大型沉箱出运及其安装工艺的研究
张龙强
摘 要：大型沉箱是我国建设重力式深水码头的主要构件，其制造、安装已经成为建设码头工程的重点。本文针对大型沉箱出运、安装过程中存在的问题，对建设码头过程中大型沉箱的出运及安装的具体施工工艺进行研究，希望能够对类似的工程建设提供参考性建议。
关键词：大型沉箱；出运工艺；安装工艺；研究
中图分类号：U655 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2018）3-0065-02
重力式码头沉箱在我国水工建筑中得到广泛的应用。具有操作性能強、整体稳定性高、施工进度快等特点，如何能够在沉箱施工中控制整体工程的施工质量，是目前施工人员需要探讨的问题。基于此，本文结合实例对沉箱出运及安装工艺进行了详细的探讨，提出相关沉箱出运、安装工艺方面的有效施工措施，希望能够对我国今后的重力式码头建设项目带来一定的参考价值。
1 工程概述
某岛的填岛项目工程标段护岸的总长度为11.157km，其沉箱护岸长度达9802m，本标段共有沉箱553个，且沉箱规格不同，1000吨以上的有276个，1000吨以下的有277个，最大沉箱重1726吨，是整个项目的沉箱安装的难点。
2 施工条件
2.1 沉箱的出运
根据表1提供的起重船规模信息，为满足起重船满载时的吃水要求，需要在码头前沿设置150m×80m疏浚标高-4.0m的吊装深水作业区。为保证小沉箱的出运，转运场长200m、宽20m；疏浚标高-1.5m。
2.2 沉箱的安装
施工期间的潮位在0.3-2.6m区间。港池区的深度为-4.0m，岛体区最浅区域清浅标高-3.5m，小起重船的满载吃水为4.0m，根据施工的自然条件，施工队可等潮位升至1.0m以上时，对沉箱的进行安装施工。
3 沉箱出运的施工方案
3.1 出运前准备工作
（1）进行拆卸底模工作，并对沉箱底部及边角进行检查，若有棱角需要清除。
（2）检查沉箱内腔是否存留积水，若积水高度h>10cm，必须将水抽出，以防箱体重心受积水的影响发生偏移。
（3）对各个牵引系统逐项认真检查，排除一切施工隐患。
（4）检查空压机、气囊运转是否正常。
（5）清理拖运通道，保持场地进行整平。
（6）在顶升坑安装千斤顶，并在离底座20cm左右处垫放枕木进行起箱。
（7）按照标准摆放气囊，且气囊摆放要对称、均匀。
（8）利用钢丝绳将沉箱系牢固，钢丝绳调整整齐后连接牵引绳和溜尾钢丝绳。
3.2 沉箱牵引出运
3.2.1 系牵引及溜尾钢丝绳
将牵引和机动滑轮组与钢丝绳系好，并启动滑轮机使各钢丝绳处于刚拉伸状态，并缓慢放松。
3.2.2 气囊的初充气
初充气：连接充气管后进行充气，初充气时要做到缓慢、均匀，使每个气囊都保持相同的充气压力，分压达到共同承受沉箱重量的目的。
3.2.3 气囊充气，将沉箱顶离枕木
对称、缓慢地向气囊中继续充气（可以利用阀门进行调控），最终使沉箱呈现直立的状态，当沉箱底面受内部压强影响而脱离枕木时，可停止充气，并将枕木撤离。
3.3 沉箱横移
3.3.1 把充完气囊的沉箱提升运行高度，并进行沉箱的横移
检查各个气囊中的压力值，使气囊保持同一高度。施工指挥人员检查各项指标无误后，可以命令启动牵引卷扬机组，拉紧牵引钢丝绳，沉箱处于移运临界状态时，需暂停牵引，确保钢丝绳张紧程度在可控范围内，各滑轮组、导向轮的转动灵活性正常，气囊内气压值平稳及沉箱摆放水平后，再次启动溜尾卷扬机组，使溜尾钢丝绳稍处于较为松弛状态，指挥员可以命令操作人员拉动沉箱，并缓慢向前移动。移运时，仍要时刻观察沉箱的平稳状况，并跟进溜尾钢丝绳，既不与牵引绳形成反向作用力，又能保证沉箱不会向前倾斜。
