暗涵出运安装技术工艺研究与应用

付海兴 中交一航局第二工程有限公司

目前在水工工程领域，预制构件相对于现浇结构是一种很常用、很重要的施工内容，但是大型构件在预制场预制完成后如何出运安装至施工指定区域是一项技术难度较大的施工内容，良好的出运安装方法在一定程度上直接影响施工成本。本文排水暗涵采用坡道下水、气囊浮拖的工艺，经过实践的反复论证，出运工艺逐步趋于完善，研究出一种高效稳定的出运工艺在水工工程领域将创造极大的经济效益和社会效益。

1.工程概况、自然条件及特点

1.1 工程概况

1.1.1 工程规模

中兴电力蓬莱一期2×1000MW级高效超净燃煤电厂示范工程是能源局燃煤电厂技术集成示范项目，电厂厂址位于蓬莱市北沟镇栾家口村北。取排水工程位于蓬莱市北沟镇烟台港栾家口港区西侧(电厂厂区北侧)海域。

1.1.2 结构型式

排水暗涵分为陆域段及海域段，以海岸线作为分界。陆域段及部分海域段采用现浇钢筋混凝土结构，预制部分为4 孔涵管，现浇部分为2孔与4 孔涵管，管涵总长约662m。施工采用大开挖干地施工，在海域内设置临时施工围堰，施工期间采取降水措施，施工完成后拆除围堰。其余海域段采用陆上预制，水下安装的施工方案，总长约1643m，分段长度30m。海域段暗涵两侧回填石渣。

1.2 主要工程量

预制排水暗涵为4孔箱涵结构，预制安装总长约1426m，每节排水暗涵长30m，共需预制48节，计划分两槽预制完成。单件长度30m、宽度13.2m、高度3.4m，重约930t。

2.工艺的实施

2.1 工艺流程

预制台座千斤顶顶升暗涵→穿入横移气囊→横移至下水坡道→放置支垫方木→穿入纵移气囊→海上拖运→靠泊定位方驳→气囊排气下沉→定位驳拖拽安装。

2.2 主要施工方法

（1）助浮气囊选定。本工程四孔暗涵截面积为44.88m，孔洞面积为2.95×2.8×2+2.9×2.8×2=32.76m。每段暗涵陆上重量约为930t，水中重量约为535t。本工程每个孔洞安装1个直径3.75m，长30m的气囊（囊身25m），安装填充气囊后的暗涵水中重量为-361t（535-32×28=－361t），处于自浮状态，暗涵出水高度为：361÷（13.2×30）=0.9m。

取水暗涵出运前，需在暗涵4孔涵洞内分别塞紧4个直径3750mm，长度为30m长的气囊，气囊充满气后挤压变形，基本可以充满整个空洞。

首节暗涵入水端采用封仓板封堵，在封仓板上设置充气管道与气囊相接的密封法兰直径200mm的阀门，出运前阀门处于关闭状态，将气囊充气口通过法兰进行连接固定，以防止管涵入水时气囊受水压力激增后出现压缩现象，气囊松脱逸出管涵内腔。气囊打气时，先从最底排依次向上排施工，打气时对称充气，气压均匀控制在0.2～0.25MPa,使得所有气囊受力均匀，并塞紧暗涵内腔，使暗涵内腔填充率达到预定值。

图1 滑道出运示意图

（2）暗涵滑道入水。①气囊选用。选用直径Ф1000mm超高压气囊，壁厚为10mm，出厂检验承压能力为0.36MPa，许用压力为0.30MPa，正常使用压力为0.2-0.25MPa，安全阀限压值取0.35MPa，气囊正常工作高度H取30cm。

H为气囊受压后高度及工作高度，承载面宽度：

B=(πD-πH）/2=1.1m

每米气囊承载能力＝200×1.1＝220KN，

暗涵垂直于岸线布置，长度30×13.2m，单个暗涵重量约930t，故纵向移动时气囊的有效工作长度为13.2m，横移时气囊的有效工作长度30m。

故纵移时，每条气囊承载能力＝220×13.2＝2904KN；

则每条暗涵下需布设气囊=930×10/2904=3.2条，考虑一定的安全性，及接运气囊的及时性，暗涵底部需要不小于5条气囊，考虑气囊在未充气情况下，宽度为1.57m，因此穿气囊时间距=（30-1.57×5）/4=5.54m

出运暗涵时气囊间距=（30-1.1×5）/4=6.125m满足穿气囊的要求。

暗涵横移时，气囊有效工作长度30m，每条气囊承载力=220×30=6600kN；

则每个暗涵下布设气囊=930×10/6600=1.4条，考虑一定安全性，暗涵底部设置不少于2条气囊。

横移暗涵时气囊间距=（13.2-1.1×2）/1=11m，满足穿气囊要求，为方便移运时接应气囊布设后尽快承力，气囊布设按三等分原则布设，即第一条气囊临近暗涵边缘时，接应气囊已进入暗涵底边，即气囊间净距按5.03m布置。

