气囊搬运技术在水运工程中的应用
摘要：介绍气囊搬运技术在水运工程中的应用情况及推广前景，介绍气囊的规格和技术参数。 关键词：气囊：水运工程：应用：推广Application of Air Pocket Transportation Technique inPort&Waterway Engineering
Abstract: The application of air pocket transportation technique in port &waterway engi-neering,the prospects of its popularization,as well as the specifications and technical parameters of the air pocket are introduced.Key words: air pocket;port &waterway engineering;application;popularization
在水运工程施工中，为确保工程的质量和进度要求， 通常采取在预制场内预制混凝土构件，然后进行运输和吊装的施工工艺，因此施工单位都设有设备齐全和完善的混凝土构件预制场(厂)。随着我国国民经济的发展，远离原有几个大型基地混 凝土预制场(厂)的工程不断涌现，构件的外型尺寸和重量 也不断增大。从施工进度的保证以及经济性和安全性等方 面考虑，在工地附近建1个临时混凝土预制场进行混凝土 构件的预制已成为发展方向，但需解决大型构件水平运输 问题。采用常规的龙门吊工艺或滑道工艺是最传统而又费 钱的方法，所以应该寻找一种既实用而又经济的新工艺。1990年，海南八所港防波堤改造工程引进水垫搬运 工艺解决了500t 沉箱的水平运输问题，并在海南马村电 厂煤码头和广西防城港码头等工程的施工中得到进一步 应用。虽然该工艺的成本比龙门吊出运工艺低，但对场地 平整度要求高、水垫设备易损坏、功率消耗大、施工现场到处是水等不足之处，使该工艺不能更广泛地应用。1996年，由于受到起重船起重跨度的限制，设在深沪 港临时预制场的部分500t 沉箱需向码头前沿作短距离移 动。受沙滩造船气囊下水工艺的启发，采用气囊搬运沉箱 取得了初步成功。随后在广西防城港施工中，采用该工艺 进行了500t卸荷板和大圆筒的水平出运，为预制混凝土 构件的出运开辟了新的途径。1气囊搬运构件技术气囊搬运技术是在需要移动的构件下面，放置若干个 圆柱型的胶囊，胶囊充气后可将构件顶升，气囊滚动使构 件水平移动。目前该技术主要应用于造船行业，将其成功 地应用于大型混凝土构件的水平运输在国内还是首次。1.1气囊结构型式囊体骨架材料为锦纶帘子布，囊嘴为铝合金铸件，内 管丝口G1”—2”( 图1)
图 1 气囊结构型式1.2气囊的规格和主要性能1.2.1气囊的分类(1)按承压能力分(表1)表1气囊的类别和规格较承压能力分)
规格 类别帘子布 层)囊体展开面积 重量(g/m²)泄漏率 船) Ih压降主要用途
中压气囊35<5中、小船舶上排、 下水沉船打捞
高压气囊69<4较大船舶上排、下 水大型构件移位
(2)按公称直径分(表2)表2气囊的类别和规格较公称直径分)
公称直径Dfm)0.81.01.21.51.82.0
中压 气囊出厂检验压力Pa)0.130.110.090.070.060.05
许用压力Pa)0.090.070.060.050.040.035
高压 气囊出厂检验压力Pa)0.260.210.170.140.120.10
许用压力 MPa)0.180.140.120.090.080.07
1.2.2承载力计算承载力计算公式：Q=PS×10²式中：Q- 承载力(kN):P-气囊内压力 (MPa):S-承载面积之正投影面积(m²)。气囊是柔软弹性体，在使用过程中其形状受构件形状、地面形状、构件宽度、气囊长度和摆放位置等多种因素 的影响而改变，所以承载面积与承载力也随着变化。当构件底面和地面均处于水平时，压在构件下的气 囊的横截面呈正扁圆形，此时每米囊体的承载力可参 见表3。
