高压气囊搬运大型沉箱上船工艺及安全措施
要]本文介绍了将1200t重的沉箱，采用气囊顶升、 滚动，利用卷扬机作为牵引，采用滚动气囊从预制场地通过出运码头拉移上半潜驳船，探讨了高压气囊搬运沉箱的 施工工艺和安全措施。[关键词]港区码头沉箱气囊IAbstract]This paper introduces the 1200t weight caison,us-ingaitbag jad.-up and rolling,taking the windlass as tracion,by rolling ar bag from the precast yard through transportationwharf pull on semi-submersiHe barge,discusses the corstruct-ion tcdnology and salety measures fer the highpresaure gasb- 4 mspurtng cissonIKeywurts|port,caisson,aithag一、 工程概况1. 工程简介为了配合威海港航沉箱码头工程施工需要，在 现场预制沉箱25 个，断面尺寸(长X宽×高)20 ×11×11m, 约重1200t 。结合现场实际情况，沉 箱采用现场地坪预制，并采用滚动气囊从预制场地 通过出运码头拉移上半潜驳船上(见图1)。 图1 沉箱出运俯视图2. 施工方案将预制好的沉箱在预制场地上用高压气囊顶起，用垫块支垫，抽出顶升气囊、落下顶升槽盖板， 然后穿拉移气囊，用高压气囊将沉箱顶起，将垫块 支座移除后，通过卷扬机牵引将沉箱拉移上半潜驳甲板面上支垫，抽出气囊。二、 施工工序1. 施工前准备工作本工程施工质量、安全要求高，施工时间和质量对整个工程产生严重影响，因此，准备工作必须 十分充足。(1)必须做到三保证：人员保证、技术保证和 安全保证(2)船舶调遣要密切注意天气情况，并进行可 靠的预报。(3)场地布置1)沉箱预制场地布置在紧靠出运码头，较少出 运距离，并预留一定的堆放区。2)地牛设置：在出运通道上设置300KN 地牛12个，500KN 地牛4个。3)卷扬机的布置：在出运滑道两端的两个侧面 各布置一个50KN卷扬机座，共计四个卷扬机座，分别将四台50KN 卷扬机固定在卷扬机座上，二台 用于牵引，二台用于溜尾。4)场地处理：沉箱搭建场地地面需要整平，保 证气囊拉移滑道都基本处于一个平面内。(4)索具准备：在工程开工前，应把沉箱的拉 移索具、顶升工具准备好。(5)清除沉箱底和滑道面上尖锐物：沉箱拉移 上半潜驳前，需安排人员检查，并清除沉箱底和拉 移滑道面上的尖锐物，以免刺破气囊。(6)半潜驳甲板面拉力点准备：半潜驳进场前 在甲板面相应位置布置二个300KN拉力点。2. 沉箱顶升(1)清理并检查顶升槽内有无尖锐物，应去除 所有尖锐物品：(2)穿入顶升气囊：塔吊或门吊协助穿入顶升 气囊(3)顶升、支垫：8条高压(中1.0×12m) 顶升气囊均匀充气顶升，将沉箱顶升至离地面高度 40CM 以上，塞入预先备好的垫块，塞垫块时应预留拉移气囊的空间，塞入垫块应能满足压力要求。 3. 做好拉移前的准备工作(1)穿好两组拉移和两组留尾滑车组。(2)牵引系统就位：卷扬机与定滑轮固定后，将动滑轮与沉箱卡挂好，收紧拉移和溜尾钢经绳， 保持沉箱处于受力状态，前后受力基本平衡。(3)布置拉移气囊：根据沉箱拉移的气囊布置要求，调整拉移气囊的位置并充气，将沉箱底支撑物全部撤掉，调整气压至沉箱底离地面约40cm 后， 停止充气。4. 第一阶段拉移(陆地拉移见图2) 图2陆地拉移做好拉移前的准备工作后，开始拉移沉箱。在 拉移过程中，在沉箱前应按预先计算好的位置布置 5 条以上预备气囊。