坐底半潜驳出运沉箱工法

1、 坐底式半潜驳出运沉箱工法1前言我国南方地区没有大型沉箱溜放滑道设施，历史上所采用的沉箱多在1000吨以内，采用起重船装驳船运输和安装工艺。而北方地区沉箱溜放滑道设施对预制场的选址要求较高，为适应近年来码头深水泊位及沉箱大型化发展趋势，摆脱大型沉箱下水出运对大型起重船和深水出运航道的依赖，有利于对沉箱成品质量的保护。中交第一航务工程局有限公司自2002年10月开发了坐底式半潜驳出运沉箱的工艺装备，并成功应用于广州港南沙港区、广西钦州燃煤电厂七万吨级卸煤专用码头等工程的沉箱出运，完善了坐底式半潜驳出运沉箱施工规程，目前，我局共拥有7艘坐底式半潜驳，其中3000t举力3艘、4000t举力2艘、50

2、00t举力1艘、5600t举力1艘，广泛应用于除原建的滑道预制场周边地区以外的重力式码头工程的沉箱出运施工中，该工法被证明是一项行之有效的施工工法，代表了目前沉箱出运施工的先进水平。本工法的关键技术获2005年度中交集团科学技术进步奖二等奖，坐底式半潜驳成果通过了天津市科委组织的科技成果鉴定，整体水平达到国际先进，并获得了国家实用新型专利（专利号：200420028484.2）2工法特点与传统滑道溜放、直接拖带的沉箱下水、出运工艺相比，本工法具有适应性强、对水深条件要求低、对环境影响小、安全可靠、节省投资等特点。2.0.1半潜驳吃水一般只有沉箱吃水深度的1/4，对水深条件的要求大大降低，能够适

3、应于更广大的地区。2.0.2半潜驳坐底所需水下基础可做临时基础，不但基础长度只有滑道长度的1/31/4，减小了对水域环境的改变，且完工后可挖除以恢复原来的地形地貌，消除对环境的影响。2.0.3采用本工法较沉箱水上直拖，大大提高了施工的安全性。2.0.4沉箱纵移上船施工过程安全平稳，减少了长航拖运时沉箱预埋拖环（或下围缆）封仓等工序，拖航时航速快（较沉箱水上直拖提高60%）,大大提高施工效率。该工法适用于各种类型沉箱出运，特别适用于不具备沉箱溜放滑道及起重能力不足、或天然水深条件不满足沉箱直接拖带条件下的大型沉箱下水出运。4工艺原理坐底式半潜驳出运沉箱，需要根据工程项目沉箱的尺寸、自重和浮游稳定

4、吃水以及出运半潜驳的各项性能参数，结合当地航道、潮汐和水文地质条件，建造配套的沉箱预制场、出运码头、半潜驳坐底坑和水工现场下潜坑。本工法所用半潜驳视为可坐底的浮船坞，其工艺原理为：4.0.1拖轮拖带半潜驳准确驻位坐底坑并坐底、半潜驳轨道和陆域轨道对接，利用台车移动沉箱上半潜驳并加固。4.0.2利用浮船坞的功能，沉箱上半潜驳后起浮，拖轮沿航道拖带半潜驳至水工现场下潜坑，坐底式半潜驳下潜到沉箱起浮。4.0.3沉箱靠自身浮游稳定，漂浮后由拖轮拖离半潜驳至水工现场或沉箱储存场存放。图4-3装载沉箱的半潜艺流程及操图作作要点下潜至沉箱漂浮后由拖轮拖离半潜驳5.1施工工艺流程图图5.1坐底式半潜驳出运沉箱