1.2.3摩擦系数气囊在硬质地面水平滚动时，滚动摩擦系数一般取表3囊体的承载力(N/m)
类别直径m)气囊内压力Pa)H/D
0.50.40.30.2
中压气囊0.80.088
55
66
77
88
1.00.070
1.20.058
1.50.047
1.80.039
2.00.033
高压气囊0.80.176
110
132
154
176
1.00.140
1.20.116
1.50.094
1.80.078
2.00.070
注：H为气囊被压度或称工作高度；D为气囊直径。f=0.05。1.3气囊搬运工艺1.3.1构件底模预制混凝土构件采用活动底模板，底模板离地0.55~0.70m, 以便于底模的拆除和安放气囊。当构件强 度达到规定值后，用千斤顶顶起构件，拆除活动底模，用枕木支承等候出运。1.3.2气囊的选择先根据构件的出运边宽选择单根气囊的长度，再确定出运(顶升)高度，由此而计算出承载面积，并按气囊的许 用压力计算出所需气囊的最短总长度，最后确定气囊根数 及摆放位置。气囊承载面宽度 B 与气囊直径 D和气囊工作高度 H有关。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(图2)。 图2受压气囊横截面示意
承载面宽：B=π(D-H)/2
承载面积：S=BL 。=π(D-H)L/2
单根气囊的承载力：F=SP=π(D-H)L P/2
所需气囊的总长度：La=G/F=2G/π(D-H)LP 式中：L。一气囊的承面长度；
G一构件重量。
1.3.3气囊的摆放
根据构件的结构特点以及操作的方便，气囊摆放一般 采用左右两列的排放法(图3)。
图3卸荷板气囊摆放
1.3.4牵引系统
牵引系统采用JM5型卷扬机1台、滑轮组和钢丝绳
等(图4),采用单台卷扬机“八字缆”牵引。根据试验结
果，气囊起步所需牵引力在高度为0.40m 时，约为构件
重量的3%,并随着高度的降低而减少。牵引速度宜控
制在3m/min 左右。
图4圆简出运场地及牵引系统布置
·42 ·
1.3.5 供气系统
供气系统采用DVY-6/7型空压机1台。为了使多个
气囊同时充气，保持气压基本一致，设置具有多管路接头
的空气分配器1个，另有输气管多条。
1.3.6 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
清理构件底部的尖锐物。(2)在构件底部放入气囊，注意排列整齐，相互平行。
连接供气管路，连接牵引系统。(3)启动空压机同时向各个气囊充气，当充气压力达
到预定顶升压力的80%时，停止供气。检查所有气囊的压
力是否一致，不一致时可向单个气囊充气，使压力基本一
致，然后继续充气，直至构件离开支承枕木。将气囊的进气
阀关闭，停止供气。(4)先在构件周边安放临时支座，以确保安全。然后由
操作人员先拆除支承枕木，再将临时支座拆除。(5)拆除所有的联接胶管，打开各个气囊的排气阀，进 行缓慢放气。当气囊高度降至出运高度时，关闭排气阀，并 检查调整各气囊的压力基本一致。
(6)在指挥人员的统一指挥下，启动卷扬机，拉动构件 缓慢向前移动。当构件前面空出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
到构件前面预定位置备用。重复以上步骤，直至将构件移 到预定位置。
(7)当构件移到预定位置后，停止牵引。在构件底部垫上 支承枕木，然后所有气囊排气，构件平稳地落在支承枕木上。
(8)取出气囊，进行下1个构件的出运。
2气囊搬运技术在水运工程的应用
2.1福建深沪港临时混凝土预制场上的首次应用
1997年，在福建深沪港临时混凝土预制场上首次应用气囊搬运技术成功。采用数条长6m、直径1m 的气囊将
多个480t重沉箱(底面积为7m×10m) 从预制场后方向前
移动了20m,使用效果十分理想。