当沉箱前侧边沿位于气囊中间 时，给气囊充气，可以在沉箱移动过程中进行充气， 直到气压达到额定气压值。拉移过程中，使用塔吊 将气囊从沉箱后部倒至前方摆放。在拉移过程中，前端和后端高度可能会发生变化，应注意观察并测 量沉箱与地面间的高度，通过调整气囊气压保持沉箱基本水平。第一阶段拉移尽量将沉箱移到离码头前沿尽可 能近的距离，距码头前沿约5m。第一阶段拉移到位 后，在沉箱周边放置支敦，气囊适当放气，使气囊 与支敦同时受力支承沉箱。沉箱落在支敦上后，将 牵引滑轮组拆除，准备第二阶段拉移。5. 沉箱拉移上半潜驳(见图3)
图3 沉箱拉移上半潜驳(1)上船拉移前准备1)确定上船时间：根据潮汐表和天气情况，确 定上船时间。2)牵引系统就位：利用现有的卷扬机，将定滑 轮固定在船上的拉力点上，并将钢丝绳与动滑轮组 和沉箱上的拉环对接。3)调整半潜驳船位：半潜驳靠岸后，利用船上 拉力机精确调整驳船船位，使沉箱轴线与拉移轴线 重合。4)铺过渡板：半潜驳就位后，铺过渡板，在轴 线两边并排各布置8m 过渡板。搭接板与船和码头 的搭接处应用细砂垫平。5)气囊充气、撤支敦：驳船就位的同时应给气 囊充气、撤出周边支敦。(2)上船拉移1)做好拉移前的准备工作后，开始拉移沉箱。 利用两台50 KN卷扬机和布置在半潜驳甲板面两组四轮滑车同时收紧，岸上的两组留尾四轮滑车组也同步放松，使沉箱缓慢拉移上船。2)沉箱就位：沉箱拉移到位后，支垫垫木，气 囊放气，沉箱落在垫块上，利用船上的吊车将气囊 抽出。解除拉移和留尾的滑轮组。做好临时加固措 施，则完成沉箱拉移上船工作。三、 相关计算1. 沉箱顶升和拉移气囊的选取根据沉箱的相关技术参数，沉箱长20m, 宽 11m, 沉箱重量1200 t, 经计算，顶升气囊采用有 效工作长度11m的高压气囊2 条，气囊的直径为 1.0m, 当气囊顶升高度为0.4m, 气囊承载宽度约为0.94m。拉移气囊采用有效工作长度19m 的高压气囊5 条，气囊的直径为1.0m, 当气囊顶升高度为0.4m,气囊承载宽度约为0.94m (见表1)。表1相关计算结果参考表
名称工 程 量沉箱重量(BN)顶升拉移过程备注
工作高度H(m)气囊总承压面积S (mǐ)工作气压P(Fa)工作高度H(m)气囊总承压面积S(mm)工作气压PMFa
沉箱25120050021×100.5550089.3×10⁴0.13
从上述计算结果可见，顶升/拉移阶段的气囊最 防溜系统的配置应与牵引系统一致，确保同步。 (5)卷扬机系统(卷扬机、滑轮、钢经绳)必
高气压要求为0.55Mpa,因此选用8层以D3绵纶浸 (6)气囊充气应该缓慢进行，充气人员应注意漆帘线为骨架材料的高压气囊做为顶升/拉移气囊。 充气过程气囊及其充气压力的变化情况，气压表损2. 牵引力计算 坏的应及时进行更换。移运启动前，气囊必须全部牵引系统布置在半潜驳上，选用50KN 卷扬机2 张开并达到预定压力值。台并配合320KN四轮滑车组2 套牵引系统，地牛 (7)移运启动前，应检查牵引系统(防溜系统)30 t. 及地锚情况，确保各连接安全可靠。配置时牵引力公式： F=f*G (8)移运过程中应注意观察气囊的滚动情况，F为牵引力， f 为气囊与地面的滚动磨擦系数， 防止气囊自身扭转现象出现及相邻气囊在滚动过程取0.03,G为沉箱的重量。 中压叠在一起。要及时观察重物(构件)的垂直度故F=0.03×1200t=36t, 即卷扬机在平路段移 及跑偏情况及时纠正。运需36t 牵引力，因采用二套牵引系统，每套系统 (9)沉箱移运到位后，指挥及相关工作人员在承担18t 拉力。滑轮组钢丝绳采用24mm,卷扬机通 支垫好枕木，疏导好交通后才允许离开现场。过6倍率滑轮组对沉箱进行牵引和溜尾，每台卷扬 2. 