外海深水钢丝石笼高效、高精度安装研究与应用

袁明明 曾建青 广东海工建设工程有限公司

苏千立 广州粤科工程技术有限公司

1.工程概况

国家管网集团西气东输二线管道共 1 条干线和 8 条支线，其中香港支线位于珠江口海域深圳市西岸，起于西气东输二线香港支线大铲岛分输站，海底敷设经大铲水道，过矾石浅滩并直跨铜鼓航道，经深圳湾口登陆香港龙鼓滩输气站。在2018 年对香港支线大陆段海管的状态检测中，检测单位发现管道西侧分布有不少采砂活动区，采砂区距离管道最近处约300m，调查也显示采砂坑边界北部向管道方向有不同程度移动，为了阻止砂坑边坡继续向管道侧移动，2020年10月22日，国家管网集团西气东输公司决定对北侧边坡展开试验段整治方案。北部试验段整治长度700.0，整治宽度190.0m，整治面积13.30万m。整治方案先对现状边坡和低洼处进行削坡与回填处理，处理好的边坡上先铺设一层土工垫，土工垫施工完毕后再在其上安放一层钢丝石笼，石笼规格大小为2m＊1.8m＊0.5m。本工程施工区域水深在10～25m之间。

2.钢丝石笼安装施工方方案

钢丝石笼是一种成本低、护坡效率高水下边坡整治技术。本次北侧边坡试验段钢丝石笼安装个数为45305个，每个石笼3.2t。本工程属于应急抢险工程，施工工期紧迫，根据总体施工进度计划，钢丝石笼安装工期为89天，每天需要安装的钢丝石笼不少于509个，安装精度要求每100m不少于23件，石笼边界位置允许0～500mm。石笼从料场船舶运输至施工区域，再将石料充填到钢丝石笼内，满足要求的钢丝石笼封口再根据定位安装到指定的位置，在以上的整个工序中，都需要紧密配合，并且能实现流水线式作业，才能满足工期要求。本文根据施工要求和作业特点对抛石船舶进行改造升级，改造升级后的船舶能对钢丝石笼安装实现石笼定位→石笼网组装→石笼块石充填→石笼称重→石笼快速安装流水线式作业，提高安装效率和安装精度。

3.钢丝石笼安装船舶研究

钢丝石笼安装船舶是本次施工的重要船机设备。

3.1 改造的船舶尺寸

惠建工68船舶：总长58m，宽度14m，吃水2.0m。

永泰达81船舶：总长53m，宽度13m，吃水2.0m。

3.2 安装装置

由图1可见，钢丝石笼安装设备安装在船舶一侧。改造船舶装有GPS系统，在船舶一侧船舷边安装钢丝石笼安装设备，钢丝石笼安装设备主要包括主钢架排、连系梁、电动葫芦安装梁、下钢挡板、装石平台、上钢挡板、石笼装填平台、承重系统以及悬挂式电动葫芦组成。

图1 钢丝石笼安装设备示意图

由图2可见，其中主钢架主要包括3根立柱、2根横梁、1根角撑、1根斜拉梁组成。主钢架排每隔4.0m布置，主钢架排顶部采用两根贯穿所有排架的连系钢梁进行加固，并沿着主钢排架横梁2的垂直向设置一电动葫芦安装工字梁，每隔排架之间的电动葫芦安装工字梁上设置一台悬挂式电动葫芦。下挡钢板设置在立柱3的外侧，用于挡住甲板上的块石，装石平台设置在横梁1上，每隔排架之间的装石平台预留一料斗口，用于石笼块石装填，上钢挡板设置在装石平台以上立柱2的外侧，主要是防止钢丝石笼安装块石时，块石从装填平台掉落，砸伤下面作业人员。装石平台下设置石笼装填平台，石笼装填平台下面布置一承重系统。

