浮箱助浮沉箱出运工艺技术探讨

◎ 于洋 中交一航局第二工程有限公司

1.工程概括

本工程位于海阳核电厂南侧取水明渠新建第2道拦污网的墩台，为独立墩式沉箱结构，明渠入口方向有一道已投入使用的拦污网，进出施工通道为此拦污网东北段支墩间。沉箱共4个，外形尺寸均为8m×7m×9.1m，最大设计单重约649t，自身浮游稳定吃水8.6m，因施工通道仅为12m，水深约-6m，无法满足正常的沉箱浮游稳定出运要求。

由于防护浒苔期限，预留给沉箱安装的工期仅有10天，对沉箱出运安装工艺的合理性与时效性提出了更大的挑战。

2.课题研究内容

2.1 方案比选和确定

方案一：采用起重船从预制场吊装沉箱至运输驳，海上运输至施工现场后由起重船直接现场吊装。

无法实施原因：12m宽的施工通道不能满足起重船、沉箱运输驳通过，且因电厂运营期间拦污网无法拆除，故无法实施。

方案二：起重船从预制场直接吊装至运输驳运输至施工现场，起重船在明渠拦污网外侧将沉箱吊过拦污网后，由拖轮拖航至现场安装。

无法实施的原因：在满足沉箱安装后具备接高条件的最低潮位施工条件的前提下，变更施工工艺后沉箱越过拦污网后，仍然受水深条件影响无法正常浮运。

方案三：采用起重船站在明渠拦污网外侧将沉箱全部吊过拦污网后暂存，待大汛潮时起浮由拖轮拖航至现场安装。

无法实施的原因：一是工期不允许；二是拦污网内明渠底部地势不平整，且存在很多孤立礁盘，不具备沉箱存放的条件，且施工期明渠内不允许抛填施工以免悬浮泥沙对电厂运营造成影响。

方案四：吊装加浮箱助浮安装：700t起重船将4个沉箱吊装上3400t自航式甲板运输驳，载运沉箱至明渠现有拦污网外侧，起重船将沉箱吊运至现有拦污网处进行吊越，吊越拦污网后，采用浮箱助浮沉箱达到浮游稳定、沉箱吃水、干舷等要求。此方案既能保证沉箱浮游稳定出运的安全性，又有足够的适潮作业时间确保各道工序的完成。

2.2 浮箱助浮沉箱出运操作要点及其受力验算

2.2.1 浮箱设计加工

根据验算，每个沉箱需在四壁各外挂一个浮箱实现助浮后的浮游稳定，浮箱尺寸为7m×2m×2.5m，采用6mm钢板作为外板。

据计算每个浮箱可供25t助浮力，4个浮箱提供100t助浮力。

2.2.2 浮箱安装

沉箱在下水助浮前，通过顶部预埋的φ25（HPB235级）圆钢吊环对浮箱进行外挂；浮箱在助浮沉箱时，通过底板预埋的φ40（HPB235级）圆钢吊环对沉箱施加助浮力。

浮箱顶部采用2点吊方式挂至沉箱外墙，浮箱底部采用3点吊对沉箱施加助浮力。

2.2.3 沉箱吊装插销及吊装架设计及计算

（1）吊装架。

①吊装架主体为φ219×10无缝钢管，吊轴采用φ426×16钢管内浇筑C30混凝土。采用4点吊，上、下吊索通过吊装架四角的吊索槽进行沉箱吊装。

②吊架杆系计算。

杆系轴力计算：吊架承受水平力N=3928÷18000×2016=439.936kN。

截面强度计算：竖向杆长度L=6.6m；压杆选用直径φ=219mm；截面积A=6566mm2；根据《钢结构设计标准（附条文说明[另册]）》（GB 50017-2017）：

截面强度满足设计要求。

③轴心受压稳定性计算。

受压钢管i=74m m；杆件长细比λ=L/i=89.19；b类截面稳定系数ψ=0.621；根据《钢结构设计标准（附条文说明[另册]）》：

轴心受压稳定性满足设计要求。

（2）吊索。吊索分为上吊索及下吊索。

上吊索用以起重船主钩挂至吊装架，采用6×37+Fc-1770-φ64，最小破断力为2100kN的钢丝绳加工成环状，共计4根，每根长度为75m，单根吊索采用四股吊装。