5、工艺流程图5.2操作要点5.2.1施工技术和场地设施准备工作1、根据工程项目沉箱的尺寸、自重、空箱重心高度，调查预制场至水工现场的航道宽度和保证水深，综合考虑拖轮吃水和半潜驳的各项性能参数,确定采用半潜驳出运沉箱工艺的可行性；结合当地运输途径上潮汐、波浪和气象条件，验算运输沉箱过程中半潜驳的稳性。2、对沉箱下水、安装等施工过程进行浮游稳定验算，结合水工现场潮汐、波浪和气象条件，确定沉箱吃水和压载。3、按照设计出运工艺要求，建造配套的沉箱预制场、出运码头、半潜驳坐底坑和水工现场下潜坑，设置配套的工艺设施。5.2.2坐底式半潜驳驻位与预制场纵移道钢轨对接1、在每次坐底式半潜驳驻位坐底之前，潜水员进

6、行水下检查，清除水下杂物，确认承重梁无异常，保证坐底式半潜驳船体的安全。2、坐底式半潜驳驻位、坐底过程：由拖轮将坐底式半潜驳拖至坐底坑外抛后锚，将半潜驳两前缆带到码头系缆桩上，并将陆上卷扬机带到半潜驳前中桩上（牵牛缆）；1）坐底式半潜驳及陆上卷扬机收紧两根前缆及牵牛缆，松两后锚缆，直至半潜驳顶靠码头并粗略调整船位，然后由现场起重、测量指挥船上、陆地同时绞船定位；利用前后锚机调整半潜驳前后左右位置，使船上轨道与陆上轨道对正；2）纵向移船靠陆上卷扬机收放牵牛缆并同时收放船艉八字锚缆来实现，纵向定位由码头护木限定，船艏与护木靠实挤紧即可；横向移船通过收放艏艉交叉缆和八子锚缆来实现，横向位置由经纬仪测

7、控（或对位装置）；3）半潜驳注水下潜，采用自然进水方式，各压载舱均匀进水，液位可根据四角吃水进行适当调整；下潜过程中，测量人员用经纬仪观测半潜驳艏艉定位点的偏差，指挥人员据此指挥操作人员随时调整船位，要随着船舶的下沉随时收紧锚缆，防止船舶前后及左右移位；陆地用牵牛缆调整至误差在允许范围内（艏部轴线偏差2mm、艉部轴线偏差GOmm）,半潜驳各缆带紧继续注水直至船底平稳座落在水下基础梁上，带好系泊缆；3、短轨安装及轨道检查1）坐底式半潜驳驻位下潜坐底后，沉箱上驳前，利用特制短轨将陆地与坐底式半潜驳钢轨连接起来，2）如坐底式半潜驳就位后，沉箱不能马上上驳，不能连接短轨，在沉箱上驳后，要及时将短轨卸下

8、来，防止涨潮时破坏轨道。5.2.3台车横纵移动沉箱上半潜驳1、勘绘沉箱重心平面位置：顶升横移前，计算出沉箱重心位置，在纵移区标出沉箱边线或标出纵移道中心位置，并将重心标示于沉箱底板的边缘，沉箱横移时，严格控制沉箱重心与纵移道中心位置，保证沉箱重心与纵移道中心线所确定的平面为一铅垂面。以便控制沉箱上驳的位置，确保在长度方向，沉箱重心与潜驳重心在同一铅垂面上。2、沉箱出运前的船机设备检查：沉箱起顶前应对500吨千斤顶、100吨顶推器、油泵、横纵移车和轨道、吊具、索具及船机设备、用具、材料等进行全面检查，确保机具设施、设备完好，平台及轨道上无障碍物以及轨道安装固定情况。3、纵移沉箱顶推上驳1）沉箱顶

9、推上驳前必须进行轨道检查，主要检查项目有：轴线、轨顶标高、接头处轨顶高差、错牙及缝宽，鱼尾板连接及轨道紧固螺栓。2）坐底式半潜驳驻位坐底，短轨安装完成，及轨道检查合格后，沉箱即可顶推上驳。）施工过程中设专人负责跟踪检查轨道（包括短轨接头安装）纵移车、顶推器等运行情况，发现问题及时反映并进行处理；）顶推上驳需注意两列纵移车操作动作协调一致，顶推速度控制在1.0m/min左右；5）顶推就位后，沉箱位置偏差应符合下述要求，即沉箱重心平面位置相对于坐底式半潜驳的轴线的允许偏差：横向为50mm,纵向为400mm。5.2.4设置加固措施：加固包括纵移车的固定和沉箱的固定两项内容，纵移车固定分纵向固定和横向

