青島永泰長(zhǎng)榮
標(biāo)題: 利用斜船臺(tái)進(jìn)行沉箱下水工藝研究 [打印本頁(yè)]
作者: 永泰長(zhǎng)榮 時(shí)間: 2023-12-30 17:38
標(biāo)題: 利用斜船臺(tái)進(jìn)行沉箱下水工藝研究
摘要：本文通過(guò)遼寧某水工工程為例，介紹了在斜船臺(tái)上溜放沉箱下水工藝，借鑒船舶溜放下水工藝進(jìn)行沉箱溜放下水，可節(jié)約大型船舶的調(diào)遣和出運(yùn)費(fèi)用，在特殊情況下可采用的節(jié)約成本的沉箱出運(yùn)工藝。關(guān)鍵詞：斜船臺(tái) 沉箱 溜放
1.工程情況概述
遼寧某碼頭工程設(shè)計(jì)采用沉箱結(jié)構(gòu)直立岸壁，沉箱結(jié)構(gòu)如下：
沉箱尺寸表
沉箱平面結(jié)構(gòu)如右：
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由于沉箱數(shù)量較少，且重量達(dá)610噸，一般出運(yùn)工藝為起重吊裝出運(yùn)或利用半潛駁出運(yùn)，有固定預(yù)制場(chǎng)的也采用滑道或在船塢中預(yù)制出運(yùn)。但該工程附近無(wú)可用固定預(yù)制場(chǎng)，且如調(diào)遣大型船舶如起重船和半潛駁費(fèi)用較高。工程附近有一船舶制造廠(chǎng)的斜船臺(tái)空閑，其主要功能為船舶制造并溜放下水。是否可以利用斜船臺(tái)出運(yùn)沉箱將大大提高功效和節(jié)約成本。
斜船臺(tái)的直立岸壁結(jié)構(gòu)形式如下：
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現(xiàn)場(chǎng)潮位為：設(shè)計(jì)高水位3.4m，設(shè)計(jì)低水位0.15m，極端高水位4.37m，極端低水位-1.32m。據(jù)統(tǒng)計(jì)，沉箱出運(yùn)的水位應(yīng)在3.2m。
2.施工設(shè)想
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沉箱拖運(yùn)圖
2.1沉箱浮游穩(wěn)定
沉箱浮游穩(wěn)定計(jì)算
（1）由于沉箱設(shè)置前趾，沉箱空載時(shí)橫向m為-0.12m，浮游不穩(wěn)定?？v向定傾高度m值為2.4m，縱向浮游穩(wěn)定。
（2）沉箱需配載，并考慮封倉(cāng)蓋板，沉箱后倉(cāng)加載60T時(shí)，沉箱橫向定傾高度m值為0.24浮游穩(wěn)定，且橫向重心基本與浮心重合。
沉箱浮游穩(wěn)定計(jì)算見(jiàn)《重力式碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》[1]6.2.4條，這里不做詳述。
2.2沉箱溜放設(shè)想
沉箱預(yù)制完成后，低潮位采用氣囊拖運(yùn)至斜船臺(tái)。從施工拖運(yùn)時(shí)看，沉箱只能拖運(yùn)至斜船臺(tái)內(nèi)1m位置。
在3.2m潮位時(shí)，沉箱距斜船臺(tái)1m停止時(shí)，受到浮力為沉箱吃水高度，應(yīng)扣除拖運(yùn)氣囊工作高度和船臺(tái)的斜度。沉箱吃水平均為2.65m，浮力為316T，而沉箱重為610噸，沉箱是無(wú)法起浮的。
2.2.1設(shè)想一
設(shè)置助浮氣囊，但困難是在助浮氣囊直徑為1.8m，3.2m潮位時(shí)氣囊如果采用捆裝帶懸掛在沉箱底部的方式，氣囊吃水受到較大影響，只能有一排氣囊吃水。四周都懸掛氣囊，不考慮后側(cè)氣囊，增加浮力為94.2T，仍無(wú)法起浮。是否考慮設(shè)置托架捆綁助浮氣囊達(dá)到起浮狀態(tài)，托架設(shè)計(jì)圖如下：
存在問(wèn)題：
1、托架剛度較大，計(jì)算托架需要使用型鋼約40T。且每個(gè)沉箱連接托架預(yù)埋鐵件需要2.5T。
2、沉箱不能壓載，本身不設(shè)置助浮時(shí)浮游不穩(wěn)定，設(shè)置托架助浮后更難穩(wěn)定。