下吊索用以吊装架挂至沉箱，采用6×37+Fc-1770-φ64，最小破断力为2100kN的钢丝绳加工成环状，共计4根，每根长度为18.5m，单根吊索采用四股吊装，两端分别挂至吊装架吊索槽与沉箱吊轴。

（3）吊具。吊具采用材质为45号钢φ280圆钢作为主轴加工而成，插入吊孔后，通过2cm厚钢板挡圈与φ18圆钢插销固定。

（4）沉箱预留吊孔。采用预埋Q235φ325×16热镀锌无缝钢管作为预留吊孔，吊孔位于8m长外墙上。

2.2.4 沉箱吊运上船

各项准备工作完成并检查无误后开始沉箱吊运。根据预制场前沿水域测量，满足起重船60°仰角时的舷外跨距26m，最大吃水3.5m的要求，赶1m以上高潮位将4个沉箱吊装至3000t自航甲板运输驳上，运输至现场。

2.2.5 起重船吊浮、浮箱助浮沉箱至浮游稳定

起重船吊运沉箱跨过拦污网后超过4m距离，垫钩至沉箱入水至水面没过阀门孔0.5m，开始向仓格内注水。注水时起重船吊高保持不变，注水结束后关闭阀门，起重船缓慢垫钩，至沉箱在浮箱助浮下自由稳定漂浮，起重船解钩。

2.2.6 拖轮带缆拖运沉箱靠定位驳

沉箱浮游稳定性后，浮运工艺为传统工艺。

2.2.7 浮箱拆除

沉箱安装合格前，封堵对拉钢板、木楔子与操作盖板均不拆除，仓格内压水至操作盖板底面即可。沉箱安装验收合格后，于落潮至浮箱外露水面超过0.3m时，人员上浮箱拆除封固槽钢和手拉葫芦，开启浮箱进水口注水，至浮箱内外水持平。

潜水员水下拆除浮箱下拉索及吊具。定位驳上履带吊与浮箱挂钩带吊索具，潜水员水下打开排水口。履带吊缓慢起钩，浮箱内的压舱水随着浮箱提升排除，上吊索松动后拆除浮箱上吊索。履带吊司机通过吊力数据观测，确保浮箱提升与箱内水的排放同步，直至浮箱吊出水面时，箱内水同步排净方可继续起钩。

3.工艺实施效果

本工程沉箱采用起重船吊浮及浮箱助浮相辅相成的施工工艺，解决了现场通道狭窄、水深不足、沉箱达不到自由浮游稳定状态且不具备直接由起重船助浮进行吊装的施工难题。

在施工过程中各项实际参数与理论数值基本相同，误差较小，采用多种助浮方式结合的出运工艺安全可靠，克服了各种不具备正常沉箱出运的困难，顺利按工期完成施工。

4.效益评估

本工程沉箱出运施工中，受施工条件所限，结合使用了沉箱出运中的多种出运技术，主要包括沉箱吊装，起重助浮、浮箱助浮、拖航定位安装等沉箱施工技术，成功解决了因现场限制的一系列施工难题，同时缩短了工期，保证了施工进度，在当地海区浒苔大量繁殖污染前完成了第2道拦污网防线，为该核电厂的安全运行提高了保障。

由于本工程受众多条件所限，须采用多种船机以及出运工艺方能解决施工难题，无法进行直接的效益评估，但在构件无法采用传统的助浮方式进行出运安装的情况下，采用起重助浮+浮箱助浮相比较单一的起重助浮能够克服众多受限条件，且给起重船释放了更多的进行下一沉箱吊越拦污网的流水作业时间，整体工效提升，施工效果显著。

该种工艺方法对类似工程具有较高的推广应用价值，当单一出运方式受环境条件限制无法实施的情况下，合理的结合各种工艺以满足施工需要，为海上构件的出运施工提供了一种成功的创新思路与方法，是对传统工艺施工技术的一项突破，这对提高海上构件出运水平具有重要意义，它的社会效益和经济效益是巨大的。

5.结语

实践证明：本工程利用起重船助浮方式解决拦污网外的运输，采用浮箱助浮使得沉箱达到稳定浮游的方式进行拦污网内的拖运，从而实现了沉箱快速、安全、高效的浮运安装施工。