气囊在沉箱出运上驳施工中的应用
摘 要:文中以福建省泉港预制场大型预制沉箱的出坑、出运和上驳为例,介绍高压橡胶气囊在大型沉箱出运、上 驳施工中的应用及其工艺技术。关键词:气囊;沉箱;出坑出运;上驳;施工;应用;技术工艺
一、引言预制沉箱的出坑、出运和上驳施工,是以圆柱型气囊为 载体,在沉箱预制件的底面放置通过计算需用个数量的圆柱 型气囊,采用气动传动技术,将沉箱顶升,使沉箱作相对运 动,通过横、纵向的移动,将沉箱横移出坑,再通过纵移将 沉箱牵引至上驳平台,再进一步上驳,最后通过半潜驳的运 输将沉箱拖运至工程所在地进行沉箱的安装施工。二、工程概况1. 本案共有预制沉箱29个,其基本参数详见下表1。表1沉箱的基本参数
沉箱型号长(m)×宽(m)x高(m)自重(T数量(块)
CX411.6×9,88×14.68852
CX311.65×9.88×14.6916
CX211.6×11.08×13.258472
CX211.6×11.08×14.6913
CX19.9×8.63×8.84352
CX19.9×8.63×13.2559115
2. 预制场及沉箱出运的总平布置概况沉箱的上驳平台位于预制场的南端,约为东西走向,沿 码头横向方向直至预制场后方是沉箱的出运通道,沉箱出运 通道的西侧长方向上位沉箱的预制场地。3. 沉箱的预制平台概况预制平台以 C28型工字钢按沉箱的长度边并沿预制场 的长方向布设,以利于沉箱出坑后的纵移出运和安全共计布 设6道并架高28cm形成。4. 沉籍的出坑、出运通道通道平整无障碍物和尖锐物,场地承载力*20T/M2, 沉箱出运安全。5. 沉箱的上驳沉箱的上驳为半潜驳,其船型为型长×型宽×型深 =54m×33.6m×4.5m, 半潜驳的排水量3,000t;2000P拖轮拖带,沉箱的过驳平台(临时码头)具备。三、沉箱的移动和气囊选择1. 气囊的工作要求及结构气囊的头部为半球体。详下图1。
图 1 气囊的结构备注:A—半球体气囊嘴铸件; D—气囊直径; LO—有效 气囊长度; L—气囊的实际总长度。2. 顶升施工及气囊的选用沉箱的出运主要包括了各环节施工前的准备工作、顶升、 出坑、移动出运、上半潜驳等过程。(1)沉箱的顶升施工首先是清理准备工作。其次,利用沉箱预制场四角已布 设好的卷扬机和横移地锚,通过滑轮组并使钢丝绳与沉箱相 对应的四角拉点相连接并使之受力,之后于沉箱底部各工字 钢支垫的分隔舱中布设橡胶气囊。之后,拆除原预制沉箱平 台的底支垫工字钢,横向位置支垫于气囊的分隔位。最后, 将气囊逐条放气。至此,沉箱的出坑准备工作就绪。(2)气囊的选用 (详见下表2)施工选用的气囊详见下表2,气囊的布设及其受压横断 面详见下图2。表 2 选 用 气 囊 的 参 数
名称规格m数量总承载长度总承载面积额定压强工作压强华力
气 意 1 × 1 2 5 条 5 8 . 2 5 m54.87m⁴0.35Mp:0.17Mpa947T
图 2受压气囊横断面示意图
3. 沉箱出坑及及气囊的选用沉箱的出坑主要是通过通过横移施工工艺实现。在沉箱 四角拉结点连接受力后,对气囊均匀充气,当沉箱被平稳顶 升并完全脱离原支垫的枕木时,拆除原有的支垫枕木,施工 总负责人通过高频对讲机指挥,沉箱四角所布设的四台卷扬 机同步启动,通过横移,使沉箱沿着垂直于预制场的横向方 向匀速移动。沉箱在出坑横移的移动过程中,不断地将预备 气囊或沉箱尾部滚动出来的气囊,倒接入沉箱移动的头部方 向下,同步刹车并停止牵引系统的工作。同理,在沉箱底部 四周分别支垫上已备好的枕木,并在气囊均匀放气后使沉箱平稳座落于枕木上。气囊作用的安全移运高度同理考虑 H=40cm 。 因此,沉箱出坑施工同理是安全可靠,气囊的选 用等同,详见表2。4. 沉箱的出运及气囊的选用气囊的选用,考虑到材料的综合周转和重复利用,降低 施工成本,在满足安全的条件下,高压气囊的选用详见如上 施工分析,采用等规格的施工高压气囊。气囊作用的安全移 运高度同理考虑H=40cm 以抗倾覆等。其施工选用的气囊及 参数,详见下表3。表 3 选 用 气 囊 的 参 数
