气囊助浮方法在沉箱溜放、拖运中的应用
用气囊助浮法溜放沉箱下水可以在不配备半潜驳设备的情况下，利用既有预制厂的条件，完成 预制厂下水滑道尾端水深受限制的大吃水沉箱的溜放和拖运。文中以大连港新港改扩建二期15#、16 #泊位水工工程为例，介绍了采用橡胶气囊助浮沉箱下水溜放、拖运的新工法，阐述了气囊助浮沉箱的 原理，探讨了气囊助浮沉箱的浮游稳定计算方法。Abstract:Towing and launching of caissons with floating gasbag is a new technology of construction.According to theprinciple of buoyaney,the floating gusbag tied with the caissons is used to reduce the draft and make the possible of launching caissons without the semi -submersible barge.It avoids disadvantage factors such as longtime limit for a pro-ject,high cost and uncontrollable quality.Taking the example of No.15 and No.16 berths in Dalian New Port,the new technology of towing and launching of caisons with floating gasbag is introluced in this paper.The method for calculating the buoyant stability of box caisson in floating condition is discussed.It gains experience intowing and launching of cais-sons and has great value in application and social benefits.Key words:gasbag;caisson;launching;towing
近年来，由于深水泊位建造的需要，不断出现“细高型”大吃水的沉箱。但预制厂滑道末端有效水深按-10.3m 及乘潮水位3m 计算，只可溜放吃水在13m之内的沉箱。若吃水超过13m,沉箱将无法正常起浮。 在这种情况下，过去往往采取在预制厂台座上沉箱不完全预制成型到顶，需到水上用二次接高的办法，来完成沉箱的整体预制。为了解决沉箱吃水深、滑道末端水深相对较浅这个难题，经过市场调研，并借鉴打捞沉船的经验，经过精心计算和技术论证，选用了气囊助浮溜放沉箱的方案并获得成功，解决了这个难题，使得预 制厂的使用功能得到充分发挥。
用气囊助浮沉箱，就是利用气囊所产生的浮力，来抵减沉箱的部分吃水深度， 一般可减少吃水2~3 m, 利用现有的斜坡滑道，而不必使用半潜驳设备即可完成大吃水沉箱的整体溜放与拖运。
在我国南方部分港口地区采取过利用气囊进行浮运和沉箱的搬运工艺，但以气囊助浮沉箱溜放下水、出 运则在国内、外尚属首次。此技术的应用既节省了工程造价又为沉箱溜放工艺提供了一项新的工法。
1 浮游稳定计算
1.1 沉箱浮游稳定性计算
(1)沉箱浮游稳定性计算公式。按规范规定沉箱靠自身浮游稳定时须满足的条件：定倾高度m≥0.2m (近程浮运)。定倾高度按下式计算:
m=p-a
式中：m 为定倾高度(m);p 为定倾半径(m),p=(1-2i)/V,1 为沉箱在水面处的断面对纵向中心轴的惯性 距(m⁴),V 为沉箱的排水体积(m³);a 为沉箱重心到浮心距离(m)。
(2)B型沉箱浮游稳定性计算。B 型 沉箱浮游稳定性计算见表2(2)。
1.2 采用气囊助浮前后技术数据对比
1.2.1采用气囊助浮前后浮心、重心变化 采用气囊助浮前后浮心、重心变化如
表1 15#、16#泊位码头B型沉箱参数
Tab.1 Parameter for model B of No.I5 and No.16 berths
沉箱长度/m
11
前壁厚/mm
450
后壁厚/m
450
沉箱宽度/m
9
侧墙厚/mm
450
隔墙厚/mm
200
沉箱高度/m
18.8
趾宽/mm
1500
趾高/mm
700/800
底板高/mm
800
牛腿宽/mm
300
牛腿高/mm
500/300
横舱格数
2
纵舱格数
2
表 215#、16#泊位码头 B 型沉箱气囊法拖运浮游稳定计算
Tab.2 Calculation of buoyant stability of caisson for model B of No.15 and No.16 berths
序号
项 目
压水前
未采用气囊稳 定压水2 1 m
采用气囊稳定 压水1 5m
2
沉箱总重/kN
沉箱总排水体积/m²
13411.59
1308.45
15134.24
1476.51
13453.77
1312.56
3
沉箱吃水/m
12.51
14.20
12.55
干舷高度/m
6.29
4.6
6.25
4
沉箱重心高度/m
7.49
6.94
6.47
5
沉箱浮心高度/m
5.95