空气压缩机安全技术操作规程机牵引力为30 t (未考虑机械效率及夹角的影响), (1)输气管应避免急弯。二台卷扬机合力可达60t, 合力大于36t, 因此牵 (2)出气口处不准有人工作，不得在储气罐附引系统设备安全可靠。 近进行焊接和热加工。四、 严格执行操作规程 (3)压力表，安全阀和调节器储气罐管道要定1. 气囊移运操作规程 期检查校验，保持灵敏可靠。(1)根据施工现场的实际情况，对气囊的选型 (4)每班作业后须打开放气阀，放出水分油质及压力计算进行复核，确保气囊工作压力不超过气 等物，每月至少将罐内油质等物清除一次。囊的额定工作压力，并留有一定的富余量。要对气 (5)严禁用汽油或煤油洗刷曲轴箱，滤油器或囊进行预充气检查及在顶升工作开始时进行工作压 其它气路零件。力的测定。 (6)所有导电部分或皮带传动部分均须设安全(2)气囊移运通过的通道场地必须经过平整， 防护装置。不存在尖锐物及障碍物。存在斜坡的，斜坡段左右 (7)用汽车拖运移动式空压机时，要控制车速水平度不得大于8cm 。 (20km/h 以内),转弯时必须慢行。(3)重物(构件)使用气囊移运时的工作高度 (8)空压机必须放置水平：工作时要保持通风宜使用气囊直径的30%～40%,并应大于气囊囊咀结 散热：空压机油及时添加。构体直径10cm以上。超高压气囊应选用较高的工作 3. 卷扬机安全技术操作规程须定期保养五、 大型沉箱出运安全注意事项(1)沉箱移运时，气囊所通过的通道地面要求 清除所有障碍物和尖锐物。(2)沉箱在移动中有走偏的可能，应通过调整 气囊的摆放角度，或两侧卷扬机的先后启动顺序和 速度来纠正偏差。(3)沉箱上坞前2h,必须移到码头前沿10m 以内。出运当天，可操作潮水潮位应有3h。风力六级以下才允许沉箱移运，施工两侧20m范围内设工 作警戒。(4)通道及沉箱可能经过的范围应该保证平 整，高差不超过±2 cm。(5)事前先标志好沉箱摆放位置，气囊的轴线 平行且与位移方向垂直，露出沉箱两侧长度相等， 气囊拖进沉箱底部时要顺直，不得斜拖。(6)对气囊充气时应均匀、缓慢(由阀门控制), 当充气压力达到沉箱预定初始压力，停止充气：检 查并调整气囊的压力值，使各气囊的压力基本一致 ， 再继续充气，直到将沉箱底面完全脱离支承型钢约5cm, 此时沉箱处于直立状态。(7)由指挥下令启动各卷扬机，注意同步均匀， 无关人员离开工作范围。副指挥及时向指挥通报所处位置观察的运行情况和气囊位置，做到气囊平行， 对沉箱走偏进行纠偏：充、放气缓慢，注意避免突然弹出。(8)浮船坞与出运码头的搭接应符合要求，根 据实际情况调节浮船坞压水。六、 结语
高度。(4)气囊在重物(构件)下的摆放间隔应尽量 均匀，气囊之间的间隔(净距)应不少于重物(构 件)运行方向长度的1/40～1/30;对于囊头部分需 要承载的应取较大值，并应满足支垫空间的需要。 滚动气囊之间的中心距应保证重物(构件)的结构 强度。(5)大型重物(构件)移运，特别是存在斜坡 段移运的，必须有止滑防溜措施，设置防溜系统，(1)卷扬机的安装机身地面必须牢固。卷扬筒 与导向滑轮中心线应垂直对正；(2)工作前应检查钢丝绳，离合器，制动器棘 轮滑轮、电器等，正常后才能工作。(3)操作时，档位须从0档徐徐调至最高档： 停止操作，则相反。(4)作业中突然停电或者停止工作，人员离开 前应将电源断开，并将运送物件放下，锁止闸箱， 盖好防水帆布。通过以上对沉箱移运上半潜驳船作业设计以及 安全验算，说明沉箱采用气囊顶升，卷扬机牵引将 沉箱拉移上半潜驳船上是完全可行的，并且十分安 全可靠。项目部与出运队伍紧密合作，圆满完成本 工程全部沉箱移运上半潜驳船施工任务，丰富了类 似工程的出运经验。
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