气囊搬运工法

PAGE气囊搬运重件工法中交第四航务工程局有限公司中交第三航务工程局有限公司（执笔人：陈华盛、伊左林、冯国耀、吕黄、郑韶真）1．前言随着现代港口建设向深水型大吨位码头发展，重力式码头结构的构件越来越大，小的数百吨重至几千吨。因起重设备的能力有限，解决大吨位构件的出运及吊装问题，是现代大型深水港口建设必须解决的技术问题。1996年在深沪港采用气囊搬运500t沉箱取得初步成功，随后在多个工地施工中，采用该工艺出运了大批从500t至3000多t的构件，使该工艺更趋成熟。目前，已发展到采用气囊搬运工艺，直接将数千吨的大型构件搬运上半潜驳或浮船坞，以便构件进行浮游安装。大型构件的出运、安装不再依赖于大型起重设备。并且该工艺投资少，操作简便、安全可靠，具有很好的发展前景。该工艺获交通部1998年科学技术进步三等奖，并在其后的推广应用中多次获中港集团、中港第四航务工程局的科技进步奖。2．工法特点2.1不需要大型专业预制厂和大型起重设备，就可以对数百吨至数千吨的构件进行出运或转堆，也可以直接出运上驳，设备投入简单，只需几台常用的设备，如卷扬机、空气压缩机等及若干条气囊，工程成本低，工期得以保证。2.2无需占用较长的码头岸线。与采用在已有的码头或护岸前沿预制、大型起重设备出运或滑道下水的工艺比较，采用气囊搬运工艺可将施工所占用的水域、岸线减小至最低限度。2.3气囊可到专业生产厂订购，而且可制成不同长度及不同工作压力，以适应各种规格构件的需要,气囊可以修补,使用寿命长。2.4气囊作用于构件底板及地面的面积大，对构件的支撑力小，不易损伤构件，对场地要求不高。2.5操作简便、安全可靠,只需对气囊充气，顶升重件，开启牵引系统，即可实现沉箱的水平移动。气囊是柔软弹性体，其受力变形的缓冲作用保证了构件搬运过程的安全。2.6可以作小角度转向及90°转向，适合各种不规则的施工场地。3．适用范围3.1适用于没有大型起重设备，远离基地的临时预制场进行出运或转堆大型混凝土构件。3.2在没有大型起重船的情况下,可将大型构件直接运上半潜驳或浮船坞，以便构件进行浮游安装。3.3对于底板面积偏小，如无底大圆筒,需在构件底部安放托板或设置临时底板，增大与气囊的接触面积，以适用本工法。3.4气囊搬运重物对场地要求不高，不需设置混凝土地面，一般的码头面，简易二灰稳定路面或经压实处理的砂滩，只要平整无尖锐物均适合。3.5气囊搬运场地布置成长条型，具体长度和宽度以构件预制数量和施工工期而定，场地前面是出运码头、滑道、沙滩。水深视工程船舶（起重船、半潜驳或浮船坞）或构件吃水深度而定，当场地的坡度在0.5%以上时，必须设置溜尾系统，在后面平衡设置卷扬机拉住重物，以防重物自动下滑造成倾翻事故。3.6预制混凝土构件采用活动底模板，底模可用工字钢并排设置，工字钢之间距离必须保证能放入气囊，工字钢之间填满砂并密实，底模板离地最小高度不应小于0.3m。最大高度不应大于0.5m（视构件重量与气囊举升力而定）。4．工艺原理气囊搬运重物原理类似于滚筒搬运重物的原理，不同的是滚筒是刚性的，工作时作圆周运动，而气囊是柔性的，工作时呈扁圆形，如坦克的履带一样运动。施工时，在需要搬动的构件下面，放置若干个无气的圆柱型胶囊，胶囊充气后将构件顶升，通过卷扬设备平衡牵引构件或托板,气囊滚动使构件水平移动。5．施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程气囊出运工艺流程图如图5.1所示。