箱筒型结构在海底管线防护中的应用

摘要：随着石油码头水下运输管线逐渐增加，管线的特殊性制约着围海造陆工程的实施。文章以天津临港工业区三期围海造陆管线段保护工程为依托，根据实际施工情况分析新型围堤结构在管线与围堤交汇处起到的作用和结构特点。

关键词：箱筒型结构；海底管线；港口建设

中图分类号：P754 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）19-0044-03

随着港口建设，石油码头水下运输管线逐渐增加，因管线的特殊性制约着围海造陆工程的实施，管线上部堆载过多将破坏管线，造成巨大的经济损失和政治影响。

1 依托工程概况及特点

1.1 工程概况

渤西管线附近围堤采用三种箱筒型基础，A组箱筒共两组，布置在围堤两端，为非跨管线的箱筒。B组箱筒共两组，布置在管线上方，为跨管线箱筒。C组箱筒共一组，布置在两管线中间，为非跨管线箱筒。管线段围堤总长122m。结构形式如表1所示。

1.2 工程特点

1.2.1 管线位置的准确。由于管线上现已覆盖1m左右的泥沙，造成了探摸管线准确位置难度增大，同时保证精确的探摸数据是顺利完成安装任务的关键，因此必须保证测量探摸管线位置的精准度。

1.2.2 构件的制作安装。基础结构及其上部圆筒体积大，均由薄钢板焊接而成，结构柔度大，对制作特别是起吊安装的要求很高，在施工过程中应加强对结构变形的

监控。

1.2.3 定位和下沉控制。施工船舶下锚和箱筒型基础结构的精确定位对工程的成功实施具有重大影响，因此必须保证测量定位工作的周密性和正确性。

箱筒型基础结构通过对箱筒体内抽真空负压施加下沉压力，并且对各箱筒体分别施压，从而控制和调整结构在下沉过程中的偏斜度，因此须掌握抽真空负压与纠偏之间的关系。

2 主要自然条件

2.1 设计水位：

设计高水位：4.30m

设计低水位：0.50m

极端高水位：5.88m

极端低水位：-1.29m

2.2 地质

本工程地基土在-25m以上主要分为三层：第一层为淤泥和淤泥质黏土，分布在表层0～11.5m范围内；第二层为粉质粘土和粉土，分布在表层下10～15m范围内；第三层为粉土及粉砂。

3 主要施工流程

4 主要施工工序

4.1 钢圆筒的制作

钢圆筒选择在天津东疆码头上进行制作，设置底胎三组，施工方法选择倒装法。

4.2 渤西管线探摸

坐标点按照渤海石油海上工程公司铺设管线的竣工报告及图形进行选择，并标明管线在和南护岸交叉位置的铺设方向，且安排人员潜入水下依照其位置进行探摸，探摸得知实际管线位置明显不符合竣工图中标识的位置，后经中海石油渤西管线管理部门介绍，该区域由于水深较浅，大型管线铺设船无法进行施工，只能利用潮水将管线向前拖放，造成管线实际位置与图纸不符。针对以上情况，我们组织人员对管线进行了实际测量，因为只有将管线的位置和走向弄清楚，才能为设计提供依据。

依照竣工图中提供的管线坐标点，先由测量人员下浮漂，按照浮漂安排船舶驻位，安排人员潜入水下依照其位置进行探摸，接着将一根铁管贴着插在管线壁上，该点坐标由测量人士拾取，以此类推，分别于此两根管线上进行点坐标的拾取。

4.3 设备安装

下沉大圆筒因采取了负压法，所以于各个圆筒顶端留设排气孔和抽水孔，并连接射流泵及水泵，在进行水泵编号时需一一对应好各个圆筒的号码，在上部圆筒安装好后，进行抽水下沉操作，引导上部耳筒排水孔直至耳筒外侧，且将南堤的轴线上的方向杆焊接好，以备安装之需。

4.4 圆筒装船

钢圆筒因为体积较大，吊架很难找到合适的，所以需进行制作，我们特制作一个20m×23m的吊架。在基础结构的跨管线5m位置选择弧形拱的连接方式，为满足整体起吊刚度，并控制水平力，分别于四个圆筒中心点处进行吊点布设。在将装船时，先于方驳之上放线同时进行木方摆设，依照方驳大小、形状以及拖轮拖带、系缆桩等其他一些设备进行偏位装船，也就是基础结构一侧对齐于船舷，基础结构的另一侧从船舷上探出。