3.3.2 移运中气囊交替
在沉箱前移的过程中，在沉箱前端与第一根气囊中心1.8～2.2m（具体还要根据实际情况确定）处摆放气囊并进行充气，充气时要注意气囊全部张开，且P≤0.04MPa左右后，再进行沉箱横移。
还有特别注意的是，在沉箱前进方向过程中需要始终保持1～2根工作气囊，当沉箱横移走偏时，必须及时调整。当沉箱后面的气囊逐渐接近沉箱尾部（按移动方向）时，快速进行排气，并保持沉箱处于直立的状态。气囊放气完毕后将气囊搬运到沉箱前面预定位置做备用，重复步骤直到横移完成。
4 沉箱安装的施工方案
考虑到重力式码头建设所在地与沉箱预制现场距离较远，选用起重船吊拖的实施工艺，即将沉箱由1800t和600t的起重船在浮吊过程中，船头经加固后由拖轮夹靠船体两侧拖带之沉箱预制现场，其重要施工流程如下：起重船在拖轮的拖带下到达沉箱预制场→起重工登上沉箱上的施工平台→沉箱的加固措施→拖轮拖至安装现场→起重船抛锚定位→沉箱在起重船的作用下注水下沉。
4.1 沉箱的出运及安装的具体施工流程
（1）起重船在拖轮的作用下到达沉箱预制现场；且抛锚及系缆都由抛锚艇配合完成。
（2）起重船利用锚机张、放缆绳，并移向预制场地岸线码头，调整起重船的吊钩位置，当位于沉箱重心正上方时，停止操作。
（3）起重工利用起重船施设将吊索与沉箱的吊孔相连接，并检查安装是否牢固。
（4）起重船升起吊钩，使沉箱稳定后在进行起重船的倒退。
（5）起重船解开岸边的缆绳，并起锚，在拖轮的作用力下，到达安装现场。
（6）起重船到达安装现场后利用抛锚艇在作业场地前后各抛2个八字锚。
（7）起重船通过锚机张、放缆绳，并移动至固定安装的位置。
（8）起重船缓慢放下缆绳，沉箱下沉超过入水口位置后，通过隔仓间的通水孔向整个沉箱体系进行充水，并在缆绳的控制下，保持沉箱各仓间的水位差的偏差在要求的范围内，从而控制沉箱地稳定下沉。
（9）当沉箱下沉至距基础高10cm位置时，由测量人员对其精准度进行技术测量，控制沉箱下沉后的位置，若下沉后的位置不符合原有的要求，则需要操作人员将沉箱提起10cm，重新进行沉放工作，进一步满足工程需求。
（10）起重工在水上利用牵引绳解开吊索具，起重船提升吊索具至水面以上，沉箱安装完成。
（11）最后在拖轮的拖动下，将起重船拖带至预制场区域。
（12）沉箱内回填。
在经过上述一系列的沉箱出运及安装的施工操作之后，施工方需要安排潜水员对沉箱进行回填工作。对注水孔进行填堵，并迅速组织抽砂船在低潮阶段将露出水面的沉箱进行回填砂工作，以确保施沉箱安装的完全性和安全性。在进行沉箱内回填的过程中，其选用的回填砂采用定量对称、轮流吹填的施工工艺，力求各个隔水仓内砂体均匀，并利用水砣对填砂标高进行测控，一般不允许箱内的各仓内的回填高度不超过1.0m。
5 总结
沉箱结构是建设重力式码头的主要组成构件，其出运与安装的施工质量直接能够影响到整个工程的施工质量。施工人员在沉箱施工中须对每一道工序的施工质量进行严格把关，确保工程的稳定性和安全性。上述所提出与沉箱出运、安装工艺有关的具体施工措施，希望能够对类似的工程建设提供参考性建议。
参考文献：
[1]李青美. 大型沉箱出运及其安装工艺的研究[D].中国海洋大学，2010.
[2]张守军. 重力式沉箱码头施工工艺研究和应用[D].青岛理工大学，2012.
[3]张功成. 细长型大直径圆沉箱预制安装关键技术研究[D].吉林大学，2012.
[4]章广斌. 大型沉箱气囊出运安装工艺研究与应用[D].山东大学，2007.
[5]唐芳明. 复杂海况条件下的大型沉箱出运及安装工艺技术[J]. 中国水运（下半月），2014，14（02）：328-329.
