青島永泰長榮
標題: 氣囊搬運大型沉箱技術及其應用 [打印本頁]
作者: 永泰長榮 時間: 2023-12-30 17:38
標題: 氣囊搬運大型沉箱技術及其應用
大型沉箱在陸上預制完成后，沉箱的出坑搬運和安裝一直是重力式碼頭工程施工過程中至關重 要的環(huán)節(jié)。本文以汕頭廣澳港區(qū)一期碼頭工程為實例，簡要介紹氣囊技術在陸上搬運大型沉箱施工中的應用。
[關鍵詞] 沉箱搬運 高壓氣囊 應用
1 工程概況
汕頭港廣澳港區(qū)一期碼頭水工結構及護 岸工程為新建兩個2萬噸級泊位(2號、3號 泊位)和一個滾裝泊位及相應的護岸工程。其 中，2號、3號泊位總長435m; 滾裝泊位長 147m。 碼頭為重力式沉箱結構。由于潮差小 和胸墻斷面結構的需要，沉箱的頂標高在設 計低水位以下約1m 。3個泊位共有單件質量 約900t的沉箱49件。
該工程中標后，49件沉箱在哪預制、沉 箱如何出運、如何進行沒水安裝成為該工程 施工首先要解決的關鍵性技術問題。廈門分 公司及時組織相關部門和專業(yè)技術人員，進 行大量的船機設備、技術工藝、成本等論證比 選工作。最終確定在工程現(xiàn)場建臨時預制場， 現(xiàn)場預制沉箱；在場內采用高壓氣囊搬運沉 箱出坑并堆存；氣囊搬運沉箱上半潛駁；沉箱 封倉后由2000kN 起重船配合進行沒水安裝 的施工方案，
2 氣囊搬運沉箱技術簡介
2.1 氣囊搬運沉箱的工作原理
氣囊搬運沉箱的工作原理是向安裝在沉箱底部的氣囊內灌充高壓空氣，利用高壓空氣頂升沉箱，并在牽引力的作用下移動沉箱。
2.2 氣囊結構形式、性能與特點
我國船舶業(yè)已成功運用氣囊進行船舶的上排、下水，國家也頒發(fā)了《船舶上排、下水用氣囊》標準(CB/T3795-1996) 和《船舶用氣囊上排、下水工藝要求》標準(CB/T3837-1998)。氣囊分為低壓、中壓、高壓3種。本工程應用的氣囊屬高壓氣囊類型。
2.2.1 結構形式
氣囊為長圓柱形，由橡膠和錦綸簾子布3層構成。內外層均為橡膠層，中間是錦綸簾子布層，其用于中壓氣囊時簾子布為3層，用于高壓氣囊時簾子布為6層；錦綸簾子布的密度為95根/10cm 寬，錦綸繩的拉斷力為280N/根；其中高壓氣囊的斷面厚度約10mm左右。氣囊的縱斷面形式見圖1。
2.2.2 性能
氣囊力學性能見表1。
2.2.3 特點
(1)氣囊是以獨特的整體纏繞工藝成型，其囊壁無接縫，各向強度均衡，因此增加了抗爆裂強度和抗沖擊疲勞次數(shù)；
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圖1 氣囊縱斷面形式示意
表1 氣囊內外層膠力學性能表
| 指 標 | |
| 內層膠 |
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| 1.在溫度-40℃時無裂紋；溫度在70℃時無發(fā)粘現(xiàn)象。 2.接觸原油、機油、柴油等石油產(chǎn)品油液時，不得有嚴重膨脹發(fā)粘現(xiàn)象。 |
(2)因其利用壓縮空氣作為緩沖介質， 具有柔軟的避壓效果，吸收沖擊能量大，作用 于搬運物應力低，且耐沖擊性能優(yōu)異。
2.2.4 氣囊技術參數(shù)與標準
高壓氣囊技術參數(shù)見表2。表中“工作高度”欄目所列數(shù)值僅供參考。
表2 氣囊技術參數(shù)表
| 囊內壓強 P(MPa) | 工作高度 H(m) | 承載質量 W(t/m) | |
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《船舶上排、下水用氣囊》標準(CB/ T3795—1996)對“氣囊性能要求”中規(guī)定：
(1)彈性變形量
用1.2倍工作壓力作試驗壓力時，直徑變 形量不大于5%。
(2)安全系數(shù)
不小于工作壓力的4.5倍。
(3)氣密性
充氣1h, 降壓不大于5%。
(4)安全充氣裝置
囊嘴上應安裝安全閥，安全閥的啟跳壓 力應為工作壓力的1.25倍。
綜合上述4點要求對氣囊搬運沉箱安全 技術指標作出如下規(guī)定：進行氣囊承載力計 算時，安全系數(shù)取1.25。
2.3 氣囊的選擇
通過計算，本工程項目1000t 沉箱使用
7條直徑為01m, 長度為12.5m的高壓氣囊
就可滿足沉箱的承載要求。
2.3.1 氣囊的擺放