②滑道建设。按上面公式，滑道角度取1:19.3坡比（坡度3度）时，需要后拉牵引力为1005kN，故后方需要埋设200t地牛1个，配25t卷扬机，4个滑轮组。为使暗涵顺畅下滑、气囊与暗涵底部充分接触，坡道宜分四段坡度设置，在80m处设置下卧式卷扬机。取水明渠岸边就近空闲场地标高约+4m，取水明渠炸礁开挖后的沟槽底标高近护岸处为-6.04m，以取水明渠作暗涵水上拖运通道。经计算，在不考虑帮浮气囊的情况下，管涵浮运时干舷约0.9m，平潮吃水2.5m滑道端头底标高，故滑道端头水深取-3m，高差7m，则滑道长度宜为159米。

滑道基础充分利原地貌的岩石地基，顶面用碎石找平，在潮差段位置浇注15cm厚的C20混凝土垫层，防止受潮水及涌流影响破坏，长度60米，B至C段需预制安装导向板，导向板宽度2.0m，厚度250mm，长度13.5m，需要安装30块，上面设吊鼻，用以提前固定滚运气囊。其余通道采用小粒径碎石铺筑压实处理。

③顶升运移。暗涵预制强度达到设计值后，安装基床验收合格即可出运暗涵。千斤顶顶升横移到位后，连接滑道的台座线上暗涵滚运前直接连接牵引缆绳到地锚卷扬机，并在箱涵滚运方向上布设接运气囊，气囊布设间距5.54m。启动卷扬机拉动暗涵向前移运直到滑道端头，转换后拉地锚到55t地牛上，同时按前述在滑道上提前布设接运气囊，潮差段以上部分人工配装载机铺设，潮差段B到C点处需在低潮是时段内提前将接运气囊固定在导向板，以便暗涵移动到此处时有气囊接运。当箱涵临近-3m起浮水位时收紧前后锚缆，使管涵稳定，然后再入水起浮，箱涵到取水明渠中位置调整到位后，前方采用1200hp锚艇将排水暗涵缓慢沿取水明渠中轴线水上拖运至安装地点。

图3 定位安装

（3）暗涵浮运安装。排水暗涵拖运至距安装位置较近的平整地带（潜水员提前探摸）大体就位后，对腔内气囊缓缓控制放气，使暗涵缓缓下沉在基床上。暗涵下沉的水深介于-4m至-13m，由于本工程暗涵每节长30m、宽13.2m，工艺实施时计划下潜的区域水深控制在-10m以上的区域进行，考虑2m水位的情况下，保证暗涵自由下落过程中不会发生翻转。

另外，为了确保填充气囊放气后与暗涵间摩擦力变小，受到深水区水头压力的影响出现气囊脱落现象。计划将每个气囊端头通过钢丝绳与暗涵外壁的吊环连接，暗涵着床后，潜水员下水将气囊端头的连接拆掉。

定位方驳就位，方驳横跨暗涵，带缆，由定位方驳调整暗涵使其精确就位。

方驳80长50.32m，型宽13.5m，空载吃水0.73m，满载吃水2.3m，所需拖轮功率441KW。本工程暗涵长30m，宽13.2m，暗涵最小顶标高为-0.65m，一般潮位情况下水深约1m，可以满足方驳跨越要求。考虑到潮差段水深较浅，故方驳拟纵向跨越暗涵，见图2-3。方驳上安装4台80kN卷扬机，用作暗涵调整动力。安排潜水员水下接长16根直径1.45m的气囊充、排气管，并在方驳上按安装顺序依次绑定排气管，再由潜水员配合船上排气调节施工人员将暗涵正好调节至临界状态。

图2 暗涵水上拖运实景图

方驳调整暗涵时，制作15m测量塔，采用自由行软件进行测量定位，监测暗涵安装轴线。

待暗涵调整基本就位后，卷扬机起吊涵管，使涵管脱离基床约20cm左右，微调涵管的位置，利用预先安装在既安涵管上的导向槽钢将偏差控制在5cm以内，然后用4个10吨的千斤顶将待安管与既安管拉合对接，见图4。

图4 暗涵水下精确定位图

用拉合千斤顶拉合完成后，4个气囊同步放气，待沟道安装完成后，对填充气囊进行真空吸气，取出填充气囊。依次将气囊缓慢抽至暗涵外（为解决以往工程气囊端头拖拽易损坏问题，采用囊身满布吊带的方式），采用交通船傍拖至岸边，由80t履带吊吊至下节暗涵出运位置。进行下一个沟道的安装。

3.工艺实施效果

通过本工程暗涵出运的施工，我公司形成了一套较为成熟的大型预制构件出运安装的施工工艺，并取得了较好的施工效果,为以后类似的水下暗涵安装施工提供借鉴。