大型沉箱半潜驳运输工艺.docx
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大型沉箱半潜驳运输工艺
2200t大型沉箱半潜驳运输工艺
1、工程概况
工程位于珠江口伶仃洋喇叭弯弯顶,广州市番禺区龙穴岛围垦区东南部,紧临南沙港区一期工程下游。
工程为二个5~10万吨级码头。
码头岸线长度700m,壁岸结构采用重力式沉箱结构,沉箱长17.84m,宽15m,高18.9m,单个沉箱重2237t。
共有沉箱36个,预制方量32220m3,共有A~E型5种规格。
工程造价为人民币万元,为广东省重点工程,2004年10月28日开工,计划工期405天。
沉箱安排在我局新会航建公司预制。
预制场地平面布置图如下图所示:
2、沉箱登船
、沉箱登船
本标段沉箱共有36个,单件重2237吨,沉箱出运通过气垫、水垫、气襄、轨道小车等水平运移方法的比较,认为利用气襄进行水平运移沉箱至半潜驳,半潜驳拖运至现场安装方案比较可靠。
沉箱有以下几个特点:
(1)本工程沉箱单件重量为2237吨,底面积为15m×17.84m,气襄运输适宜大重量的物体水平搬移。
(2)由于重量大,需水平移至半潜驳,移运过程中对船体的平衡要求比较高。
、气襄水平运移工艺流程
、沉箱登船码头支座结构
(1)岸壁码头:
经过改造的5000t级沉箱出运专用码头,可以满足3000t级沉箱出运的需要。
(2)承台:
岸壁承台及承台支座,该部分按照半潜驳出运要求配置,所以承台的形式似“┻”形,由钢筋混凝土浇注成一体。
(3)承台支座:
承台支座为半潜驳异形船艏接岸后的搁置支座,为防止台车运输沉箱上船时船艏下沉,支座采用QU120重轨或钢板埋设在承台前趾上。
、气襄参数选择及承载力计算
气襄参数的选择
选用气囊为“昌林”牌高强度橡胶尼龙缠绕气囊,囊体骨架材料为锦纶帘子布,锦纶帘子布密度95根/10CM宽,锦纶帘子线的断裂强力≥根。
囊咀为铝合金铸件,内管丝口G1”-2”,整体缠绕成型而成。
本工程采用直径为1.0m高压气囊,气囊许用的压力~。
气襄承载力计算
根据沉箱底面积为15m×17.84m2,选择单根气囊的长度为20.0m。
气囊承载面长度B=18.0m、气囊直径D=1.0m、气囊工作高度H==0.4m。
气囊受压变形后,其截面可看作由直径为H的2个半圆和长度为B、H的方形组成。
承载面宽:
B=∏(D-H)/2=*()/2=0.942m
承载面积:
S=BL。
=∏(D-H)L/2=16.956m2
单根气囊的承载力:
F=SP=∏(D-H)LP/2=237T
当构件底面与地面处于水平时,囊体又全部均匀被压在构件底平面下处现一种规则形态,其囊横截面成正扁圆形状,此时每米囊体的承载量可参见下表:
表中H为气囊被压缩高度或称工作高度,D为气囊直径。
考虑最大重量的沉箱重2237t
所需气囊的数量:
N总=G/F=2G/(D-H)LP=个≈10个
式中:
L-气囊的承面长度
G-构件重量。
由于气囊是对称,考虑倍的安全系数,则最大沉箱需气囊的数量为12根。
摩擦系数:
气囊在硬地面水平滚动时,滚动摩擦系数一般取f=,本工程预制场地为砼硬化地面,滚动摩擦系数应小于。
气囊的摆放:
根据沉箱的结构特点以及操作的方便,气囊摆放一般采等间距布置,摆放见下图所示。
、牵引系统
牵引系统由12千瓦的JJM5型卷扬机1台、三柄滑轮与单柄滑轮组成滑轮组、ф28钢丝绳与ф40钢丝绳等组成,采用八字缆牵引沉箱。
根据已有施工经验,气囊起步所需牵引力在高度为0.4m时,约为构件重量的3%,并随着高度的降低而减少。
牵引速度控制在3m/mim左右。
、供气系统
供气系统采用“东风牌”4135K型6m3空压机1台,配100M长供气管及空气分配器。
、操作程序