10、固定。1、纵移车纵向固定方法为：利用主甲板上焊制的艏艉两个端墩，通过横梁将纵移车两端顶紧固定，横梁与端墩之间用钢质楔块楔紧，保证纵移车在整个拖航下潜过程中不出现任何纵向移动。钢楔楔紧后用螺栓紧固，防止松脱。2、纵移车横向固定方法为：利用在主甲板上焊制的沉箱支墩上的悬臂水平钢撑，通过钢质楔块支顶纵移车车体，保证纵移车在整个拖航下潜过程中不出现任何横向位移。支墩沿纵移轨道两侧成对布置。楔块楔紧后用螺栓紧固，保证楔块不出现松脱。3、沉箱固定是待沉箱上驳且纵移车固定完毕后，在主甲板钢支墩顶面与沉箱底面之间的缝隙内用钢木楔块支顶沉箱，用以增加沉箱的支承，提高沉箱与半潜驳的整体性。5.2.5坐底式半潜驳从

11、坐底坑起浮1、坐底式半潜驳起浮时，启动主压载泵排水，排水过程中通过控制四角吃水，使半潜驳平稳起浮；2、半潜驳起浮过程中，应随时调整系泊缆和锚缆并使船舶处于可控状态。3、待半潜驳完全浮起后，即可开始绞移半潜驳离开坐底坑水域。5.2.6拖轮拖带载有沉箱的半潜驳沿航道拖运至水工现场下潜坑1、当半潜驳绞离坐底坑水域一定距离，解除两根首缆；用一艘辅助拖轮帮靠控制半潜驳，继续用两只后锚绞移半潜驳，直至一只后锚完全绞起并绞收稳妥，另一只后锚未绞离水底。2、此时将主拖轮的主拖缆与半潜驳船首龙须缆连接，半潜驳收起另一只后锚。3、当主拖轮具备拖带条件时，主拖轮拖带半潜驳航行，辅助拖轮继续帮靠辅助，正常拖带半潜驳航

12、行至下潜水域附近。5.2.7半潜驳抛锚定位1、下潜坑水域驻位定位：到达下潜水域附近，主拖轮解开首拖缆，帮靠在半潜驳的另一侧，与辅助拖轮一起帮拖半潜驳进行抛锚驻位。2、根据现场风向、流向、下潜坑的情况及半潜驳驻位要求，按顺序分别抛出半潜驳首尾四只锚。3、通过绞动锚缆使半潜驳大致就位，两艘拖轮解缆后现场监护。4、利用半潜驳GPS定位系统，通过收放调整锚缆，使半潜驳精确定位于下潜坑位置。5.2.8半潜驳压水下潜至沉箱进水孔1、半潜驳下潜前的准备：1）潜驳定位完成后，各辅助施工船舶及时就位。用以应付下潜过程中出现的意外情况。辅助船舶包括抽水方驳、潜水船机、机动交通艇等。2半潜驳人员收紧四角锚缆，测量重

13、新校核半潜驳位置和下潜坑水深是否满足下潜要求；半潜驳人员检查船上水密舱盖等是否关闭。3）起重人员将沉箱上口用于控制沉箱的四根绞移缆挂好，并指挥半潜驳人员带紧，逐个检查进水阀门是否开启自如。2、半潜驳下潜时需要根据作业时间和潮汐情况，合理选择下潜时间。1）压载舱采用同时进水，以保证半潜驳平稳下潜。2）下潜过程中，要密切注意四角吃水、水深和各压载舱的液位及倾斜仪的指示，根据浮态，随时调整各舱进水，使半潜驳保持平稳下潜。在主甲板入水后，因水线面突然减小，应适当控制下潜速度，以保证安全。3）半潜驳下潜过程中，当艉塔楼压载舱内水位与舷外吃水相同时，要强制进水。4）当半潜驳下潜至水面没过沉箱进水孔（进水孔