图2 主钢排架结构图

图3 石笼安装设备剖面示意图

4.钢丝石笼安装步骤

（1）安装网格划分：为了保证石笼安装质量，需对石笼安装范围进行网格划分，绘制石笼安装位置图，并导入到定位软件，形成石笼安装电子地图（见图4）。

图4 石笼安装分区图

（2）石笼的定位。定位的原理是利用GPS定位船体位置，由船体位置定位石笼安装位置。具体做法：

1）船舶安装GPS，实时显示在石笼安装电子地图上；

2）移动船舶，使安装石笼的位置靠上地图上对应位置，即完成安装定位。

（3）石笼网组装、装石与承重。石笼网的组装在石笼安装平台上进行，组装好的石笼网开始充填块石，采用甲板上的反铲挖掘机通过装石平台上的料斗装填块石到笼网中，当重量达到设计要求，终止装料，石笼的重量根据石笼安装平台下的地磅承重系统确定，满足重量要求后，对石笼进行封口处理（见图5-6）。

图5 石笼安装平台

已经充填好块石的石笼采用悬挂在钢架上的电动葫芦进行安装，安装前，根据定位系统将电动葫芦调到合适的位置（其位置应考虑水流深度、流速、流向，计算好漂移距），然后利用电动葫芦将石笼拖出石笼安装平台，待石笼稳定后，慢慢将石笼放入水中，直至石笼落地安装（见图7-8）。

图7 5t悬挂式电动葫芦

5.安装质量措施

5.1 石笼钢丝材料要求

图6 石笼装料

石笼钢丝材质要求：①钢丝网钢丝技术指标应满足《工程用机编钢丝网及组合体 》YB T 4190-2018和《生态格网结构技术规程》CECS 353 : 2013 的要求；②钢丝采用覆PVC的Ⅰ组锌-10%铝-混合稀土合金镀层钢丝，网孔规格为80mm，网丝直径2.7mm，端丝和边丝直径不小于3.4mm，最小镀层重量不小于233g/m；③钢丝抗拉强度应为350Mpa～500Mpa，断裂伸长率不应小于12%；④钢丝产品在每2dm水中含0.2dm的SO2环境中进行试验，在56个试验周期（1个周期为24h，在试验箱内暴露8h，在室内环境大气中暴露16h）的不连续试验后，网面样品上产生深棕色红锈的面积应不大于试验面积的5%；⑤钢丝在中性盐雾试验2000h后，网面样品上产生红棕色红锈的面积应不大于试样面积的5%；⑥有机涂层原材料经过氙弧灯（GB/T 16422.2）照射4000h或Ⅰ型荧光紫外灯按暴露方式1（GB/T 16422.3）照射2500h后，其延伸率和抗拉强度变化范围应不大于初始值的25%；⑦有机涂层采用其他材料时，其防侵蚀能力不得低于PVC涂层，并且使用前应征得设计、监理的同意。

图8 石笼安装作业图

5.2 块石材质要求

块石材料要求：①石笼充填块石采用粒径15～30cm的块石；②块石水中浸透后的单轴饱和极限抗压强度不低于30MPa；③不得采用遇水易软化的石料，石料重度不小于26.5kN/m，块石无严重风化和裂纹。

5.3 石笼安装

石笼安装注意以下事项：①在石笼大批量安装前进行典型施工，根据典型施工效果优化施工工艺。拟选择最北侧30m范围作为典型施工段，施工后每天监测石笼位移1次，不少于15天；②石笼安放时为减少土工垫的不均匀沉降，移位、皱折和利于石笼的密实，其安装顺序如下：断面方向：坡底向坡顶；长度方向：按1、4、7、10……，2、5、8、11…，3、6、9、12…进行安装；③石笼安装后，需对安装质量进行检验，检验方式采用水底摄像或者采用多波束扫海。

6.结束语

随着我国海洋经济的迅速发展，海域使用开发活动日益频繁，越来越多的建筑物建在了大海深处，而这些海洋建筑物在建设和运行阶段，常常会受到边坡侵蚀等问题。钢丝石笼具有良好的柔性与抗拉能力，对海床的变形适应能力强，是海底边坡整治的优良结构。

本文探讨研究的外海深水钢丝石笼安装工艺与方法，通过工程实例证明其安装效率、精度高，施工效果有保障，对以后需要类似处理海洋边坡整治具有推广和应用价值。