太平岭核电码头沉箱设计优化及气囊出运方案探讨

永泰长荣

广东太平岭核电厂借鉴其他项目成功安装大型构件的经验反馈，充分考虑利用项目所在位置自然条件优势及所建工程主体结构形式特点，对重件码头沉箱进行结构尺寸、预制施工选址、出运安装工艺进行优化。工程实践表明，该方法经济合理，满足工程进度、质量、安全和成本控制要求，可为类似工程提供参考和经验借鉴。


一、工程概况
1．实例项目简介
广东太平岭核电厂位于广东惠州惠东市黄埠镇，厂区内一期海工工程由重件码头、取水明渠东防波堤、取水明渠西防波堤、临时内护岸等单位工程组成。重件码头位于取水明渠东防波堤中段西侧，泊位位于取水明渠内，主尺度控制船型为 3,000DWT 杂货船，兼靠 3,000DWT 甲板驳。码头泊位总长 138.0m，为重力式沉箱结构，码头平台宽度 50.0m，码头面顶高程 6.0m。码头前沿中间位置设置 650t 固定旋转起重机 1 台。
2．工程背景
太平岭核电厂项目重件码头沉箱原设计为 10 件2,000t 级沉箱。按传统施工方法，沉箱于预制场预制完成后，通过气囊于陆上纵横移动沉箱至出运码头，沉箱趁潮位差进行装船，再由半潜驳运至项目现场、方驳协助定位安装。
项目现场邻海场地面积受限，且天然水深条件较浅，无法满足半潜驳作业吃水要求，现场建设沉箱预制场可行性小，故需选择场外专业沉箱预制厂。项目邻近地区符合要求的专业预制厂中，结合工程经验、距离等因素，最优选择为东江口预制场。东江口预制场位于东莞市麻涌镇大盛村，距项目现场运距约260km。半潜驳运输单次运输单件沉箱至项目现场需耗时 2d。
二、同类工程项目类比
邻近地区汕尾市陆丰核电厂项目重件码头吨级采用3,000t 级，设计船型为 3,000t 级杂货船，兼靠 3,000t甲板驳。码头泊位总长 138.0m，为重力式沉箱结构。码头前沿中间设置 900t 固定式全回转起重机 1 台。陆丰核电厂重件码头基础采用 31 件沉箱，最重型号的沉箱为 496t。沉箱于厂区内选择临海位置建设预制场进行预制，使用 SPMT 设备（自行式模块运输车）对沉箱进行陆上装载运输、纵横移至临海侧，再由起重船直接起吊、拖运至码头区域安装。
三、沉箱设计优化方案
太平岭核电厂重件码头结构形式、泊位长度、设计停靠船型与陆丰核电一致，陆丰核电沉箱为 500t 级即可满足设计要求，太平岭核电原定沉箱设计则为 2,000t 级。对比 500t 级沉箱，2,000t 级沉箱在预制和安装的施工过程中受限制相对较多，主要体现在以下几点：
（1）受沉箱体积和出运方式影响，对其预制及存放场地要求高，主要体现在地形、面积、出运条件等方面。
（2）预制沉箱周转次数较少，单次作业浇筑量较大，需投入更多人力、材料、机械设备，如增加了钢模板用量、提高了起重设备性能要求等。
（3）出运和安装沉箱所使用船机性能要求高，市场资源匮乏。
由此可见，太平岭核电码头沉箱吨级存在优化空间，
具体表现为：
1．预制场选址
太平岭核电取水明渠东防波堤、重件码头和临时内护岸作为一个工作面整体统筹考虑进行施工，可利用核电厂区内推填护岸所形成的陆域作为沉箱预制场地。根据核电厂整体工程节点要求，海工工程于 2017年 10 月 30 日开工，东防波堤和临时内护岸同步推填施工。重件码头开工节点为 2018 年 5 月 30 日；沉箱预制于 2018 年 11 月~2019 年 1 月完成；沉箱安装于
2019 年 2 月~2019 年 3 月完成。根据施工进度计划安排，沉箱预制时，临时内护岸已完成第一层推填。根据项目海域潮位和临时内护岸断面结构形式，分层推填标高为+4m，形成后方陆域面积约 24,000m2。
基于以下几点，本项目考虑选择于临时内护岸建设沉箱预制场：
（1）临时内护岸背靠烟墩岭，沿天然礁石推填而成，
地基良好。堤心石为1~300kg 开山石，采用500~800kg