14、一般分舱格设置于沉箱中下部）时，半潜驳停止下潜。按沉箱浮游稳定计算结果，开始向沉箱各舱格分别灌水，以保证沉箱起浮后的稳定性。沉箱灌水过程中，半潜驳要随时调整四角吃水保证船体水平。5.2.9半潜驳继续压水下潜至沉箱漂浮1、在达到沉箱计算滑移最小吃水状态时，要及时将沉箱缆索拉紧，避免因沉箱移动而碰撞塔楼，同时加快下潜速度，减小临界状态持续时间。2、沉箱浮起后，半潜驳继续下潜一定的富裕水深并调平后停止下潜，使半潜驳处于稳定半潜状态，沉箱处于稳定漂浮状态。5.2.10拖轮拖带沉箱至存放场存放1、沉箱在半潜驳内处于稳定漂浮状态后，由船员操纵首位塔楼绞缆车，通过固定在沉箱上口的缆绳牵引，使沉箱在半潜驳内移

15、动。2、沉箱移动方向注意要与潮流方向一致，以便沉箱顺流移出。3、绞缆车绞缆时要严格控制沉箱的移动速度，避免快停快动，以免断缆或沉箱碰撞塔楼。4、当下流的两根缆与沉箱前沿平齐，沉箱还不能出驳时，用拖轮带沉箱围缆倒拖沉箱，使沉箱移出。5、沉箱出驳时利用上口锚缆松紧调整沉箱的横向位置，避免沉箱偏位碰撞塔楼。6、沉箱拖运至存放场沉箱移出半潜驳后，起重人员解掉沉箱顶上的四根缆绳，此时起重人员应注意观察沉箱稳定情况，如沉箱漂浮姿态不正时压水调平，由拖轮将沉箱拖入预定位置灌水沉放。5.2.11半潜驳排水起浮返航1、在沉箱及其他船舶设备离开半潜驳，不存在影响半潜驳起浮因素后，半潜驳准备起浮。2、通过四角吃水、

16、纵倾仪、横倾仪及各舱内液位情况控制半潜驳平稳上浮。3、在起浮过程中，四只锚缆应随着半潜驳起浮而适当放松，以防锚缆受力过大。4、半潜驳起浮至空船拖航吃水后，由主辅拖轮拖带返航。6材料与设备坐底式半潜驳沉箱出运船机设备一览表表6-1序号名称规格型号数量满负荷能力备注1半潜驳9#58x34x4.6(m)1艘4000t2主拖轮4000HP1艘主拖带3辅助拖轮1000HP1艘协助拖带4交通艇120HP1艘运送人员上船、沉箱5GPS定位系统1套半潜驳定位6方驳吊机600t2艘沉箱抽水起重作业7潜水方驳600t1艘潜水配合8叉车CDCP71台7t大连产9卷扬机JIM-51台10横纵移车16.94x1.2x0

17、.81(m)4列1100t/列11经纬仪J2-21台212水准仪NA7241台2.5mm13千斤顶500tx20016个500t14千斤顶油泵24L/min2台50Mpa15顶推器2个16顶推器油泵1台17双卷筒锚绞车4台移驳、定位锚泊18绞车2台协助定位移驳19主压载泵960m3/H寸4台强制泵水7质量控制7.1沉箱出运执行以下质量标准：7.1.1重力式码头设计与施工规范(JTJ290-98);7.1.2水运工程混凝土质量控制标准(JTJ269-96)；7.1.3港口工程质量检验评定标准(JTJ221-98);7.1.4半潜驳使用说明书。7.2沉箱出运质量保证措施7.2.1沉箱预制及出运施工

18、准备完成后，必须履行各工序质量验收程序，发现问题及时处理。验收合格后填写工序验收表，并履行工序负责人及检查人签字手续。7.2.2要对沉箱顶升、纵移、上驳、拖运等施工过程，进行监督检查，操作时要有成品保护措施，防止出现碰撞损坏的现象。7.3半潜驳坐底坑的质量标准7.3.1预制场半潜驳驻位坐底坑边线比半潜驳轮廓线富裕12米，坑底标高按照设计值控制偏差0-30mm。7.3.2预制场半潜驳坐底基础梁：1、现浇钢筋混凝土梁轴线偏差5mm、顶面标高偏差0-5mm、顶面平整度偏差3mmo2、水下安装的预制钢箱梁轴线偏差20mm、顶面标高偏差0-15mm、相邻箱梁高差lOmmo7.3.3半潜驳就位时艏部钢轨轴