准备工作→放入气囊→充气→停止充气→取出支撑木→开动卷扬机→→牵引构件→存放点就位→支垫支撑木→放气→取出气囊图5.1气囊出运施工工艺流程图5.2操作要点5.2.1准备工作检查供气系统和牵引系统，清扫出运通道并对场地进行整平，检查清理构件内腔积水、底部的尖锐物及边角有无棱角突出。5.2.2放入气囊在构件底部放入气囊，注意排列整齐，相互平行，每条气囊的轴线与移动方向垂直，并在重件底部用红漆标上支垫线及气囊行走控制刻度标识。连接供气管路，连接牵引系统。5.2.3充气启动空压机同时向各个气囊充气，充气速度应均匀、缓慢，以免气囊压力突然升高。当充气压力达到预定顶升压力的80%时停止供气，检查所有气囊的压力是否一致，不一致时可向单个气囊充气，使压力基本一致，然后继续充气，直至构件离开支承木。将气囊的进气阀关闭，停止供气。5.2.4拆除支撑物先在构件周边安放临时支座，以确保安全，然后由操作人员先拆除支承枕木或其他支撑物，再将临时支座拆除。5.2.5调整高度拆除所有的联接胶管，打开各个气囊的排气阀，进行缓慢放气。当气囊高度降至出运高度时，关闭排气阀。5.2.6牵引出运在指挥人员的统一指挥下，启动牵引卷扬机，拉动构件缓慢向前移动。当构件前面空出1个气囊的间距时，停止牵引，塞入气囊，并充气到预定压力后，再重新牵引。当后面移出的气囊快要离开构件时，打开气阀排气、并运送到构件前面预定位置备用。重复以上步骤，直至将构件移到预定位置。应特别注意，前后牵引不能同时受力，当下滑力大于前牵引力时，即构件会自动下滑时，前牵引钢丝绳必须处于松驰状态，靠后牵引钢丝绳使构件前移。反之，则前牵引受力，后牵引松驰。5.2.7就位存放当构件到预定位置后，停止牵引。在构件底部垫上同样高度的支承枕木，然后所有气囊同时缓慢排气，构件平稳地落在支承枕木上。5.2.8取出气囊待排气完毕，拖出气囊。即可进行下一个构件的出运。5.2.9转向1、小角度转向出运过程中需小角度转向时，通过将前面所塞入的气囊斜摆一定的角度，适当调整两边的牵引速度及牵引力，即可调整构件的出运方向，注意调整角度不应过大，以防损伤气囊。2、90°转向需90°转向时，可停止出运，在构件底部塞上支承枕木，放气后取出气囊，从构件另一侧重新穿入气囊，改变牵引方向重新出运即可。5.2.10构件上驳构件上驳工艺与一般出运工艺一样，所不同的是前牵引系统设置在半潜驳或浮船坞上。通过调整压舱水量，使甲板与出运码头保持水平，构件就可以直接出运上驳，见图5.2.10。图5.2.10气囊出运沉箱上驳示意图注：1沉箱2浮船坞3出运码头6．材料与设备6.1气囊6.1.1气囊的构造及规格气囊可到专业生产厂家选配，其结构如图6.1.1-1所示,气囊囊体骨架材料为锦纶帘子布,敷以橡胶等材料经过整体缠绕成型,囊咀为铝合金铸体，内管丝牙型号为G1"－2"，用户根据需要选用型号，规格见表6.1.1，长度可根据构件的底宽任意选择，通常选用直径为1.0m的高压气囊。图6.1.1-1气囊结构图注：1囊头2囊体3囊嘴D气囊直径直Le囊体长度L总长表6.1.1气囊规格表公称直径D（m）1.0超高压气囊出厂检验压力((MPa)0.39许用压力(MPPa)0.30高压气囊出厂检验压力((MPa)0.24许用压力(MPPa)0.206.1.2气囊的选择先根据构件的出运边宽选择单根气囊的长度，再确定出运（顶升）高度，由此而计算出承载面积，并按气囊的许用压力计算出所需气囊的最短总长度，工作总长度应按最短总长度的1.2倍以上系数确定，以防出运过程中，气囊破裂或气囊受力不均时气囊超负荷运行，最后确定气囊根数及摆放位置。