摘 要：大型沉箱是我国建设重力式深水码头的主要构件，其制造、安装已经成为建设码头工程的重点。本文针对大型沉箱出运、安装过程中存在的问题，对建设码头过程中大型沉箱的出运及安装的具体施工工艺进行研究，希望能够对类似的工程建设提供参考性建议。
关键词：大型沉箱；出运工艺；安装工艺；研究
中图分类号：U655 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2018）3-0065-02
重力式码头沉箱在我国水工建筑中得到广泛的应用。具有操作性能強、整体稳定性高、施工进度快等特点，如何能够在沉箱施工中控制整体工程的施工质量，是目前施工人员需要探讨的问题。基于此，本文结合实例对沉箱出运及安装工艺进行了详细的探讨，提出相关沉箱出运、安装工艺方面的有效施工措施，希望能够对我国今后的重力式码头建设项目带来一定的参考价值。
1 工程概述
某岛的填岛项目工程标段护岸的总长度为11.157km，其沉箱护岸长度达9802m，本标段共有沉箱553个，且沉箱规格不同，1000吨以上的有276个，1000吨以下的有277个，最大沉箱重1726吨，是整个项目的沉箱安装的难点。
2 施工条件
2.1 沉箱的出运
根据表1提供的起重船规模信息，为满足起重船满载时的吃水要求，需要在码头前沿设置150m×80m疏浚标高-4.0m的吊装深水作业区。为保证小沉箱的出运，转运场长200m、宽20m；疏浚标高-1.5m。
2.2 沉箱的安装
施工期间的潮位在0.3-2.6m区间。港池区的深度为-4.0m，岛体区最浅区域清浅标高-3.5m，小起重船的满载吃水为4.0m，根据施工的自然条件，施工队可等潮位升至1.0m以上时，对沉箱的进行安装施工。
3 沉箱出运的施工方案
3.1 出运前准备工作
（1）进行拆卸底模工作，并对沉箱底部及边角进行检查，若有棱角需要清除。
（2）检查沉箱内腔是否存留积水，若积水高度h>10cm，必须将水抽出，以防箱体重心受积水的影响发生偏移。
（3）对各个牵引系统逐项认真检查，排除一切施工隐患。
（4）检查空压机、气囊运转是否正常。
（5）清理拖运通道，保持场地进行整平。
（6）在顶升坑安装千斤顶，并在离底座20cm左右处垫放枕木进行起箱。
（7）按照标准摆放气囊，且气囊摆放要对称、均匀。
（8）利用钢丝绳将沉箱系牢固，钢丝绳调整整齐后连接牵引绳和溜尾钢丝绳。
3.2 沉箱牵引出运
3.2.1 系牵引及溜尾钢丝绳
将牵引和机动滑轮组与钢丝绳系好，并启动滑轮机使各钢丝绳处于刚拉伸状态，并缓慢放松。
3.2.2 气囊的初充气
初充气：连接充气管后进行充气，初充气时要做到缓慢、均匀，使每个气囊都保持相同的充气压力，分压达到共同承受沉箱重量的目的。
3.2.3 气囊充气，将沉箱顶离枕木
对称、缓慢地向气囊中继续充气（可以利用阀门进行调控），最终使沉箱呈现直立的状态，当沉箱底面受内部压强影响而脱离枕木时，可停止充气，并将枕木撤离。
3.3 沉箱横移
3.3.1 把充完气囊的沉箱提升运行高度，并进行沉箱的横移
检查各个气囊中的压力值，使气囊保持同一高度。施工指挥人员检查各项指标无误后，可以命令启动牵引卷扬机组，拉紧牵引钢丝绳，沉箱处于移运临界状态时，需暂停牵引，确保钢丝绳张紧程度在可控范围内，各滑轮组、导向轮的转动灵活性正常，气囊内气压值平稳及沉箱摆放水平后，再次启动溜尾卷扬机组，使溜尾钢丝绳稍处于较为松弛状态，指挥员可以命令操作人员拉动沉箱，并缓慢向前移动。移运时，仍要时刻观察沉箱的平稳状况，并跟进溜尾钢丝绳，既不与牵引绳形成反向作用力，又能保证沉箱不会向前倾斜。
3.3.2 移运中气囊交替