19、线偏差2mm、艉部钢轨轴线偏差10mm;半潜驳钢轨顶面标高和平整度偏差5mm;半潜驳钢轨与陆域纵移道对接短轨接头错牙、高差2mm，安装缝2mm。7.4半潜驳下潜坑的质量标准7.4.1半潜驳水工现场的下潜坑坑底设置成正方形，以利于不同水流条件的正常下潜作业；下潜坑边长为半潜驳长度加2030米，防止出现驻位偏差时影响下潜作业；边坡坡度满足不同地层的边坡稳定的要求。7.4.2半潜驳水工现场下潜坑坑底标高依据施工保证水位(P=80%)和项目需要的下潜深度确定，并根据地质情况增加0.51.0m的富裕水深；在设计高水位条件下，下潜坑总深度不得大于半潜驳最大潜深。为防止回淤，对下潜坑坑顶部及周边流泥进行疏浚

20、清理。7.4.3半潜驳水工现场下潜坑位置应靠近沉箱存放场，作业水域风浪较小，周围海底适宜下锚；下潜作业时对周围影响较小。7.4.4在整个施工期间，对水工现场下潜坑坑底随时进行监测，防止回淤影响作业。7.5坐底式半潜驳质量标准：7.5.1半潜驳的航区、施工作业条件应能满足施工作业海区的要求。7.5.2半潜驳的船舶证书、通讯、导航、救生、消防、船舶定员和证书、防污染等方面应能满足船级社、海事等部门的要求。7.5.3选用的坐底式半潜驳其载重能力、稳性、下潜深度应满足所载沉箱的要求。7.5.4半潜驳的锚绞车、系泊绞车、系泊装置、系泊缆索应满足船舶移位、定位、抛锚定位的要求。7.5.5半潜驳GPS定位系

21、统的性能和精度应满足船舶定位要求。7.5.6半潜驳的主压载泵排量和扬程应能满足沉浮时间要求。8安全措施8.0.1遵守中华人民共和国安全生产法、建设工程安全生产管理条列、中华人民共和国消防法、施工现场临时用电安全技术规范、建筑施工高处作业安全技术规范、起重机械安全规程、施工机械操作规程、建筑施工安全技术操作规程（一航局）安全手册（一航局）坐底式半潜驳出运沉箱施工规程等有关法规。在施工中健全完善安全生产管理体系，并使之有效运行。8.0.2半潜驳进坞和起浮作业设专人统一指挥，严格按操作规程操作，坞口两侧和坞尾码头前沿等处须设专人观察，避免碰撞事故的发生。必须选择适宜的水文气象条件，选择平潮期进行，5

22、级风以上禁止作业。8.0.3半潜驳上的台车、沉箱支撑防护设施要齐备，沉箱上驳就位后，要将沉箱和台车与半潜驳固定牢固，防止拖运时移位和倾覆。封车加固完成后，必须进行全面检查，所有楔块和紧固螺栓必须逐一检查并做好记录。8.0.4沉箱拖运时保证各船舶号灯、号型齐全，通讯联络畅通，GPS、救生消防及照明设施完备，拖轮拖运系缆牢固，位置准确。拖航过程中必须有一辅助拖轮帮拖半潜驳，协助主拖轮拖航，以便在有情况时灵活避让。8.0.5航行过程中要认真观察沉箱姿态，发现异常及时查明原因并采取相应措施进行处理。航行过程中如遇突风、航行困难时，就近选择锚地避风。8.0.6现场风速大于5级；波高达到1m或以上；流速达