3、即使沉箱下水后，托架需水下拆除，一旦托架變形，拆除非常困難。
4、需要的潮水較高，且安裝、拆除托架時(shí)間較長(zhǎng)，每月可利用高潮位較少，功效很慢。
5、為便于拆除，支架與沉箱的連接采用穿銷(xiāo)子連接，由于浮力產(chǎn)生對(duì)連接處彎矩過(guò)大，預(yù)埋件很容易產(chǎn)生破壞。
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沉箱下水前位置
[attach]8653[/attach] [attach]8654[/attach]
托架助浮氣囊布置圖
2.2.3設(shè)想二
利用船舶溜放工藝進(jìn)行沉箱溜放。船舶下水分四個(gè)階段，船舶在空氣中的滑行階段；船舶從艉部接觸水面到艉浮階段，船舶從艉浮到全浮階段，船舶從全浮到船舶漂浮至既定水域階段。船舶從從艉部接觸水面到艉浮階段，船舶從艉浮到全浮階段計(jì)算非常復(fù)雜，主要考慮在船體的仰傾現(xiàn)象。
1、沉箱溜放的可行性:①沉箱縱向浮游穩(wěn)定非常好。②沉箱在后倉(cāng)壓載60T時(shí)橫向浮游穩(wěn)定且平穩(wěn)。③沉箱在壓載60T漂浮時(shí)干舷高度為3.2m。④現(xiàn)場(chǎng)水域開(kāi)闊且封閉，基本無(wú)橫流，水深滿(mǎn)足施工要求。
2、需要考慮溜放的問(wèn)題：①沉箱溜放下水過(guò)程中是否存在沉箱艏頂部沒(méi)水情況。②沉箱在離開(kāi)船臺(tái)時(shí)存在艉跌及觸碰船臺(tái)。③沉箱滾動(dòng)過(guò)程中對(duì)滾動(dòng)氣囊的破壞。④助浮氣囊的設(shè)置。⑤船臺(tái)前沿是否水深足夠，不致沉箱觸底。
3、解決的方法：初步設(shè)想是艏部、兩側(cè)各懸掛2條助浮氣囊，艉部懸掛1條助浮氣囊。氣囊直徑1.8m，前側(cè)氣囊直線(xiàn)段長(zhǎng)7m，兩側(cè)氣囊直線(xiàn)段長(zhǎng)15m。滾動(dòng)拖運(yùn)氣囊直徑1m,工作高度為0.6m。
（1）我們用鋼板焊接了一個(gè)1:30的同比例的模型，模型的尺寸和重心位置均與實(shí)際相同比例，觀(guān)察模型在溜放過(guò)程中的狀態(tài)。通過(guò)模型觀(guān)察，（1）在下水潮高3.1m，開(kāi)始下水沉箱位置距船臺(tái)前沿距離4.5米；下水過(guò)程，首吃水在6m位置，沉箱首部開(kāi)始漂浮，這時(shí)尾部吃水2.1m；（2）下水潮高3.5m，開(kāi)始下水沉箱位置距船臺(tái)前沿距離4.5米；下水過(guò)程，首吃水在5.5m位置，沉箱首部開(kāi)始漂浮，這時(shí)尾部吃水2.5m；
（2）簡(jiǎn)單分析受力情況
在3.2m潮位時(shí)，沉箱重心出船臺(tái)時(shí)，沉箱重力為671T，沉箱浮力為296T加助浮氣囊（考慮前側(cè)2個(gè)助浮氣囊，邊側(cè)1條助浮氣囊）114T為410T，沉箱存在艏跌情況。
根據(jù)模型計(jì)算，計(jì)算水位3.5m時(shí)最后一條滾動(dòng)氣囊在船臺(tái)上的狀態(tài)
671-（5.5+2.5）/2×114.246=214T
注：671為沉箱加載后總重（T）,5.5和2.5為沉箱前后吃水（m），114.246為沉箱吃水?dāng)嗝婷娣e(m2)?？鄢岸?條氣囊17.8T/條，兩側(cè)4條氣囊38.2T/條，對(duì)船臺(tái)壓力為25.6T。小于滾動(dòng)氣囊的工作壓力100T。
4、施工時(shí)的注意事項(xiàng)
（1）、應(yīng)通過(guò)計(jì)算保持沉箱橫向浮游穩(wěn)定，且偏載較小，配重易采用固體配重。
實(shí)際施工下水之前在沉箱后沿3倉(cāng)格內(nèi)平均加載總配重砂61t，保證沉箱在下水過(guò)程中橫向始終保持穩(wěn)定。
（2）、滾動(dòng)氣囊安放應(yīng)平行，保證沉箱能夠在重力牽引下下滑。下滑力應(yīng)做計(jì)算。氣囊的滾動(dòng)摩擦系數(shù)μ取在0.01-0.015之間變化。
