气囊出运千吨沉箱工艺要点
介绍气囊出运千吨沉箱工艺的主要技术要点关键词：气囊出运工艺；气囊气压值；纠偏措施；超高压气囊
1工程概况厦门东渡18#泊位与海沧1#泊位皆为重力式沉箱结构，其中东渡18#泊位2#沉 箱每件重912t, 高16 . 7m, 共31件。海沧1#泊位1#沉箱每件重961t, 高18.7m, 共 40件。沉箱自重加索具等附件出运总重量近千吨，两种规格的沉箱均在我局漳洲港预 制场预制(预制场布置见图1),并采用气囊出运工艺。通过横移，纵移至码头前沿出 运，最后上3000t半潜驳，供潜浮安装。2出运工艺选择沉箱陆上出运方式很多，可以让沉箱沿岸预制，用千吨级起重船吊运上驳船至现场 安装；也可以选择台车式工艺，用下滑道方式入水浮运至安装地点。前者因起重船及现 场条件限制无法实施，后者因水域条件与造价高昂而无法推行。我们亦曾考虑用门吊出 运或轨道加千斤顶顶推工艺出运，最后皆因造价高而放弃，最终选择我局成熟的气囊出 运工艺。3 技术要点
由于沉箱近千吨，海沧1#沉箱高达18 .7m, 而底面仅为11.8m×10.45m,因此气 囊出运过程中，无论从沉箱稳定性还是气囊气压值大小的控制，都是国内筑港史上前所 未有的。加之沉箱前趾的影响，沉箱重心偏离底面中轴线，偏心矩大，更增加了沉箱出 运的难度。3.1计算气囊气压最大值首先我们选择国内常用的高压气囊，接着是选择气囊直径，我们分别选取6条 直径0.8米、直径1米、直径1.2米的的气囊，对海沧1#沉箱横移进行气压值计算，发现直径0.8米的气囊摆放间距富裕量很大，而气囊压力值却大大超出允许值，直径1.2米气囊气压值较为理想，但气囊间距过少，只有200mm 左右；唯有直径1米的气囊无论在气压值上还是 间距上都较为理想，因此最终选择了直径1米的 气囊。我们选择东渡2#沉箱进行出运典型施工。沉箱底模由6排工字钢支承，高度为 270mm,中间5个间隔分别填砂及用水充实，在顶升中只能摆放5条气囊，在横移过程 中，逐步增加至6条气囊，在第6条气囊喂入一半而未加气时，第5条气囊前端是悬臂 状态，因此承受的压力最大，我们必须把此压力值告之操作人员，使之能随时调整气囊 气压值。如何准确计算气囊最大气压值?则成为典型施工的第一难点。由于气囊是软体结构物，在几条气囊共同支承沉箱重量时，各条气囊的支承力应该 成线性关系，可以建立一组二元一次方程。通过方程组求解求出N₁、N₂ 、至 N6 值，并通过气囊计算公式求出第五条气囊气 压值，即qg=0.221MPa, 此值即为此状态下气囊气压最大值。通过现场数据测量，可以证实各气囊气压值成线性关系。由于气囊运行过程中，存 在各种因素影响，在充气压力上需要乘上1.1～1.2系数，因此 qg值在0 .25MPa 左右。通过方程组求解，可以求出沉箱纵、横移过程中的每一瞬间，各个气囊的瞬间气压 值。另外在沉箱纵移中，因前趾关系，沉箱重心偏离其底面中轴线，因而出现一个偏心 矩；下坡时，因坡度关系，还出现一个下滑力矩；这些力矩皆可以纳人方程组中进行运 算。最后需要进行验算，验算结果与计算结果一致才算计算完毕。3.2沉箱出运中，出现大偏心矩时的纠正措施东渡2#沉箱纵移过程中，因前趾关系，沉箱重心偏离底面中轴线一侧350mm 多， 偏心矩达319t·m,如果按常规气囊成左右对称摆放(如图3所示),将无法克服偏心矩，沉箱将向前趾的反方向倾斜，倾斜端气囊因受力过大而变得更扁，沉箱可能触地而 图3 18-2#沉箱纵移气责摆放状态图单位：m