装船选择高潮水操作已解决起重船吊高可能出现的问题，分级起吊起重船，在起吊基础结构至规定好的高度的时候，将起重船往后移动，于水下放置基础结构以进行基础结构气密性检查，如果发现漏气现象，及时进行修补。在起吊上部圆筒的时候，因大圆筒容易被两重量较大的耳筒所累而走形，将两根副缆分别布置在两耳筒之上，在将上部圆筒和基础结构进行装船之后，对圆筒采用槽钢加固，确保拖航的安全性。

4.5 船舶驻位

在进行船舶驻位图绘制时，需考虑到管线走向、南堤轴线以及基础结构转角。

在船舶驻位前，测量人员在综合工段先依照锚位坐标进行锚漂沉放。为方便区分，对起重船选择红旗漂，对方驳选择绿旗漂，对起重船的千牛缆选择粉旗漂。此外，因两个起重船前锚和管线离得比较近，为了避免导致管线受到破损，潜水人员选择前锚和管线的交叉位置顺着管线方向将铁管插下，以达到进行管线标示及锚位校核的目的，选择蓝旗标识铁管。为进行基础结构下沉位置的大概定位，将一个彩色救生圈放置于圆筒的下沉处。

在做好各个标识之后，重船驻位由拖轮拖动，并按潮水状况确定，在到达驻位位置之后，起重船蹲临时锚，起重船的两个前锚及对应的后锚通过起锚艇送往指定位置。方驳由拖轮送往驻位点，蹲临时锚，首先四口锚由起锚艇送走，然后离方驳最近的前锚再由起锚艇送往锚位位置，起重船的千牛缆由起重人员通到先前留设的锚坠之上，此时完成驻位工序。

4.6 结构沉放安装

图3

基础结构通过起重船起吊并移动至沉放位置，将两台全站仪交会设置，依照勾头进行粗定位，圆筒入水深度的控制需考虑到泥面标高及水位状况，当结构底部刚刚接触到泥面时，进行精确的结构定位，且选择基础结构和管线交叉处的外侧，安排两组潜水人员进行管线探摸，在确定圆筒和管线距离达到规定要求之后，让结构自行沉下，对四个圆筒排气量进行调节，在结构入泥3000m后，将圆筒上端全部阀门关闭，为减小干扰，进行上部结构安装时，需把杯口内的吊点切掉。在杯口吊入上部钢圆，由钢楔子打结实后再进行焊接处理，上部圆筒的螺栓连接上杯口，接着实施抽水下沉工序，在基础结构下沉时，依水泵开闭环控制偏斜，确保偏斜不超过10cm。圆筒下沉曲线参见

图3。

4.7 上部圆筒仝浇筑

仝浇筑选择五号搅拌船，先于港中用拖轮将水泥及其相关设备拖至施工现场驻位，在搅拌船两边停靠碎石、砂材料的自航驳船，上料器械选择抓斗，浇筑方法选择分层下灰、分层振捣。于圆筒顶面进行抹面处理，遮盖养护选择无纺布。

4.8 水泵、管线拆除

自航驳船先停靠于结构水泵的一侧位置，安排潜水人员切断水泵接头位置的电缆，并收回船上，另外，关闭圆筒顶端的全部阀门，接着拆卸弹簧管，剪断水泵的固定铅丝，锁扣于水中操作，采用勾机按顺序吊起各个水泵，再运到港口中洗净并检修，方便下组使用。

5 结语

在泥中沉入箱筒结构，和土体一同形成复合地基，具有诸多优点，如整体结构稳定、沉降小等，天津港箱筒型防波堤采用钢圆筒结构，施工完毕后在筒上加1000吨荷载，结构的沉降在10cm以内，经过几次风暴潮的考验，结构无倾斜位移现象发生。该工程竣工已30个月，目前结构的沉降在7～9cm左右。

此结构很适用于如深水区域进行防波堤、围埝、人工岛等修建工程中，相对于抛石斜坡堤、半圆体结构，该结构具有结构稳定、工期短、节省开支等优势。在我国港口建设工程越来越多的当今，必然朝着深水区延伸，箱筒型结构前景将十分光明。

作者简介：陈国忠（1979—），男，中交一航局第一工程有限公司工程师。