在沉箱前移的过程中，在沉箱前端与第一根气囊中心1.8～2.2m（具体还要根据实际情况确定）处摆放气囊并进行充气，充气时要注意气囊全部张开，且P≤0.04MPa左右后，再进行沉箱横移。
还有特别注意的是，在沉箱前进方向过程中需要始终保持1～2根工作气囊，当沉箱横移走偏时，必须及时调整。当沉箱后面的气囊逐渐接近沉箱尾部（按移动方向）时，快速进行排气，并保持沉箱处于直立的状态。气囊放气完毕后将气囊搬运到沉箱前面预定位置做备用，重复步骤直到横移完成。
4 沉箱安装的施工方案
考虑到重力式码头建设所在地与沉箱预制现场距离较远，选用起重船吊拖的实施工艺，即将沉箱由1800t和600t的起重船在浮吊过程中，船头经加固后由拖轮夹靠船体两侧拖带之沉箱预制现场，其重要施工流程如下：起重船在拖轮的拖带下到达沉箱预制场→起重工登上沉箱上的施工平台→沉箱的加固措施→拖轮拖至安装现场→起重船抛锚定位→沉箱在起重船的作用下注水下沉。
4.1 沉箱的出运及安装的具体施工流程
（1）起重船在拖轮的作用下到达沉箱预制现场；且抛锚及系缆都由抛锚艇配合完成。
（2）起重船利用锚机张、放缆绳，并移向预制场地岸线码头，调整起重船的吊钩位置，当位于沉箱重心正上方时，停止操作。
（3）起重工利用起重船施设将吊索与沉箱的吊孔相连接，并检查安装是否牢固。
（4）起重船升起吊钩，使沉箱稳定后在进行起重船的倒退。
（5）起重船解开岸边的缆绳，并起锚，在拖轮的作用力下，到达安装现场。
（6）起重船到达安装现场后利用抛锚艇在作业场地前后各抛2个八字锚。
（7）起重船通过锚机张、放缆绳，并移动至固定安装的位置。
（8）起重船缓慢放下缆绳，沉箱下沉超过入水口位置后，通过隔仓间的通水孔向整个沉箱体系进行充水，并在缆绳的控制下，保持沉箱各仓间的水位差的偏差在要求的范围内，从而控制沉箱地稳定下沉。
（9）当沉箱下沉至距基础高10cm位置时，由测量人员对其精准度进行技术测量，控制沉箱下沉后的位置，若下沉后的位置不符合原有的要求，则需要操作人员将沉箱提起10cm，重新进行沉放工作，进一步满足工程需求。
（10）起重工在水上利用牵引绳解开吊索具，起重船提升吊索具至水面以上，沉箱安装完成。
（11）最后在拖轮的拖动下，将起重船拖带至预制场区域。
（12）沉箱内回填。
在经过上述一系列的沉箱出运及安装的施工操作之后，施工方需要安排潜水员对沉箱进行回填工作。对注水孔进行填堵，并迅速组织抽砂船在低潮阶段将露出水面的沉箱进行回填砂工作，以确保施沉箱安装的完全性和安全性。在进行沉箱内回填的过程中，其选用的回填砂采用定量对称、轮流吹填的施工工艺，力求各个隔水仓内砂体均匀，并利用水砣对填砂标高进行测控，一般不允许箱内的各仓内的回填高度不超过1.0m。
5 总结
沉箱结构是建设重力式码头的主要组成构件，其出运与安装的施工质量直接能够影响到整个工程的施工质量。施工人员在沉箱施工中须对每一道工序的施工质量进行严格把关，确保工程的稳定性和安全性。上述所提出与沉箱出运、安装工艺有关的具体施工措施，希望能够对类似的工程建设提供参考性建议。
参考文献：
[1]李青美. 大型沉箱出运及其安装工艺的研究[D].中国海洋大学，2010.
[2]张守军. 重力式沉箱码头施工工艺研究和应用[D].青岛理工大学，2012.
[3]张功成. 细长型大直径圆沉箱预制安装关键技术研究[D].吉林大学，2012.
[4]章广斌. 大型沉箱气囊出运安装工艺研究与应用[D].山东大学，2007.
[5]唐芳明. 复杂海况条件下的大型沉箱出运及安装工艺技术[J]. 中国水运（下半月），2014，14（02）：328-329.