6.79
6.47
6
沉箱重心至浮心距离/m
1.54
0.15
0.19
7
沉箱在水面处断面对纵轴的惯性矩/m²
668.25
668.2
668.25
8
舱格内压舱水水面面积对纵轴的惯性矩/m⁴
101.69
101.69
101.0
9
沉箱定倾半径/m
0.43
0.38
0.43
10
定顿中心高度/m
-1.11
0.24
0.24
1.2.2施工中压水高度的选用
通过对大连港新港改扩建工程15#、16#泊 位B 型沉箱采用气囊助浮后的浮游稳定性计算 (表2)可以看出，采用气囊助浮后：B型沉箱稳定 吃水为12.55 m, 减少吃水1.65 m, 减少压水0.6 m,气囊助浮力为136.30 t。
在实际应用中为了保证沉箱起浮的稳定性采 用了较为保守的压载水，实际效果为：B 型沉箱四 舱压水1.8 m, 稳定吃水为12.78 m,定倾高度为 0.42 m。满足了本沉箱预制厂吃水限制的下水水 深条件要求。
2 气囊助浮溜放沉箱下水工艺 2.1 工艺流程
溜放前准备→穿拉带、连接气囊→气囊充气 →沉箱注水压载→沉箱起浮→调整平衡→沉箱脱 离斜架车→沉箱拖运到指定地点→拆除气囊→收 回气囊→沉箱注水沉放到位。
2.2 工艺操作规程
(1)水上船机设备及物品准备。将助浮气囊、 充气管等设备，拖轮、民船等船只做好准备，确保其符合各项设计要求和工作状态良好。
注：z, 为沉箱浮心高度(m),Zc 为沉箱重心高度(m);2w’为助浮后沉箱浮 心高度(m);Zr’为助浮后沉箱重心高度(m)
图 115#、16#泊位B 型沉箱气囊助浮前后浮心、重心变化示意图
Fig.1 Chang of floating point and center point
for model B of No.15 and No.16 berths
(2)陆上准备。将沉箱横移出平台，纵移到塔吊的工作范围，气囊拉环焊接在沉箱的预埋铁板上。先将 气囊充气至0.1 MPa,然后用塔吊将气囊吊至指定位置，将拉带穿过沉箱外壁上的拉环把气囊固定住。将8 条气囊(底层4条气囊直径为2.5m,第二层气囊直径为2m)安装完毕后检查沉箱封仓盖板是否盖好，各进 水孔、过水孔、螺栓孔是否正常，确认后挂好软梯。将沉箱纵移到斜架车上，准备溜放。将2台6m³ 空压机 及相应长度的风管备好，置放在民船上待用。
(3)水上准备。当天气、潮位、风浪都符合溜放要求时，将空压机风管用浮漂拴好待用。用民船在沉箱起 浮的位置向四角方向下四口锚，下锚距离约为100m。锚缆端头拴好浮漂待用。相关施工人员在民船上穿 好救生衣待命。
(4)沉箱注水压载、连接气囊。准备就绪后，起重人员按照技术员提供的压水数据进行压水。在沉箱注
水的同时，民船靠近沉箱将风管通过快接插头与气囊各充气口连接，通过连通的气压表检测底层各气囊内的 气压控制在0.1 MPa左右；同时调整各拉带的位置。检查各条拉带均匀拉紧，位置正确，卡环拧紧，气囊没有 漏气。将四角锚缆拴在沉箱顶面吊环上，每条缆绳安排2人看护，随沉箱移动收放缆绳。
(5)沉箱起浮。认真检查各气囊的充气情况，检查风管、压力表、拉带工作状态。复核沉箱的压水是否准 确。确认一切正常后，继续向下溜放沉箱至沉箱起浮。沉箱起浮后，可能因为各种因素产生沉箱偏斜，沉箱 的一个或两个角还在斜架车上，这时，可通过调整各个气囊气压来调整沉箱的平衡。调整气囊气压时，应注 意先给高位的气囊少量的放气，再给低位的气囊充气。由于气囊所产生浮力的力臂较大，所以采用给气囊 充、放气的方法，改变气囊的浮力力矩来调整沉箱的偏斜，灵敏度较高，方便、快捷、准确。
(6)沉箱吊浮及储存。沉箱调整平衡后，确认其四角已全部浮起，将下风缆松开，使拖轮在下风面靠近沉 箱，将缆绳栓在沉箱一角的吊环上，或下围缆再用拖轮将沉箱拖至吊浮点或储存场处，将斜架车拖回岸边。
(7)沉箱拖运。带气囊沉箱起浮后绝不能在浮运区和储存场拆卸气囊，必须连同气囊一起拖运至安装地 点，直接安装沉箱。
(8)气囊的拆卸。沉箱到达安装现场，用锚缆及拖轮将沉箱定好位，潜水员下水将气囊放气并留有少量气体，打开拉带扣，此时气囊里残存的少量气体足以使气囊漂浮在水面上，待拆卸完毕后，可将气囊连接好， 再用民船将气囊拖回岸边收好。打开注水阀门，可将沉箱坐落在定好位的基础上。
3气囊助浮工艺要求
(1)施工前对所有作业人员进行技术、安全交底。
(2)计算数据须经两人复核，并经主管领导审查、批准后方可实施。
(3)气囊在使用前，要严格检查各个部位及配件的质量均完好，发现问题，立即报告。
(4)拉带要平整地缚在气囊上，确保气囊受力均匀。
(5)4条气囊应同时均匀充气，气压控制在0.1 MPa左右。
(6)气囊在使用过程中，应防止被利器扎、割损伤、漏气。
(7)拉环焊接必须符合质量要求，外边缘必须修整、磨边。
(8)沉箱拖运过程中随航专用民船装载充气设备护航，确保气囊拖运过程中可随时补气。
4 结论
经过采用气囊助浮的新工艺，使得大连港新港改扩建二期15#、16#泊位沉箱的溜放工作得以顺利完 成。本施工方案已获大连港集团科技进步一等奖。初步估计直接经济效益达500万元以上，更为重要的是 采用气囊助浮作为大吃水沉箱溜放的一种新工法，有着广泛推广的实际意义，也具有一定的社会效益。
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