外海大型沉箱无掩护安装技术与控制

摘要：本文以福建鸿山热电厂煤码头及引堤工程沉箱安装为实例，介绍了外海大型沉箱无掩护安装技术，总结了安装过程中所采取的各项控制措施。

关键词：外海，无掩护，沉箱安装

1、工程概况

1.1工程简介

鸿山热电厂煤码头及引堤工程位于泉州湾口南侧海域，面临台湾海峡，海域开敞，由80m引桥、770m引堤、360m码头组成。码头为十万吨级专用煤码头，外侧为抛石防波堤结构，内侧为重力式沉箱结构（图1），共25个2300t

沉箱，沉箱高17.3m，长17.5m，宽14.0m，内有12个格仓。

1.2波浪设计要素

工程所处海域常风浪向为NE-ENE向，常涌浪向为SE-SSE向与S-SSW向，全年以风浪和涌浪两者同时存在于海面的频率达90%。码头波浪设计值高，在全国是比较罕见的（表1-1）。

表1-1 波浪设计要素表

1.3工程特点

与常规顺岸码头相比较，本工程具有以下3个特点：（1）工程平面布设为突堤式，最远沉箱距岸边有2Km，无任何掩护，常年受到风浪、涌浪影响极大，海况极恶劣，防汛、防台任务艰巨；（2）施工季节性强，作业时间短，每年4至9月为海上可作业期，可作业天数只占全年历日的30%；（3）工期紧，节点目标明确，即2008年12月28日开工，至2009年12月30日码头必须主体交工，才能确保电厂如期发电。

2、安装策划

根据本工程施工特点，沉箱必须在2009年9月30日前顺利安装完成，是实现工程交工节点目标的关健，因此，工程一开始就应对沉箱安装进行认真策划，确保节点目标的实现。

3、沉箱安装方案

外海防波堤码头沉箱安装技术与常规顺岸码头沉箱安装基本相同，主要考虑到风浪涌浪影响，从细节上进行适当的技术改进。

3.1安装流程

施工准备安装平台安装闸阀搬运沉箱上半潜驳拖航半潜驳到现场下潜半潜驳（至甲板距水下5米）就位起重船并挂钩吊移沉箱出半潜驳沉箱灌水吊移沉箱就位安装沉箱拆除平台拆除闸阀堵封进水孔等，共有14道工序。

3.2技术准备

3.2.1沉箱进水

由于风浪、涌浪大，将导致潜水泵碰撞沉箱严重，常规的潜水泵灌水工艺无法施工，因此，在沉箱前后墙距底板1.0m高的位置各预埋2个内径20cm法兰盘进水孔，进水孔内侧安装闸阀，操作人员通过转杆在沉箱安装平台上开关闸阀门，控制沉箱的进水。另外在沉箱隔墙预埋内径20cmPVC通水孔，确保进水时各仓内水的平衡。

3.2.2安装吊点、吊具

在沉箱顶部前后壁与隔墙交叉处各预埋4个Ø42mm圆钢吊点（图2），每个吊点由两根圆钢吊环并排组成，吊环内径及外露长度均为150mm，以满足50t卸扣工作尺寸的要求，吊环的预埋深度30d。安装

吊索采用Ø43mm钢丝绳，共4根，每根长35m，两端各锁扣在同侧相邻图2：沉箱吊索挂钩

吊点间，起吊后吊索与沉箱顶面夹角600，吊钩与沉箱顶垂直距离16m。沉箱安装控制起吊力为180t，8点吊同时受力起吊，按6点吊计算，每吊点平均受力F1=30t。吊点抗拉力F2=116t，（F2=4ƒs，ƒ：抗拉强度，ƒ=210N/mm2；s：截面积，s=1385mm2)，吊环安全储备系数K=3.87（K=F2/F1），比顺岸码头沉箱安装提高1.5倍安全系数。