1000t 沉箱底部的氣囊擺放形式及其位
置見圖2所示：
2.3.2 有關數(shù)據(jù)的計算
(1)氣囊承載面寬度B(見圖1)
B=π(D-H)/2
式中：
D 一 氣囊直徑；
H 一氣囊工作高度；
(2)單條氣囊的承載面積S
S=BL?=πL?(D-H)/2
式中：
L?— 氣囊的承載面長度；
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圖 2 氣囊擺放位置示意
(3)單條氣囊的承載力 W 高度H 愈高，其承載面寬度B 愈窄，
W=SP=πL?P(D-H)/2 (3) 通過應用以上公式的對比計算找出合理
式中： 的氣囊直徑和氣囊工作凈距，為沉箱的支墊
P 一 氣囊工作壓力； 木留出空間。
(4)氣囊數(shù)量N 2.3.3 氣囊的滾動速度
(N-1)BL?P=KG (4) 在本工程氣囊搬運沉箱的工藝狀況下，
式中： 搬運前的準備工作就緒，沉箱在卷揚機的牽
G— 沉箱綜合質量(包括沉箱封倉蓋、 引下，氣囊沿直線滾動的綜合速度為35m/h
倉內積水等質量); 左右。
K 一安全系數(shù)(K=1.25);
氣囊搬運沉箱過程中實際承載沉箱的 3 氣囊搬運沉箱的工藝設計
氣囊數(shù)為(N-1) 條，圖2所示工況為前端氣 3.1 總體方案
囊開始充氣，尾端氣囊同時放氣。 根據(jù)本工程的特點、沉箱的結構和質量、
(5)氣囊工作凈距L 船機設備等實際情況，確定本工程采用現(xiàn)場
“氣囊工作凈距”是指沉箱就位后為滿 預制沉箱；用高壓氣囊陸上進行沉箱的平移
足墊木擺放位置需要，沉箱底部相鄰兩氣囊 搬運，包括出坑、堆放、裝駁(半潛駁);半潛駁
間的凈距離(見圖1)。按公式(5)計算。 水上運輸、2000kN 起重船協(xié)助安裝的施工方
L?=[La-N(B+H)]/N (5) 案。
式中：
L?— 沉箱寬度；
B 一氣囊承載面寬度；
H 一 氣囊工作高度；
N — 滾動氣囊條數(shù)；(本工程 N=7)。
L; 一氣囊工作凈距；(本工程 L;=
40cm, 墊木斷面尺寸為15cm×20cm, 一個支 墊點墊木采用雙拼兩層形式支墊沉箱)。
(6)公式中H 、B 與 P 的相互關系
需要指出的是壓力P 值愈大、氣囊工作
3.2 預制場的選址與布置
為完成本工程49件沉箱和148塊單件
質量160t 卸荷板的預制任務，在本工程碼頭
施工位置南側約400m 處，業(yè)主提供了面積
為12800m2的預制場地。場地東側靠山、西
側臨海，南北長160m,東西寬80m。臨時預
制場平面布置見圖3。
如圖3所示，預制沉箱的7個拼裝式活
動底模布置在場地的第一排(圖中實線所示
位置);沉箱堆放場地布置在第二、第三排(圖
[attach]7847[/attach]
圖 3 臨時預制場平面布置
中虛線所示位置);為確保每件沉箱都能縱、 橫兩方向搬運，在底模及堆放場地四周設置 牽引地錨。地錨位置見圖3所示。
根據(jù)場地地質鉆探資料和使用要求，進 行了強夯加固處理，以提高地基的承載能力。 場地經(jīng)加固后，其表面采用泥結碎石整平并 經(jīng)碾壓處理，保證氣囊搬運沉箱經(jīng)過的地面 平整密實。
3.3 拼裝式活動底模與穿氣囊
為滿足數(shù)條氣囊從沉箱底板下穿入的技
術要求，沉箱底模設計成可拼裝式活動結構，
底模分別由鋼筋砼底?；A，25號工字鋼，
光面膠合板以及填充用的砂等組成。如圖4
所示。
如圖4所示，底模拼裝好后，在底模的6
個隔倉內填充砂并灌水，用插入式振搗器把
砂充分振搗密實，頂面分別以工字鋼投影面 和6個隔倉投影面的范圍滿鋪光面膠合板， 并使膠合板表面平整度滿足規(guī)范要求。
沉箱砼強度達到設計要求時，拆去底模 兩端工字鋼，用高壓水槍結合人工掏空里面 的填砂及其頂面膠合板，清理完底模四周的 砂、膠合板及雜物后，逐條穿入6條氣囊。
氣囊逐條來回充氣頂升沉箱使沉箱離 開底模一定空間，此時逐條抽出工字鋼并檢 查沉箱底部確實無膠合板及雜物后，該道工 序完成，接著進入沉箱牽引工序。
3.4 牽 引 系 統(tǒng)
牽引系統(tǒng)由地錨、卷揚機、滑車組、捆綁
鋼絲繩等組成。
本工程沉箱約綜合質量 G=1000t; 氣囊
移動近似按滾動摩擦考慮，摩擦系數(shù)Km取
0.05;沉箱總牽引力 F=KmG=0.05×1000=