名称规格m数量 总承载长度总承载面积额定压强工作压强举力
气意1×126条59.28m55.84m¹ 0.35Mpa 0.17Mpa 947T
四 、沉箱的上驳过程概述1. 当沉箱经出运通道移至上驳平台后,将“后牵引的定 滑轮”改锚于离该沉箱最近的地锚上,“前牵引”改用半潜 驳上的卷扬机连接;2. 将沉箱上驳所需的气囊按施工要求的距离摆放好后, 收紧“后牵引”,并对气囊充气使其达到“顶升施工”所需的 充气量的一半止后,等待潮水并使半潜驳的甲板面能与出运码头面顺接时再进行沉箱的上驳;3.把沉箱上驳后的支垫枕木整理好并整齐摆放在半潜驳 船的四周边备用,检查并完成其他需准备的所有准备工作;4. 测算并根据潮水的涨退潮情况,当半潜驳船甲板面即 将顺搭接上出运码头面时,开始对气囊进行充气,水手及岸 上起重工配合摆放使码头面与驳船甲板面顺搭接的钢板;5. 当半潜驳船甲板面与码头面搭接时,检查确认各准备 工作就绪和安全后,指挥沉箱匀速移动并上驳;当沉箱到达指 定位置后,指挥长指挥四合卷扬机同步刹车停机,在确认所有 枕木支垫完成和牢靠后,指挥充气工同时对各条气囊均匀放 气,使沉箱平稳座落在支垫枕木上并确认安全;然后指挥卷扬 机同时松绳并解开钢丝绳,再拆除滑轮组、拉杆护角、码头搭 接钢板和沉箱底部气囊等;最后,再次检查确认各项工作就绪 和安全后,半潜驳退离码头驶往工程所在地安装沉箱。五、移运牵引系统的保证1. 以本工程最大型 CX3沉箱重量916t计算,气囊滚 动时与地面的摩擦系数μ=0.03。沉箱移运的水平前牵引力 F1=μG-0.03×916t=28t;2. 所有地锚各取50t, 前后各使用两台卷扬机作业,单 台卷扬机的牵引能力均为 F2=8T,每组滑轮组穿 n=4 道钢丝绳;则单台卷扬机的牵引能力ZF=F2×n×ŋ=(8t×4)×0.9系数=28.8t*F1=28t, 满足使用要求;钢丝绳配套;3.所有牵引机具都采用含3.5倍以上保险系数的国标产 品 ;4.牵引系统是安全可靠的,牵引速度控制在2~3m/min 左右。六、供气系统气囊采用2台排气量为6m³ 的空压机,多管道空气分配 阀、两边1根高压管可保证对气囊的同时充气,保持气襄气 压的一致,满足施工要求。七、节点控制、应急、风险分析1. 成立项目施工负责制(即:项目总指挥负责制),所 有参与作业人员齐心协同,以确保整个施工过程的安全。设 专职安全工程师,负责整个施工及其过程的安全、警戒,配 备安全协作员。2. 清除沉箱移运通道上所有的障碍物和尖锐物,气囊通 道地面的承载力不小于20t/m²。气囊在移运过程中有被尖 锐物刺伤划破的可能,但是由于沉箱底面与气囊接触的而积 较大,气囊在移动时的工作压力较小,故不会发生触地和倾 覆。3. 沉箱在移动中有走偏的可能,可通过调整气囊的摆放 角度,或利用两侧卷扬机启动时间的先后顺序、或运行速度 来纠正偏差。4. 保证沉箱外侧墙的强度,底部周边做倒角(半径 20mm) 处理,并保持表面的光滑。5. 风力大于5级、大雨、雾大、浪大时应停止作业, 保证出运施工视线的开阔良好。6. 为确保工程施工安全,配备备用空压机、卷扬机及发 电机一台,以备作业时的应急之用,各机电设备工作时都须 有专人监护、巡视,特别是牵引系统和气囊的充、放气工作 的监护和巡视。7. 仔细检查所有机电和机械设备的质量安全可靠性,所 有牵引及配套设备均采用国标标准的设备,具有2~3.5倍的 保险系数。检查预埋拉环完好性。8. 在沉箱的移动和出运通道的两边,应堆放应急的支垫 枕木, 一但出现意外,立即原地进行支垫枕木的应急施工处 理 。八、结束语气囊移运技术,已经受了越来越多工程项目的考验,证 明了其施工的安全可靠性和工艺技术实用、可行性。同时, 由于气囊是种柔性材料,携带及采购方便、可重复利用、对 场地适应性强、可充分利用场地进行施工、经济便宜、操作 简便且对操作人员的技术要求不高等优点,已得到了人们的 青睐和广泛应用。
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