3.2.3安装平台

由于风浪、涌浪大，半潜驳摇摆幅度比较大，操作工人在沉箱顶上应有足够的工作范围，才能克服起重船大钩的碰撞，因此，安装平台应宽敞、安全。每套平台由7片长方形钢平板组成（图2），中间3片，四角边各1片，平板框架为[10槽钢，面板为δ4mm花纹钢板，最大长8.5m，宽4.4m，重2700Kg。平板底部四端设有25cm长的牛腿，卡在沉箱竖墙上，以防止平板左右滑动；平板顶面外边设有30cm高的扶手栏杆，沉箱倾斜时操作人员可安全应急；平板面设置多排排气孔，减少水气浮托力，确保平板的稳定。平台由25t胎轮吊从岸上安装，沉箱安完后由起重船拆除，300t铁驳船运输到出运码头，胎轮吊起吊上岸。

3.3沉箱安装

3.4.1安装顺序

沿码头岸线由里往外按顺序安装（图3），由于沉箱安装过程中不受防波堤保护，且处于台风期。因此，应分阶段安装，每阶段安装最多个数不超过6个，以便能按现场最大抛石进度能力，在台风登陆袭击前及时回填沉箱仓内填砂与沉箱后抛石棱体，形成整体，确保沉箱安全防台。

3.4.2船组平面布置

半潜驳在码头前沿停泊水域范围内下潜，起重船抛锚范围应达到能把沉箱从半潜驳上吊移后，通过绞锚直接到安装位置。本工程基槽及停泊水域开挖厚度小，方量少，因此在基槽开挖过程中同时把86m宽的停泊水域开挖至设计-15.0m要求，以满足沉箱安装过程中半潜驳下潜深度要求。

3.4.3半潜驳就位下潜

半潜驳拖航至指定位置抛锚就位后，从半潜驳甲板系缆桩上带出两根缆绳系在起重船左右两根抽芯缆上，调整就位后半潜驳开始下潜，下潜过程中，注意调节各平衡塔压载水，使半潜驳一直处于平衡状态，以保证沉箱稳定。

3.4.4起重船就位挂钩

半潜驳下潜过程即可开始灌沉箱2.0m高压仓水，同时，先把安装吊索扣锁在沉箱吊点上，并确保每根吊索间不互相缠绕，半潜驳下潜至沉箱吃水5m时暂停下潜，起重船绞缆就位，开始挂钩。由于风浪、涌浪大，起重船组摇摆幅度大，因此，挂钩过程中应耐心等待至摇摆幅度小于1.0m后才能挂钩，挂钩过程应精力集中，动作敏捷，配合密切。

3.4.5沉箱出半潜驳

挂完钩后，逐渐增加吊力，随沉箱下潜不断松钩，吊力始终控制在50t内，下潜过程中应带好沉箱与起重船间的围缆，以确保沉箱稳定性，下潜至沉箱吃水达到起浮离驳的临界水深10.8m时，解开起重船与半潜驳的连接缆，吊力增加至100t，通过绞锚图4：沉箱出半潜驳

后退，缓慢把沉箱从半潜驳上吊移开，离驳过程中，半潜驳必须继续下潜，

直至沉箱全部吊出为止（图4）。

3.4.6沉箱安装

沉箱吊出半潜驳后立即灌水，降低重心，增加稳定性。起重船通过绞锚把沉箱吊移到现场安装位置就位。沉箱就位下沉过程中起吊力稳定在100t内，当沉箱下沉至距基床顶面0.3m时，沉箱停止灌水，对沉箱进行精确测量定位。先通过起重船绞锚移动和调整扒杆将沉箱初步定位，再通过系在沉箱吊环上的起重船抽芯缆进行微调，定位准确后，起重船及时松钩，使沉箱着床，再次测量沉箱定位，并由潜水员水下探摸相邻沉箱缝宽情况，当满足要求时，继续向沉箱灌水至与海面平；若沉箱着床后，安装质量不满足要求，则起重船将沉箱重新吊起约0.3m，经微调满足要求后，再使沉箱着床；若安装质量达不到要求的原因在于基床，应等待下一个潮水，通过抽出沉箱仓内水使沉箱重新起浮，并将沉箱移出基床外，重新修复基床后，再重新安装。

