关于大型沉箱扶正方案的确定

2022-09-02曹宏桥刘滔中铁广州工程局集团有限公司

珠江水运 2022年15期

关键词：起重船沉箱基床

◎曹宏桥刘滔中铁广州工程局集团有限公司

许建军中铁二院（广东）港航勘察设计有限责任公司

1.项目概况

1.1 工程概况

中石化（香港）洋浦成品油保税库项目配套码头工程位于海南省洋浦港神头港区，隶属儋州市，具体位于神头港区规划的液体危险品作业区3#港池内，临近神尖角附近，东南望莲花山，南靠已建中石化海南炼化30万吨级原油码头。

本工程沉箱数量多、分布广、形状各异、高度不一，经过核算及专家论证，采用浮船坞“浮坞102”出运（船长66.6米、船宽35米、主体型深3.8米、坞墙内净宽24米）至现场下潜坑后，采用500吨起重船助浮出坞，并助浮运至指定的安装位置。因为项目所在地海况复杂、沉箱的规格多、安装沉箱的工艺流程复杂，本项目41件沉箱安装从2016年3月19日开始至9月15日完成安装，耗时约6个月。

1.2 沉箱偏位原因与状态

“莎莉嘉”台风2016年10月16日凌晨2点20分前后以超强台风级在菲律宾吕宋岛东部沿海登陆，随后2016年10月18日上午9点50分前后第21号台风“莎莉嘉”在海南省万宁市和乐镇沿海登陆，登陆时中心附近最大风力有14级（45米/秒），中心最低气压为955百帕，台风移动速度快、风力蓄积能量大。为保证施工船舶安全，项目所有施工船舶于2016年10月16日撤离至白马井防台锚地避台，此时，沉箱内已回填满砂压载防台（按照设计仅填至沉箱顶面以下4.73m），但是沉箱基床栅栏板及护底块石没来得及施工。18日20时台风中心经过项目所在地，台风经过时候风力12级，海上风浪巨大，对#1泊位的5个沉箱（3个工作平台沉箱和2个靠船墩沉箱）造成偏位，其中最大的偏位近190cm，最小偏差22cm，垂直度最大偏差5%，最小偏差0.5%，均超过规范要求的偏位15cm及垂直度0.5%要求。

2.沉箱扶正工艺流程确定

2.1 沉箱扶正实施难点

①本项目沉箱安装于2016年9月15结束，起重船已退场。需要大型的起重船二次进场施工。

②沉箱内部已经回填砂，存在板结液化的情况，需要将沉箱内部的砂抽出来，在沉箱深度较深的情况下难以寻得合适的抽砂设备。

③该季节施工区域海况复杂，时常有寒潮、台风等季节性海洋气候，海面6级以上风力和大浪情况较多，需要提前做好气象条件的预报，而且对于大型起重船舶设备的避风也需提前预警。

④对起重船及抽砂船各设备之间的施工工效难以估量，施工安全、质量、工期及成本不好确定，对后续的施工工序的安排影响较大。

⑤沉箱扶正工作处于本项目施工高峰期，施工海域船舶较多，疏浚挖泥船、泥驳、平板驳、吊机船较多。同时本项目北侧10米临近逸盛的PTA码头，该码头经常停靠作业船舶，沉箱扶正施工船舶需经常避让航道，调遣繁琐。

2.2 施工工艺流程

经过对基床进行测量，沉箱基床周围淤泥厚度平均接近2m，超过规范要求的0.3m，必须将基床淤泥清除后才能进行沉箱扶正。沉箱出现平面偏位及竖向高差，是因为受本次台风影响导致基床遭受了破坏，必须将沉箱吊离原基床后，对原基床重新进行抛石、整平等工序，再对沉箱进行重新安装。沉箱+回填砂的重量在2562.44t～4554.74t之间。在不考虑其余力的作用下，起浮方沉箱最小力需要：2547.86-1990.76=557.1t；圆沉箱最大起重力为：4554.74-1609.3=2945.44t。而海南洋浦附近水域能够找到的起重量在300～500t不等的起重船，均不能满足起重条件，只有通过减少沉箱箱体内的压载物，将沉箱内部的回填砂抽出，减少沉箱的总重量，方能满足起浮条件。

图1 400吨起重船的吊装现场图

仔细研究，初步确定沉箱扶正采用施工工艺流程如下所示：

沉箱四周清淤→沉箱内抽砂→沉箱临时存放点抛石整平→沉箱起浮临时存放→原基床抛石、整平→基床验收→沉箱重新安装定位→沉箱内回填砂回填。

3.沉箱扶正方案选择与实施

3.1 起重船选择

经对洋浦附近水域现有的“500吨固定趴杆起重船粤广州工0063”“400吨固定趴杆起重船粤广州工0016”“400吨全回转趴杆起重船粤东莞工0228”进行比选，对于起重量及跨度，三艘船舶均满足要求，同时对比两条400吨起重船的参数，回旋吊与趴杆吊的稳定性方面，趴杆吊稳定性较强，且固定趴杆吊的费用也比较低，船体较小，占用水域小，在施工海域其余船舶较多的情况下能够减少对其余船舶的干扰，施工避让情况也较少，故最终选择“粤广州工0016”起重船作为沉箱扶正的主要起重设备。

图2 气举法抽砂设备组合图

3.2 沉箱四周清淤

经过对沉箱基床进行测量，发现经过本次台风，沉箱脚趾处平均存在2m深度左右的淤泥。淤泥的存在，不仅影响后续抛石质量，而且还使沉箱与基床保持较大的粘结力，影响沉箱的起浮。利用潜水员+1500m仓容的抽砂船对沉箱底部基床进行清淤，潜水员下潜至基床面，在水下抬动抽砂船吸管在水下来回移动管头，对所有沉箱四周进行清淤，直至清淤结果满足规范要求。