實(shí)際施工時(shí)在船臺(tái)1：14坡道末端用油漆畫(huà)刻度尺，保證滾動(dòng)氣囊之間的平行狀態(tài)和沉箱的平行狀態(tài)，以保證沉箱滾動(dòng)的速度。保證距船臺(tái)前端的滾動(dòng)在5m距離。
（3）、滾動(dòng)氣囊的布置應(yīng)盡量滿(mǎn)布，且保證沉箱出斜船臺(tái)時(shí)均有氣囊與船臺(tái)接觸。一般滾動(dòng)氣囊水平移動(dòng)距離為沉箱移動(dòng)距離的近似一半。
保證沉箱下布設(shè)滿(mǎn)8條氣囊，氣囊的滾動(dòng)間距在20cm，保證在沉箱下水過(guò)程中，始終有氣囊與船臺(tái)接觸。
（4）、沉箱下水前做封倉(cāng)處理。
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沉箱封倉(cāng)示意圖
（5）由于沉箱為鋼筋砼結(jié)構(gòu)，且與水體接觸，一般不考慮沉箱自身的剛度。
3.施工效果及總結(jié)
3.1適用條件和實(shí)施措施
1、沉箱縱橫向浮游穩(wěn)定，其縱向定傾高度m值應(yīng)大于0.5m。
2、斜船臺(tái)的坡度應(yīng)保證其沉箱設(shè)置滾動(dòng)氣囊時(shí)有下滑力。該處斜船臺(tái)坡度為1：14。
3、施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)有一定的潮差，適用于利用斜船臺(tái)出運(yùn)。
4、斜船臺(tái)的高度設(shè)置應(yīng)通過(guò)計(jì)算保證沉箱沿斜船臺(tái)坡度下滑至離開(kāi)斜船臺(tái)時(shí)，沉箱處于漂浮或?qū)ψ詈笠粋€(gè)滾動(dòng)氣囊壓力小于其工作壓力的50%。否則應(yīng)設(shè)置助浮氣囊。
5、測(cè)算沉箱艏跌
沉箱的下水過(guò)程是一個(gè)不斷和流體作用的過(guò)程，除了浮力之外，還有水的軸向粘性阻力和由于動(dòng)量傳輸所引起的動(dòng)量變化力即附加慣性力，由于下水是變速運(yùn)動(dòng)，情況比較復(fù)雜。
我們可考慮如下動(dòng)量守衡簡(jiǎn)單計(jì)算，但最好通過(guò)模型試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)。
[attach]8658[/attach]
式中為水的粘阻力
ρ為水的密度
V為下滑速度（米/秒）
S為沉箱運(yùn)動(dòng)方向投影最大濕面積；
C1為阻力系數(shù)。
可考慮與艏跌的高度積等于沉箱下滑的勢(shì)能。
沉箱艏部吃水深度應(yīng)保持1m以上的干舷高度。并考慮加蓋封倉(cāng)蓋板。
6、沉箱艉跌
由于沉箱一般較短，沉箱艉跌小于沉箱艏跌。主要是考慮滾動(dòng)氣囊的密集排布以防止艉部接觸船臺(tái)。實(shí)際施工中未發(fā)現(xiàn)有觸碰現(xiàn)象。
3.2實(shí)際效果
在遼寧某水工工程施工中順利完成了利用斜船臺(tái)進(jìn)行沉箱下水的施工。下圖為沉箱下水瞬間：[attach]8657[/attach]
4.效益比較
對(duì)于該工程沉箱為610T，總數(shù)為7個(gè)，需要使用1000T以上的起重船。安裝和調(diào)遣費(fèi)用估算在15萬(wàn)元/個(gè)以上，使用利用斜船臺(tái)進(jìn)行沉箱下水工藝，費(fèi)用約為使用起重船安裝費(fèi)用的1/5。
參考文獻(xiàn)：
[1]中交第四航務(wù)工程局主編，《重力式碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》（JTJ290-98）,1998.4
[2]龔建松，哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文《船舶縱向重力式下水計(jì)算》
[attach]7530[/attach]
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