避免的对沉箱造成破坏。

图5　钢丝绳围捆沉箱Fig.5 Thew ire rope tied around caisson

2.3.2预埋拖拽拉环连锁沉箱

在沉箱预制时预埋沉箱出运用拖拽拉环，沉箱出运时利用卸扣将主绳与拉环连锁实现拖拽沉箱的目的。此种方式虽简易便捷，但由于拉环外突出沉箱一定长度，且长度不宜过小（留有足够安装卸扣的长度），在沉箱拖拽时受横向剪力作用大，极易破坏预制构件。

2.3.3穿销式连锁沉箱

在沉箱预制时在沉箱四角预留牵引孔埋件（牵引孔预留在沉箱边角处，距离沉箱底面30 cm左右，以设在沉箱底板厚度取中位置最佳（图6）。对有外趾的沉箱可将牵引孔设在外趾上），使沉箱向各方向移动时均有拖拽点和后拉点。沉箱每一角预留横竖2个牵引孔：其中一孔穿拖拽拉销，做拖拽沉箱用；另一孔穿辅助拉销，保证拖拽钢丝绳与沉箱移运走向平行，避免拖拽拉销脱出。拖运沉箱时，前进方向的两角钢丝绳前拉拖拽沉箱前行，后角钢丝绳后拉（溜尾）控制沉箱行进方向和速度，如此共同作用实现沉箱平稳移运[4]。此种连锁沉箱方式在大连长兴岛拆船驳岸项目、太平湾港区一港池散杂码头项目上都有应用。

采用此法连锁沉箱的施工注意要点：

1）沉箱预制前要根据沉箱重量和行走通道对气囊的摩擦系数测算牵引沉箱所需牵引力，以配置牵引孔和拉销。

2）牵引孔内径略大于拉销直径5～8 mm，牵引孔长度在1.0m左右（根据拖拽拉力和沉箱混凝土抗压强度确定）。拉销安装时探出牵引孔，留出容纳主钢丝绳的空间即可，不可探出过多。

3）辅助钢丝绳长度、直径要选配得当，保证拖拽沉箱主钢丝绳紧贴沉箱，与沉箱行走方向平行，防止拉销被拖出。

综上，穿销式连锁沉箱工艺具有经济、实用、对沉箱实体损害小的优点，最重要的是此工艺可以提高沉箱出运效率，对沉箱预制进度无影响。

图6　穿销式连锁沉箱Fig.6 Pin type connecting caisson

3　结语

气囊顶升、移运沉箱技术是沉箱出运工艺的一次创新。超高压气囊顶升、运移沉箱是一个多机具、多人员配合的综合性施工过程，施工中的每个环节都可能存在潜在危险，在成本和进度方面也需尽量做到最优，因此有些工序仍需改进和完善。文章中所提的合理选用气囊顶升廊道形式、设置移动式充放气控制站和利用穿销连锁沉箱的工艺，分别是在成本控制、工艺安全和施工进度角度对气囊出运沉箱工艺提出的改进和完善措施。以上措施的使用将有利于提高施工企业的经济效益，推动气囊出运沉箱技术的发展。

[1]施国道，李秉实.港口工程施工手册[M].北京：人民交通出版社，1994. SHIGuo-dao,LIBing-shi.Portengineering constructionmanual [M].Beijing：China Communications Press,1994.

[2]JTS 205-1—2008，水运工程施工安全防护技术规范[S]. JTS 205-1—2008,Water transportation project construction safety technicalspecifications[S].

[3]张先智，王迎，刘其杰.气囊出运沉箱的安全控制[J].海岸工程，2009（4）：85-88. ZHANG Xian-zhi，WANG Ying，LIU Qi-jie.The airbag safety controlof caisson transportation[J].Coastal Engineering,2009(4): 85-88.

[4]章广宾.大型沉箱气囊出运安装工艺研究与应用[D].济南：山东大学，2007. ZHANGGuang-bin.The installation technology research and application of large caisson transportation by airbag[D].Jinan:ShandongUniversity,2007.

Im provement of technology for airbag jacking and transfer of caissons

DONG Jing-jie，WANGYue-jing
（No.3Eng.Co.,Ltd.ofCCCCFirstHarbor Engineering Co.,Ltd.,Dalian,Liaoning 116083,China）

With the developmentofgravity quays,ithasbecome amainstream to build caisson prefabrication yards according to the local conditions.On selection of technological process for handling and transportation of caissonson prefabrication yards, the technology of airbag jacking and transferof caissons is favored by construction units because of low costand high efficiency. Based on airbag-corridor structure selection,the safety of airbag jacking and chain caisson process,Effective processing measures were proposed to improve rubber pneumatic bag jacking and transfer of caissons from the aspects of quickening construction progress,reducing investment,and guaranteeing technology safety through engineering practice and investigation. Keywords：airbag jacking;transfer and transportation;caisson

U655.4

B

2095-7874（2016）06-0052-04

10.7640/zggw js201606013

2015-12-24

2016-03-22

东景洁（1985—），男，天津市人，工程师，主要从事港口工程施工技术管理，土木工程专业。

E-mail：dongjingjie2008@126.com