块石护坡，坡度1:2。作为沉箱预制场基础，承载力和 边坡稳定性满足要求网。
(2)已推填的东防波堤位于临时内护岸东南侧，对  临时内护岸起掩护作用，临时内护岸受风浪冲刷影响小； 沉箱预制计划工期处于非台风季，项目海域风浪条件好， 不对预制场构成威胁。
(3)临时内护岸至重件码头大部分海域位于取水明 渠港池及航道疏浚区，设计疏浚标高满足安装沉箱船舶 通航要求。经扫海测量，设计疏浚区域以外海域天然水 深条件较好，沉箱出运航道额外疏浚成本较低。
(4)临时内护岸形成陆域面积广阔，满足建设沉箱 预制场需求，不需增加场地租赁成本，且与临时内护岸 计划工期相适应，满足重件码头工期目标的同时不影响 临时内护岸施工。
(5)临时内护岸距离重件码头沉箱安装点约500m (按中点计),沉箱运输距离短。
如图1所示为项目现场施工环境。

图1  项目现场环境
2. 沉箱安装工艺选择
沉箱传统施工工艺为：2,000t 沉箱出运采用气囊搬运、 卷扬机牵引及遛尾的工艺；运输、安装采用半潜驳配合拖轮 施工(以下简称旧方案)。
太平岭核电项目从成本、安全、进度方面进行分析，结 合项目施工场地，拟优化沉箱设计为1,000t 级，采用1,500t  起重船直接吊装沉箱(以下简称新方案)。新方案根据优化后 沉箱及预埋件重量、起重船起重性能表，规划各个型号沉箱 预制位置，按照规划建设沉箱预制场，做到规划精细化。根 据起重船吊钩和沉箱平面尺寸定制“可调式起重定位架”,优 化了传统吊装架的复杂设计和加工制作，实现架体仅承受较 小的水平分力，降低变更吊具频次，减少了施工辅助环节。
(1)成本控制方面
计算原则：以最终图纸为准推算沉箱混凝土用量，钢筋 用量u≈1.9;       单价参考类似项目单价计算。
旧方案与新方案造价差异主要在以下方面，具体对比见 表1。
1)预制造价
旧方案：2,000t级沉箱(10件)混凝土总量约6,500m³,  费用约610万元；钢筋总用量约1,230 t,  费用约670万元。 合计造价1,280万元。
新方案：1,000t 级沉箱(16件)混凝土总量约5,200m³,

费用约490 万元；钢筋总用量约1,000 t,  费用约550万元。 合计造价1,040万元。
2)运输、安装造价
旧方案：2,000t 级沉箱(10件)计划于东江口预制场 预制，半潜驳出运安装，单件沉箱费用为55万元，合计造 价550 万元。
新方案：1,000t 级沉箱(16件)于临时内护岸起吊， 运输至码头安装，单件沉箱费用约36万元，合计造价576
万元。
表 1      造 价 对 比 表

类刚	插制费用(万无)	出迹，安装费用(万元)	合计(万无)
明方重	1.28D	590	1.830
新方章	1.040	576	1.616

综上所述，新方案总造价较低，项目效益更优。
(2)进度控制方面
旧方案：2,000t级沉箱共10件，半潜驳工效为1件/3d, 工期共30d。
新方案：1,000t 级沉箱共16件，起重船工效为1件/d, 工期共16d。
综上所述，新方案工效大于旧方案，能有效缩短工期。 (3)质量控制方面
1)新方案使用起重船吊装沉箱，沉箱离岸、拖运、安装 过程中保持稳定，不易与邻近构件碰撞，有利于成品保护；
2)新方案中，起重船可通过带中锚小幅度调整船位和摆 向，有利于提升沉箱安装速度、减小沉箱安装误差。
(4)安全风险方面
1)按旧方案工艺，沉箱需采用气囊陆上搬运，沉箱搬运 过程中人员需穿插作业，气囊爆裂为主要危险源。新方案使 用起重船直接起吊沉箱，规避了此危险源；
2)旧方案中沉箱使用半潜驳由预制场运输至项目现场， 运输耗时长，自然条件对运输影响大，存在安全不稳定因素  多。新方案中沉箱运输路程仅500m,   且运输航道海域已形  成掩护，风浪条件好，极大降低了运输风险。
3)旧方案使用半潜驳安装沉箱，需多个人员站立于沉箱  上监测沉箱实时动态。沉箱沉放过程中，人员落水风险大。  新方案使用起重船吊装沉箱，沉箱以摆正姿态沉放、稳定入  水；且因运距短，可于沉箱前沿安装固定GPS  仪器动态监测， 沉箱安装到位稳定后人员方上沉箱顶复测。
三、结束语
综上所述，通过太平岭项目码头工程沉箱结构的思路调 整以及其实施的效果对比可得：在满足设计要求的同时，充 分调研项目特点，结合施工经验，发挥各方优势，合理化变 更有利于设计落地，实现项目提效增益。






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