3.3 沉箱内抽砂

3.3.1 抽砂量的计算

因为沉箱内已充填砂，台风袭击后，每个沉箱的砂面标高均不相同，沉箱含砂总重亦不相同。起浮沉箱，需根据起浮水位计算沉箱内抽砂的最大深度，以#1泊位方沉箱CX2-1为例说明，根据沉箱安装平面布置图，#1泊位CX2-1沉箱吊距为：2m（安全距离）+10m（前一排沉箱宽度）+8m（沉箱间距）+5m（吊点中心间距）+5m（趴杆脚至船头距离）=30m，经查起重船吊装曲线，吊装最大重量为229t，考虑安全系数，按照200t吊力进行起吊计算，在实际操作中，因为基床粘结力不好估算，按经验预估基床粘结力为100t，将起重船吊力先控制在100t后再逐渐增加。

清理沉箱内回填砂高度计算：沉箱盖板及操作人员重量为10t，选择在平均高潮位+2.8m时候对沉箱进行扶正安装时候需要抽取的最少砂重量为：2547.86+10+100-1990.76-100=567.1t。

方沉箱的4 个隔仓截面积总和为：20.395625×4=81.58m，则沉箱抽砂最少深度为：567.1/（81.58＊1.8）=3.86m。在现场实际抽砂深度控制，以此为最低控制标准。实测比重已达1.8t/m左右，所以在沉箱总重量的计算中按照此比重予以计算。

3.3.2 沉箱内抽砂

为减少沉箱的总重，需将沉箱内部的回填砂抽出。此项工作为沉箱扶正工作的重点，在选择抽砂设备的方案上，我公司从始至终制定了五种方案，根据实际情况从中选择了合适的抽砂方案。

方案一：以抛石方驳上的长臂挖掘机进行挖砂为首选方案。本方法效率较高，挖出来的砂能够放置在方驳上循环利用。但是长臂挖掘机臂长有限，加上跨距较大，仅能够挖深6m左右，余下的回填砂需靠其余方法抽出。

方案二：选择现有的清淤抽砂船进行抽砂。利用吊机方驳将抽砂船的抽砂管头放入沉箱内进行吸砂，在现场实际操作中由于抽砂管管径较大，水深较深，同时沉箱内部回填砂已经板结，难以将沉箱内砂高效抽出，大部分时候抽出来的仅海水而已。

表1 各抽砂方法综合比较分析表

方案三：我单位采购了一台大型抽砂泵，利用抽砂泵下部搅叶将板结砂搅松以后进行抽砂，但经实操发现沉箱内回填的砂密度较大，沉淀时间久，已经发生板结液化现象，加之抽砂泵吸水流量较大，外部抽水泵来不及抽水进去沉箱内，抽砂效率低，而且沉箱内部回填砂会含有一部分颗粒较大的物体，易造成堵管的现象，抽砂管来回摆动，管头脱离沉箱内部砂表面，固体飞溅，危险性较大。

方案四：结合灌注桩的清孔经验，我部利用“气举法”进行抽砂作业。首先配备相应设备：将DN100镀锌导管分为3m、6m的管节，根据实际抽砂深度利用法兰连接成整体，将高压气管与空压机相连，绑扎在镀锌钢管外侧引到管底部冲击砂层，镀锌钢管顶部连接排砂塑料钢丝管，将抽出来的砂引至固有抽砂船上存放。工作中，开动空压机，利用高压气体冲击导管底部，将已沉积的砂掀起，高压气体在导管底部形成真空进行“气举”抽砂。

方案五：在方案四气举法的基础上，在导管底部加装搅叶，利用搅叶的搅动，使得沉箱底部板结砂松掉，然后抽砂，增加抽砂的效率，但是在实际运用中，由于上下提动导管，易造成搅叶的损坏，同时由于电线及气管较多，容易造成缠绕，易发生触电事故，不利于抽砂。

经过现场安全、可操作性、抽砂工效综合比较，最终选用方案一+方案四进行作业。方案一长臂挖掘机挖砂能够保证最快工效，从现场选择已有的平板驳船及长臂挖掘机进行施工，挖出来的回填砂放置在平板驳船上，待沉箱扶正复位后可以循环利用。方案四抽砂工效较高，能够保证抽砂效果，对比其余方案，操作过程中不带电作业，安全风险级别较低，实际操作中可以根据沉箱内回填砂的高低不同而选择不同长度的接管方式，在抽砂过程中利用吊机驳船将抽砂管上下提起，左右摆动，有利于砂的快速排出，与此同时，不断更换抽砂导管的位置，确保沉箱内不同隔仓的砂同步抽取，减小沉箱隔仓壁的两侧压力。

3.4 沉箱起浮

利用400t起重船对沉箱进行起浮，沉箱起浮各项准备工作完成后，先将沉箱内的水抽到砂面。再将起重船的吊力从100吨开始慢慢加载。起重船不能一次性将吊力加到200t，因为在沉箱脱离基床的一瞬间，起重船的吊力会瞬间减少至理论计算值，对整个起吊船的平衡造成不利影响，甚至损坏起重船的趴杆钢丝绳组合，为避免发生该种现象，暂定吊力最大控制在200t左右，起重船吊力逐渐增大，从100t开始，每次增加10t吊力，增加一次吊力后需稳定一定时间，待确定沉箱及起重船的稳定后再增加下一轮吊力。在对沉箱进行调整时候，根据起重船上实际受力的电子显示，分析基床对沉箱的粘结力值。根据沉箱的不同，吊力增加到160～180t，保持吊力10～20分钟，仔细观察沉箱状况，避免沉箱突然起浮的上冲力。