3.4.7注意事项

（1）沉箱上半潜驳及安装过程中应严格根据潮水位进行时间节点控制，以确保施工安全；

（2）引堤抛填至堤顶端部距第1个沉箱80m时，应暂停抛填，以确保堤心石不滚落基床上，沉箱安装后相应的沉箱后棱体抛填应距待安装沉箱基床40m，以确保堤心石不滚落基床上；

（3）沉箱安装完应及时进行沉箱仓内回填及防波堤抛填，以确保沉箱稳定性；

（4）沉箱安装完应及时设置防碰撞警示标志。

4、安装控制

所配置的起重船机设备及码头平面结构形式只能在风力为4至5级阵风7级，小至中浪的气候条件下才能沉箱安装，而该风力为工程所在海域的最小风力，据以往气象资料统计全年只有54天具有这样气候，极其有限，必须采取一定的控制措施，把握好有限的机会，实现节点目标。

4.1安全与进度控制

4.1.1精心筹备，提高各项技术安全系数

（1）采用闸阀进水、提高吊点和吊索的安全系数、人性化设计安装平台等一系列技术措施，均是克服风浪、涌浪等困难，确保施工安全；

（2）认真收听天气预报，在确保3天内均是风力小于6级且中浪至小浪的情况下，才进行沉箱上驳与安装，从而避开恶劣气候；

（3）采用RTK进行沉箱安装测量定位，从而克服了夜间、雨天、雾天等特殊时段的影响，确保沉箱只要有潮水有气候24小时均可测量安装。

4.1.2主动沟通，创造良好施工环境

鸿山电厂共有11家参建施工单位，施工船舶多；出运码头海域是鸿山镇东店村与伍堡村渔船避风区，现场海域是锦尚镇厝上村捕渔作业场，渔船的停泊、作业对沉箱安装存在极大的潜影响。因此，安装前应作好各项沟通工作，创造良好施工环境，从而确保进度与安全。

（1）到当地海事部门办理《水上水下施工许可证》，并航行通告；

（2）通过当地航道站在码头最端部设置海上警式航标灯，在已抛填堤顶部各已安装好沉箱顶部设置明显的警式灯，并安排专人维护，所有施工船舶应设置锚标灯；

（3）通过监理工地例会让电厂所有参建单位，通过当地边防、村委会等部门让工程周边渔船都清楚沉箱安装作业时间与沉箱位置；

4.2质量控制

质量控制主要有4个指标，即安装缝宽、临水面与准线偏差、相邻沉箱临水面错、相邻沉箱高差。基床整平质量与安装定位是质量控制关健，安装前必须认真检查基床整平质量，确保整平范围到位、不漏整、平整度偏差在50mm以内。

5、结语

（1）工程为突堤式，涨落潮时均在已安沉箱端部形成绕箱流，水流对沉箱产生的冲击力为南北向，使待安沉箱有漂离码头的趋势，加大了安装就位难度，特别是沉箱安装接缝宽度较难控制，沉箱安装就位在平潮结束前完成最理想。本工程沉箱安装得到有效控制，临水面与施工准线的偏差及临水面错牙情况均符合设计及规范要求。

（2）沉箱的位移则主要涌浪、箱内回填、箱后棱体抛填等影响，往港池方向最大位移量190mm，在施工中根据类似工程经验已经考虑了足够的位移预留量，位移稳定后的沉箱前沿线全部没有突出设计码头前沿线。

（3）沉箱安装过程中受气候影响严重，因此，参与沉箱安装各岗位人员，特别各班组负责人、总指挥应具有良好的心理素质，有耐心、细心、毅力，并注重维持安装团队的稳定性。

（4）在如此恶劣的外海条件下本工程沉箱安装基本按原制定的计划完成，为工程实现交工节点工期目标创造了良好条件，所采取的相应措施充分利用现有船机，节约了大型船机台班，同时为类似工程建设累积经验与增强信心，创造了一定效益。

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