无法运行。如果让前趾方向的气囊端缩入一定距离，让气囊与沉箱底面的接触面中心对 准沉箱重心线，则在理论上沉箱应成直立状态。但实际操作上很难达到，我们曾让气囊 缩入250mm, 开始运行时，沉箱还能成直立状态，但很快便转人倾斜状态，原因是气 囊运行中气囊锥体部份伸长，气囊与沉箱底面的接触面长度发生变化，使沉箱仍向非前 趾方向倾斜，于是我们采取六大纠偏措施如下：3.2.1气囊摆斜一个角度，即气囊中轴线与通道横断面成一角度摆放。3.2.2调整气囊缩人前趾内的距离(200～250mm 之间)。3.2.3调整通道横断面标高，即在通道上铺石粉，并且前趾端路面较另 一 端高3.2.4非前趾方向的牵引钢丝绳与通道纵轴线夹角加大，即使用横移地牛作牵引点。3.2.5横移时预留偏位富裕量，即让沉箱在纵向通道就位处，往前趾方向偏移1m 左右，在出运过程中沉箱便慢慢移至通道中轴线上。3.2.6调整牵引溜尾的四条钢丝绳受力，通过受力不同强制沉箱按规定路线运行。通过现场运作，证明第1、2、5、6条措施效果较好，其中第5条措施已作为施工 图418-2#沉箱转换气膏枕木铺垫图单位：m3.3横移转纵移处垫木摆放与气囊转换横移与纵移成90°角，并且使用的气囊长度规格不一样，加之沉箱前趾端不能摆放垫木，这些因素构成转换过程中较为复杂的状况。在沉箱接近中间通道就位处时，要拉大气囊间距，回复至5条气囊状态，并且让箱 前端有800mm摆放垫木的位置。沉箱就位后，5条气囊同时顶升至400mm高度，第1至4条气囊处放好垫木，然后第5条气囊放气抽出，此时第1至4条气囊的气压值不等，第4条气囊气压值可达0.226MPa, 接着摆放前趾端的垫木(如图4所示),各垫木摆好后各气囊放气与抽出。由于纵向方向上，左右垫木摆放不成对称，开始只能摆放第2至7条气囊，第1条 气囊位置有垫木阻碍，待2至7条气秦顶升，垫木离开沉箱底面，第1条气囊位置的垫 木抽出，才能摆放第1条气囊，此时第2至7条气囊的气压值不等，第2条气囊气压值 最大。待7条气囊顶升至垫木离开沉箱底面，垫木全部抽出，才能进入纵移出运。3.4纵向通道特殊地段地基承载力计算与处理纵向通道有 一 特殊地段，其地质状况较为复杂，在地面下7~8m 处夹有淤泥层， 当沉箱横移到该地段，需垫上二十多块垫木，才能转换纵向气囊，每块垫木需承受40~50t重，因此大大超出地质资料提供12～15t/m²的数值。处理的方法是需要放垫木的地面，铺上14m×1.8m 与6 . 2m×1.8m, 厚度为30mm 的钢板各两块，使地基承载力控制在12.54t/m²左右，从而满足地质要求。4主 要 设 备 配 置根据牵引力公式：F=fQ式中： f 为气囊与地面滚动摩擦系数，取0 .05,(经现场测试，在压实的砂地上，气囊的滚动摩擦系数接近0.05);Q 为沉箱与索具重量，取1000t。因此 F=0.05×1000t=50t, 即千吨沉箱在平路段移运需要50t 牵引力。横向牵引与溜尾皆选择两台5t慢动卷扬机作牵引力溜尾用，配6倍率滑轮组，合 力 6 0t, 出运速度为1.65m/min, 纵向牵引与溜尾皆选择两台8t 慢动卷场机作牵引与溜 尾用，配4倍率滑轮组，合力64t, 出运速度为1 . 8m/min。在沉箱上驳船遇阻碍时，沉箱需反向拖回出运码头上停放。此时 F=fQ=0.04×1000t=40t, 即为牵引力为40t, (码头面为混凝土结构，气囊的滚动摩擦系数取0.04)此外还存在一个沉箱上坡时的下滑力，因坡度为60:1,下滑 力近似960t/60=16t,因此回岸的总牵引力为56t, 在 8t 卷扬机组额定牵引力范围内。5 发展方向气囊出运大沉箱工艺既简易又经济，有实用价值，但对于高长(宽)比大的大型沉 箱而言，现有国内厂家生产的高压气囊很难满足要求，原因是额定气压值低。尤其对偏 心矩大的沉箱，需要考虑双排气囊出运方案，才便于克服沉箱倾斜因素。由于双排气囊 之间存有间距，气囊与沉箱底的接触长度减少，气囊气压值变大，需要在国内寻求新的 产品，即超高压气囊，使气囊的气压额定值在0.3～0.4MPa之间。如果东渡2#沉箱 纵移采用双排气囊出运，则无需考虑“纠偏措施”,通过调整两排气囊的气压差，便可 以实现平稳出运。
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