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随着我国综合国力的提高和融入世界进程的加快，港口建设快速蓬勃发展， 码头建设越来越朝大泊位、深水泊位方向发展； 同时， 与之相适应的沉箱也逐渐 向大型化发展，沉箱尺度规模越来越大，沉箱的自重、跨度和体积也越来越大。 这些大型建筑构件的安装与运输就成为一个越来越迫切解决的问题， 特别是大型 建筑构件的陆上搬运需求就越来越迫切。这些港口用建筑结构件沉箱的自重大、 体积大、跨度大、高度高， 无疑对陆上搬运技术提出了更高更严格的要求， 因此， 大型建筑结构件气动搬运系统的研究对加快我国港口的现代化进程， 具有十分重 要的现实意义。 随着生产工艺和要求及设备制造业的发展， 出现的这些大型甚至超大型的建 筑构件， 由于现场条件的局限， 设备的重量远远超出了常规起重设备的额定承载 能力，因此气动提升装置在这方面突显优势，在吊装市场占有重要地位。 气动技术是流体传动及控制技术的一个重要分支。近年来， 随着工业的飞速 发展， 在工业自动化领域机电一体化技术得到了广泛应用， 随着工业自动化程度 的提高，气动技术以其成本低廉、工作效率高、干净且不污染环境、节约能源、 使用和维修方便、对环境要求不高等一系列优点， 己在各个领域得到越来越广泛 的应用， 气动技术已经成为当今实现自动化的重要手段之一。气动搬运设备是液 压系统的延续和发展， 陆上水平移动系统由滚动气囊和卷扬机组成， 气动提升设 备由超高压气囊集群组成， 比液压系统技术更经济、 更环保， 是超高超重设备吊 装的重要工具之一 。气动搬运设备的起重搬运能力可达数千吨级，常用于超重、 超高、大跨度的构件安装。其主要工作特点： (1)起重量不受限制，通过气动提升系统的扩展组合，能满足千吨级甚至万
吨级构件的吊装。 (2)同步控制，安全受控。 (3)可操作性好，气动提升系统体积大，重量轻。 (4)顶升过程平稳，无附加冲击载荷。 (5)对起重搬运的基础要求低，特别适合临时预制场的工程。 (6)有利于保护建筑构件，采用分布荷载，避免了液压起重的集中载荷。 气动顶升搬运系统的关键技术是气囊制造技术以及同步控制技术， 其发展经 历了气囊出运、气囊顶升及同步顶升搬运阶段， 目前发展成为连续式同步顶升搬 运控制技术。系统实现完全同步控制、负载均衡、姿态校正、操作闭锁、过程显 示等工作， 大大提高了工程实施的安全可靠性， 保证工程质量。这类装置不仅在 船舶建设工程中， 而且在国内港口工程建设中也发挥着重要的作用， 例如中港四 航局第一工程公司东江口预制厂 2212t 沉箱搬运如图 1－1 所示， 3000t 广顺号油 轮下水如图 1－2 所示。因此，大型建筑构件的陆上顶升搬运需求量大，特别是 我国北方地区的许多港口、 防潮坝建设需要大量大型建筑构件， 同时， 由于这些 港口属于沉积土质， 易沉降， 这就加大了对气动顶升搬运系统的需求， 其应用前 景良好。 图 1－1 中港四航局第一工程公司东江口预制厂 2212t 沉箱搬运
图 1－2 3000t 广顺号油轮气囊下水
1.2 我国大型构件常用陆地上的顶升搬运方法
1.2.1 千斤顶顶升大型构件
中港第一航务局第五工程公司在秦皇岛港煤四期码头工程中对长 26.26m、 宽 9.92m、高 18.5m，的超长沉箱，采取在陆域进行预制、溜放和水上接高的方 法施工。使用 10 台 500t 油压千斤顶，东西两侧对称，每侧各布置 5 台，顺利进 行了此超长沉箱的顶升作业。莆田八重洲饲料有限公司商住楼顶升平移施工， 顶 升要求受力梁规格大强度高， 由基础梁承受结构荷载。天津港北大防波堤一期工 程采用 4 台专用的 100t 千斤顶放入顶升槽内进行支顶半圆体结构。千斤顶顶升 工艺即预先在预制台座上布置千斤顶基础， 然后设置顶升沟槽， 大型构件预制完 成后从顶升沟槽放置千斤顶， 利用千斤顶将沉箱顶升。大型构件一般需要使用多 个数百吨的千斤顶，地基处理需要采用强夯、加大的基础，造价高，地基处理时 间长。在沉箱顶升过程中， 诸如需要人员钻入地沟， 放置千斤顶时位置必须准确， 顶升时各千斤顶操作必须同步、顶升过程时间长等，操作起来比较繁琐。
1.2.2 采用轨道滑车出运沉箱
轨道滑车施工工艺是比较传统的施工工艺，如图 1－3 所示，已经有几十年 的历史， 有着成熟的施工技术， 如： 中港第一航务局第五工程公司在秦皇岛港煤
四头工程中对长 26.26m、宽 9.92m、高 18.5m 超长沉箱， 采取轨道与纵横移结合 的出运工艺。横移车乘载沉箱的全部重量， 轨道应满足横移车的线荷载， 由力矩 平衡和虎克定律可知： 根据横移车的线荷载决定沉箱在平台上的最制高度。实现 沉箱横移需要配置如下设施： 预制平台： 20m×20m 平台共 8 个； 吊机： DQM540/30 型 2 台，吊力 10t(变幅 18－37m)； 横移车：两列，自重 23.5t/列，中心轨距为 8m； 纵移车：两列自重 26.18 t/列，中心轨距为 9 m； 斜架车： 一架.限重 2000t； 绞车： 30t 绞车 2 台， 10t 绞车 2 台； 电绞盘： 5t， 1 台； 油压千斤顶：顶力 500t， 10 台。 可以看出采用轨道出运大型构件存在如下缺点： (1)该工艺需要设置轨道梁、钢轨、平移滑车等设备，投资费用高，往往为 单位所不能接受，在投标中也处于不利地位。 (2)钢轨、滑轮、沉箱全部为刚性接触，很容易产生不均匀受力，设备损坏， 需要经常检查更换。 (3)对轨道水平平面要求高，在使用过程中维修率高，需要定期对轨道梁翻 修。 (4)沉箱上浮船坞时对搭岸结构的要求高，限制了所使用浮船坞的船型。 (5)对沉箱预制适应性不强，如平面尺寸变化、沉箱重心发生变化等，都需 要对预制厂及相应设备进行相应调整。
图 1－3 轨道式出运大型建筑构件 1.2.3 采用高压气囊搬运大型构件
采用顶升平移法整体搬迁 2000 m3 自重 60t 的大型拱顶油罐，大型油罐的技 术参数如下：油罐高 14.3m、直径 14.5m、罐的上部壁厚 6mm，罐的中间壁厚 8mm，罐的下部壁厚 10mm，罐底板的厚度 8mm，材质为 Q235－A。在上海东 方明珠广播电视塔刚天线桅杆、北京西客站主站放钢制门楼、北京首都机场四机 位机库的网架屋顶以及 6000 吨上海大剧院钢屋架等工程中，这些大跨度钢珩架 结构采用滑移法整体提升技术， 并且采用脉宽调制方法实现同步控制。采用气囊 搬运大型沉箱、实现船舶上排与下水、克服了以往中小型船厂修造船能力受制于 固定式下水滑道的弊端， 发展成为极具灵活性的下水技术， 可节省大笔修造大型 船舶下水滑道的资金。由此可见，大型构件的顶升搬运可应用于各个行业。
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