1)检验供气系统和牵引系统,清扫出运通道及检查清理沉箱底部的杂物。
2)在沉箱底部气囊,注意对称排列整齐,相互平行供气,连接牵引系统。
3)半潜驳就位:
半潜驳靠驳上锚缆控制垂直靠岸壁,初步就位。
半潜驳注水调整船尾吃水,当半潜驳异形船首底部高于支座面20cm左右时,准确调整船位,使船与码头对接,然后注水使半浅驳异形船艏支承于岸壁承台支座,同时将半潜驳船体调平。
使半潜驳的的顶面标高与码头面标高相平。
4)启动空压机分别向各个气囊充气,当充气高度达到预定顶升高度,停止供气。
检查所有气囊的高度是否一致,不一致时可向单个气囊充气,使压力基本一致,不一致时可向单个气囊充气,使每个气囊高度与压力基本一致,直至沉箱离开支承枕木。
将气囊的进气阀关闭,停止供气,将枕木搬离沉箱。
5)在指挥人员的统一指挥下,启动卷扬机,拉动沉箱缓慢向前移运。
当沉箱前面空出1个气囊的间距时,停止牵引,摆入气囊,并充气到预定压力后,再重新牵引。
当后面移出的气囊快要离开构件时,打开排气阀排气,并运送到沉箱前面预定位置备用。
重复以上步骤,直至将沉箱移到半潜驳上。
6)在坡度不大于2%的下坡,利用卷扬机在沉箱的后呈对称状向后拉,抵消沉箱的前倾力,防止沉箱向前的运移速度过快。
7)当构件移到半潜驳上预定位置后,要调节好箱体平衡,停止牵引。
在构件底部垫上支承枕木,然后所有气囊均匀放气,构件平稳地落在支承枕木上。
8)沉箱落驳后需对沉箱进行加固,在沉箱底部用槽钢制成挡架与半潜驳甲板焊牢,沉箱顶部用钢丝绳与半潜驳的驾驶楼联结加固。
9)调整压舱内的压载水,使半潜驳的异形船艏离开岸壁承台支座,半潜驳离岸,然后拖运选定的下潜水域。
10)取出气囊,进行下一个构件的出运。
、机具设备材料配备表
序号
机具设备名称
数量
1
JJM5型卷扬机
3台
2
4135K型空压机
1台
3
ZLM50型装载机
1台
4
20T三柄滑轮
4个
5
5T单柄滑轮
6个
6
12T卸扣
4
7
5T卸扣
4
8
ф钢丝绳
400M
9
ф28钢丝绳
200M
10
493型高强度橡胶尼龙缠绕气囊
18个
11
半潜驳
1艘
12
拖轮
1艘
3、沉箱登船技术要点
3.1技术要点
沉箱从岸端牵引上半潜驳时,船舶处于漂浮状态,如何使沉箱能安全平稳地上船十分关键。
解决的办法有:
选择合适的船体尺寸,特别是需有足够长度,并设异形船艏搭岸,搭岸支座距船艏端为1.0m左右,当沉箱从岸端牵引上船时,船体会绕支座逐渐下沉,船尾吃水增加,船艏则绕支座转动上翘,船岸发生错牙,当沉箱已上船时,其错牙值为最大值。
此时船的平衡浮力近似一直角三角形的棱柱体,直角三角形的底边为支座至船尾的距离,高为船尾吃水增加值,棱柱体长为船宽,其浮力力臂等于浮心至支座的距离,即上述直角三角形底边长的2/3,由于船体较长,浮力力臂比沉箱的重力力臂大得多,因而船尾吃水增加不大,纵倾也小。
同时船尾至支座的距离比支座至船尾端的距离大,故实际船岸轨顶错牙极小。
以三航工3#半潜驳长54m,宽33.60m,预制沉箱自重2237t,沉箱重心至船艏距5m为例,简略计算如下:
图中:
L:
三航工3#半潜驳船长54m
L1:
支座至半潜驳船尾端的距离54-1=53m
L2:
支座至半潜驳船艏端的距离1.0m
B:
半潜驳型宽33.60m
P:
沉箱自重2237t
L3:
沉箱已上船,沉箱重心至尾轮即船艏端的距离5m
S1:
沉箱已上船,半潜驳船尾吃水增加值
S2:
与S1对应的半潜驳船首端上翘值,即船岸轨顶错牙值
α:
半潜驳纵倾角
δ:
水比重
P(L3-L2)=S1*L1*B*δ/2*2/3L1
2237*(5-1)=S1*53**1/2*2/3*54
S1=0.28m=28cm
S2=S1L2/L1=28*1/53=0.53cm
tgα=S1/L1=53=‰