500kN。
牽引系統(tǒng)的設備及附屬設施技術參數(shù)見
表3。
在沉箱牽引方向兩側，前后各布置2臺
80kN 卷揚機，前面2臺牽引、后面2臺保
表3 設備及附屬設施技術參數(shù)表
| 技術參數(shù) | |
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| | 系統(tǒng)共需4套，每套4條，每條55m,總長1000m |
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護；單臺卷揚機其80kN 牽引力經(jīng)滑車組轉 化成320kN,2 臺總牽引力合計640kN, 滿足 沉箱牽引作業(yè)要求。
牽引鋼絲繩的捆綁點距離地面1.5m 左 右，以方便施工，
3.5 氣囊平面位置布置
沉箱需要縱、橫向的移動才能被搬運到
指定位置。為此，在沉箱搬運前須按圖5所
示，先用紅油漆在沉箱底部四周標示好墊木
及氣囊擺放位置。沉箱被牽引就位后再按圖
5所示的墊木位置擺放好墊木，同時確保沉
箱底部縱、橫兩方向均能順利穿入氣囊。
3.6.2 半 潛 駁 與 出 運 碼 頭 對 接
3.6.2.1 半 潛 駁
本工程采用“三航工2”進行沉箱的水上 運輸和安裝。半潛駁“三航工2”型長90 . 6m, 型 寬 3 5 . 3m, 型 深 3 . 3m滿 載 吃 水 2 . 3 5m, 最 大 載 重 質 量 4 0 0 0t, 最 大 潛 深 1 3 . 5m 。 為 確 保 沉箱順利平穩(wěn)地搬運上半潛駁 ， 半潛駁艉經(jīng) 改 造 ， 焊 接 1 個 頂 面 與 甲 板 面 一 致 的 懸 臂 鋼 構 件 ( 亦 稱 懸 臂 艉 ) , 其 頂 標 高 應 與 出 運 碼 頭
頂標高一致 。 懸臂艉可搭在出運碼頭上 。 懸
臂艉沿船寬方向懸臂長15m、寬1.5m,端部
厚度1 . 1m。
3.6.2.2 對 接 形 式
半潛駁與出運碼頭對接的結構形式見圖
7所示。
3.6.2.3 對接及離岸
如圖6所示，出運碼頭的主要設計指標
如下 ：
( 1 ) 碼 頭 前 端 頂 面 設 計 標 高 為 3 . 2 0m;
( 2 ) 碼 頭 前 沿 承 臺 面 頂 標 高 為 2 . 1 0m;
( 3 ) 碼 頭 前 沿 半 潛 駁 停 靠 水 域 泥 面 高 程為-5.0m。
對接與離岸步驟為：
(1)半潛駁處于空載狀態(tài)時，排空艉倉
內的壓載水，同時艏壓載倉灌滿水，使半潛
駁懸臂艉處干弦高度達到1.9m;
(2)當漲潮水位達到1.30m時，半潛駁
即可絞纜與出運碼頭進行對接，艉甲板中線
對準碼頭面中線并靠緊碼頭；
(3)艉壓載倉灌水壓載至懸臂艉緊貼
碼頭承臺止；
(4)懸臂艉與碼頭接縫處，通長鋪設寬
度為80cm、厚度為10cm 的鋼板，要求鋼板 著。
中線對準接縫；
(5)氣囊搬運沉箱上駁。在沉箱上駁過
程中半潛駁艉壓載倉排水；沉箱就位后，懸 后，
臂艉通過潮位上漲和艉排水減載的共同作
用使其底部離開碼頭承臺。此時半潛駁可絞
錨離開碼頭。
極大地提高了企業(yè)的市場競爭能力，
4 結語
4．1 氣囊搬運沉箱技術在汕頭廣澳一
期工程應用成功。該技術使沉箱預制無需大
型專業(yè)預制廠和大型起重設備；對預制場地
適應性強 ，地基處理及配套設施費用低 ；氣囊
承載力大；易于操作、安全可靠。
4．2 氣囊搬運沉箱技術與半潛駁水上
運輸、安裝工藝相結合，是重力式碼頭施工技
術的一項革新。根據(jù)本工程的實踐 ，沉箱的陸
上平移 、裝駁、現(xiàn)場安裝(沒水安裝)全過程的
施工速度可達每天 2個，其工程成本僅為其
他傳統(tǒng)方案 的 6O％～70％，經(jīng) 濟效益十分顯
著。
4．3 該技術具有極好的推廣應用前景。
氣囊搬運沉箱技術在本工程取得初步成功
后，我局已有 7個項 目(總計 374個沉箱，已
累計移動 2萬多米)先后應用，并取得了很好
的效果 。其中廈門嵩嶼港區(qū) 3號泊位工程的
沉箱單個質量達 2015t。該技術的成功應用 ，
極大地提高了企業(yè)的市場競爭能力，并促進
了重力式沉箱碼頭施工技術的進步 。
[attach]7547[/attach]
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