23、到1m/s或以上（沉箱拖离半潜驳时流速不大于0.5m/s）;辅助船机设备不齐全或不具备正常作业条件时禁止下潜、起浮沉箱作业。8.0.7半潜驳下潜之前要对沉箱吃水、下潜水域水深、风浪等情况等情况考虑周全，半潜驳应在高平潮前定位，高潮平流时下潜，出沉箱一侧顺潮流方向；下潜时应保证驳底与泥面之间有0.5m的富裕水深。下潜前仔细检查船上水密舱盖等是否正常关闭，沉箱进水阀开启是否自如，沉箱四角应带上半潜驳绞车缆并收紧，以控制沉箱在驳内的移动，防止塔楼与沉箱间的碰撞。8.0.8半潜驳下潜过程中，船上操作人员应密切注意观察半潜驳横纵倾指示仪、各压载水舱水位指示仪数据变化及半潜驳四角吃水情况，随时注意调节各压

24、载舱压载水量，将船舶纵横倾控制在允许范围内。在主甲板入水时，船舶稳性急剧降低，应特别注意控制船舶的纵横倾。下潜过程中，应随时收紧四根锚缆，防止半潜驳位置偏移。8.0.9当半潜驳下潜到沉箱起浮后，半潜驳要继续下潜50cm左右，使沉箱底面与纵移车有足够的富余水深，防止沉箱出驳时蹭坏台车。8.0.10沉箱一旦起浮，半潜驳人员操纵塔楼绞车使沉箱在半潜驳内的移动处于可控状态；要控制好沉箱移动速度，避免快停快动；沉箱漂浮姿态不正时，禁止在半潜驳上调整，待移出半潜驳后再调整。9环保措施9.0.1施工船舶作业时严格执行中华人民共和国防止船舶污染海域管理条例，在船上设立专用油污水舱（柜）来装油污水，海上施工时严

25、禁船舶将油污排泄到水中。并利用一艘交通船回收施工水域内泄露的机油。9.0.2每艘船舶要设置分类垃圾桶，认真填写记录油类记录簿、垃圾记录簿。禁止将生活垃圾扔入海中，指定专门船舶和人员定期到各船收集垃圾。建设废水排放储存池和污水储存处理池，所有产生的废水一律回收，集中处理，不得随意排放。9.0.3所有的施工船舶、机械和设备要做到定期检查、维修保养，发现问题及时处理解决，保持船机在良好的标准状态运行，防止机械设备漏油污染环境。9.0.4正确使用船舶自有的污油水处理装置、生活污水处理装置，按照海事部门的相关规定进行排放或回收。如出现意外，应及时采取清除措施，防止扩大有污染，同时向海事部门报告，查明原因

26、并接受调查处理。9.0.5对于船舶上露天位置存在的污油、污物等应及时清理干净，防止随雨水或冲洗甲板而流入河海中造成污染。10效益分析10.0.1采用坐底式半潜驳拖运沉箱与沉箱水上直拖相比其临设直接费用可节约2589万元。10.0.2遵照本工法组织施工，均能保证质量，提高效率，缩短工期。与沉箱水上直拖相比，本功法更适用于内河狭窄、水深不足的施工条件；而且拖航航速提高1.6倍，提高拖运效率；具有更高的安全性；有利于沉箱成品保护，提高质量；并可以兼做修船的浮坞使用，取得了良好的社会效益。10.0.3突破了水上起重能力对沉箱尺度的限制，改变了我国南方地区沉箱重力式码头沉箱重量限定在1000t以下的状况，从码头建设技术进步角度产生了巨大的推动作用。10.0.4突破了传统的滑道下水沉箱出运工艺，克服了沉箱浮运拖航对航行水深条件的依赖，这不但可以节省大量的航道疏浚费用，而且增大了沉箱预制场选址的灵活性，促进我国南方地区码头结构形式选择的可选范围。10.0.5沉箱下水滑道的建设，不可避免地会改变沿岸水流动力学条件，造成沿岸生态环境的改变和破坏。内河修建滑道还会不同程度地减小河道泄洪能力从而造成隐患。半潜驳沉箱出运工法的应用，减少占用水域，便于恢复原貌，最大限度地消除了上