根据以上计算,沉箱上船后船尾吃水只增加28cm,船尾纵倾‰,船岸顶部错牙仅0.53cm,且乘潮作业,所以只要沉箱上船前进行船体调平即可。
、注意点
沉箱在运移过程中在坡度不宜大于2%的,否则坡度的前倾力和后倾力过大很难抵消,且沉箱在运移过程有倾斜会有倾覆的危险。
在沉箱底部垫上支承枕木,所有气囊慢慢放气,沉箱平稳地落在支承枕木上,支承枕木摆放标高一致,且地基必须达到一定的承载力,确保沉箱各支点受力均匀。
出运通道必须清扫干净,不得有杂物,防止气囊被戳坏。
托板对称塞入沉箱的底部,位置必须准确,保证沉箱在运移过程受力状态合理,且托板必须与牵引的方向平行。
滑轮组与钢丝绳必须有专人看护,防止出现钢丝绳滑出滑轮或偏向等易常现象。
整个运移过程必有专人统一指挥,整个工序中必须有条不紊。
4、沉箱的拖运及下水
、沉箱拖运
沉箱在半潜驳上固定后,用2600HP的“三航拖2001”拖运至施工现场。
沉箱拖运对于运输过程中需穿越高栏港海域来说,显得十分关键。
该海域风浪较大,沉箱运输前必须对气象、海况进行调查,及时掌握短期(3天)预报资料,确定启航运输日期;运输时预期的风速应不大于6级,波高应不大于1.0m,如拖航过程中遇到大风,拖至其他附近港口避风。
新会预制厂至南沙工地约180km水路,航速5节(约9km/h),单程重载拖运需20小时;空载航速6节(约11km/h),单程约17小时。
沉箱上半潜驳和沉箱下水上浮各需6小时左右,因此一只沉箱的拖运约需49小时,加上其它因此,按每3天出运一只考虑。
、沉箱下水
沉箱随半潜驳拖运至现场座底潜驳下沉区后,天气、风浪条件允许情况下,由于为本工程的第一次沉箱下水作业,诸多工序需磨合,故应在高潮前5小时开始下水起浮,在高平潮1小时完成起浮作业。
半潜驳驻位方法:
原则上顺流驻位下潜,根据现场涨落潮趋势,座底潜驳应顺南北向驻位,艉在南,船处于下潜坑的中心。
下潜坑位于6-7#泊位之间,距码头前沿线约200m,坑底尺寸100m×100m,坑底标高-17m,根据业主协调,与一航五公司共同使用该下潜坑。
无起重船沉箱起浮:
半底潜驳驻位后,由驳吊将箱顶作业平台分块吊至箱顶安装,并安装潜水泵及输水管系,起重人员上沉箱。
半潜驳开始缓慢下潜,潜水泵开始作业往三排格仓注水,注水水位为前舱2.1m,中舱3.46m,后舱加压舱水3.46m。
当至沉箱吃水11m时,沉箱达到浮游稳定状态,带好沉箱缆索,由600HP拖轮牵引沉箱离开半潜孔,半潜孔放水上浮,离开下潜坑;拖轮顶推沉箱至养生场,按储存次序定好位,高平潮时注水后沉箱座底于已抛填0.5m厚砂层的-13m港池基床上。
半潜驳排水上浮并拖回,进行下一循环作业。
沉箱注水方法:
沉箱的前、中、后排格舱各设一道通长注水管,管尺寸为14寸,注水管二头接潜水泵,共计需10台潜水泵(备4台),每道注水管在每排4个舱格内各设一放水口,用阀门控制。
沉箱内侧的压载水高度已提前设置了标线,在注水过程中应根据沉箱整体吃水高度和箱体平衡状况,通过阀门控制,调节前、中、后排水位的协调上升和每排舱格内的水位同步。
沉箱浮游稳定计算
沉箱的浮游稳定性以定倾高度m表示。
m=ρ-a
其中:
ρ=I/V(不考虑压载),I为沉箱在水面处的断面对纵向中心轴的惯性距;V--为沉箱的排水体积;考虑水压载时ρ=(I-∑i)/V,
a--为沉箱重心至浮心的距离。
如果仓内无压载时,定倾高度m<0.2m,不稳定!
前舱加压舱水2.1m,中舱加压舱水2.9m,后舱加压舱水3.9m时,定倾高度m>0.2m,稳定!
下潜坑布置如下图所示。
5、结语
本工程共有36个沉箱,截止5月24日,已有7个沉箱成功运止广州港南沙港区的施工地点,证明整个沉箱运输方案是可行的。
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