2.2 广西防城港工程中的应用
防城港9、10泊位工程于1997年10月开工，1999年10月竣工，*11、*12泊位工程于2000年6月开工，将于 2001年10月竣工。这两项工程都是采用大型薄壁圆筒结
构的重力式码头，其中3.5万吨级泊位1个，5万吨级泊位
3个。共有各种规格的大圆筒119个，底座直径17.85m, 最 大高度9.1m,最大重量为48lt;卸荷板68块，最大长宽尺 寸18.68m×17.21m, 最大重量496t。全部在防城港临时预 制场预制，出运到码头前沿后，由500t起重船吊装。
*9、*10泊位的大圆筒是采用水垫进行出运的，但卸荷 板的设计要求采用6点支承，每个支承点受力均匀，水垫 搬运工艺及场地条件难于满足要求。由于气囊与构件底部 为面接触，受力面积大，受力点多，可避免卸荷板在出运过 程中受力不均而发生断裂，因此卸荷板改用气囊出运。·11、*12泊位的大圆筒和卸荷板全部采用气囊出运， 由于圆筒为无底筒型结构，底部承载面积小，因此在圆筒 底部安放2块16.4m×4m的托板，以增大与气囊的接触 面积，托板由工字钢及钢板焊接而成(图5),每块托板都 设有容易拆装的滚轮，以便于移动及就位。 图5圆筒托板气囊摆放广西防城港2项工程利用气囊共出运54块卸荷板和 62个圆筒，总行程达15000m,平均每天出运3件以上，满 足了安装进度要求。加快了工程施工进度，并取得了良好 的经济效益和社会效益。2.3在水运工程中新的延伸2000年5月，广东茂名石化水东港新建1万吨级油码头主体结构由7个有底钢筋混凝土圆型沉箱组成，其中最大的沉箱直径13.0m,高度14.55m, 重748t。在选取沉箱下水方案时，进行了方案比较：采用码头前沿预制、起重船起吊下水方案，具有500t 以上起重能力的起重船较少， 并且费用很高：采用陆上预制滑道下水方案，该地区没有现成条件：采用船坞预制海上拖运方案，安全性和经济性 较差，水深条件也不允许：采用陆上预制一半，起重船起吊 下水后接高的方案，工期和质量都难以保证：采用陆域预制沉箱半潜驳下水工艺”,由于该工艺要求轨道非常平直 和半潜驳始终保持水平状态，并且对于临时预制场和小批 量制作沉箱的工程来说，设备和场地的投入过大。因此在 水东港1万吨级油码头工程中拟采用气囊搬运沉箱上船 代替了该工艺的轨道平车运输沉箱上船(图6a) 。实际施工时，改用1.5万吨级的大型半潜驳1次出运7个沉箱。 由于船舶吨位较大，出运时取消了半潜驳与码头的搭接工 艺，改为自由对接，并在码头与半潜驳间放置1块过渡钢 板。当气囊搬运沉箱缓慢上船时，由于半潜驳压载水的调 整能力较强，可通过不断地调整压载水，减少半潜驳甲板 面与码头面高差，使沉箱平稳地移上半潜驳(图6b)。 图 6沉箱上船工艺3 结语(1)气囊应用在中小型船舶上下水时，船体重量与船 体投影面积之比较小，气囊能充分发挥其特点，对场地的 承载力要求较低。气囊应用到混凝土构件的出运时，当构 件重量与其投影面积之比较小时(如板、有底沉箱等),气 囊也是适用的。特别是构件的重量越大(500t 或更大),其 经济优势越明显。当构件重量与其投影面积之比超过一定 数值的时候(如无底圆筒),则需要有一定的辅助措施才能 使气囊发挥其效用。(2)气囊应用在陆域预制沉箱半潜驳下水工艺”的沉 箱上船工序中，降低了大型沉箱由陆地上船时的技术难度 和工程费用。(3)在大型沉箱陆地预制滑道下水工艺中，可利用气 囊代替滑道设施使沉箱下水：大型沉箱水上浮运，可采用 气囊辅助浮运，防止沉箱的倾覆。还可采用气囊代替钢质 浮筒进行水下打捞作业。综上所述，应用气囊搬运大型混凝土构件在水运工程 施工中是成熟的和经济实用的技术。该技术具有初期投入少、技术简单易于掌握、耗能低、操作费用和调迁费用少、 对外部条件要求不高等优点，在水运工程施工生产的领域中具有较好的应用和发展前景。
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