气囊承载面宽度B与气囊直径D和气囊工作高度H有关，气囊受压变形后，其截面可看作由直径为H的2个半圆和长度为B的方形组成。受压气囊横截面示意图如图6.1.1-2所示。承载面宽按下式计算：B=π（D－H）/2(6.1.2-1)式中B——气囊承载面宽度（m）；D——气囊直径（m）；H——气囊工作高度(m)。承载面积按下式计算：S=BL0=π（D－H）L0/2(6.1.2-2)式中S——承载面积(m2)；L0——气囊的承载面长度（m）；单根气囊的承载力按下式计算：F=SP=π（D－H）L0P/2(6.1.2-3)式中F——单根气囊的承载力(N)；P——气囊内工作压力（Pa）。所需气囊的总长度按下式计算：L总=GL0/F=2G/[π（D－H）P](6.1.2-4)式中L总——气囊的总长度（m）；G——构件的重力（N）。图6.1.1-2受压气囊横截面示意图注：1构件2气囊应特别注意，应尽可能充分利用构件底面积尽可能多摆放气囊，以降低气压，确保安全。6.1.3气囊的摆放根据构件的结构特点以及操作的方便，气囊摆放一般采用左右两列的排放法，构件较小时，可用单排摆放。当构件底部承载面积太小时（如无底圆筒），则必须在构件底部安放托板或设置临时底板，以增大与气囊的接触面积，两气囊之间的净空距离不应小于20cm,气囊摆放见图6.1.3-1、图6.1.3-2。图6.1.3-1沉箱气囊布置图单位：m图6.1.3-2圆筒托板气囊布置图注：1支承枕木2圆筒3托板4气囊6.1.4气囊的工作高度工作高度分顶升高度与出运高度，顶升高度宜高于底模高度3~5cm，工作高度应根据实际地质情况及构件特性选定适宜的范围。高度过大，则气囊受力有效受力面积减小，气囊气压须增大；高度过小，摩擦力增大，牵引力也会相应增大，同时气囊极易扭曲和出现滑动摩擦，建议取值以30~50cm为宜。6.2牵引系统6.2.1当搬运工艺采用卷扬机牵引方式搬运构件时，需配置卷扬机、卷扬机固定架、滑轮组、导向滑轮、锚碇、倒缆、钢丝绳等。牵引系统分前牵引及后牵引，各设置慢速卷扬机1~2台。用两台卷扬机牵引时，型号必须一致，以保证工作同步。采用单台卷扬机时用“八字缆”牵引，根据试验结果，气囊起步所需牵引力在高度为0.40m时，约为构件重量的3％，并随着高度的变化而略有变化。总牵引力一般取构件重量的5%即可，溜尾力必须大于构件因高度差产生的下滑力和克服惯性力及前牵引力作业不均衡时产生的对拉力的总和。按牵引力及牵引速度确定卷扬机、地锚、钢丝绳的规格。6.2.2牵引速度不宜大于3m/min。6.2.3溜尾系统仍按牵引系统同等级配置，特别是斜坡道作业的情况下，更要根据实际情况精确计算溜尾系统的受力配置。6.3供气系统供气系统由空压机、供气管道、接头、阀门、压力表等组成。空压机的选用主要考虑气囊的总容量和充气的时间以及压力要求等。通常采用VY－6／7型或VY－9／7型空压机1台。为了使多个气囊同时充气，保持气压一致，应设置具有多管路接头的空气分配器1~2个，另有输气管多条，若是在潮位变动较大码头区出运重件，应设置备用空压机及发电机等设备。6.4气囊搬运沉箱施工的主要机具设备见表6.4。表6.4气囊搬运沉箱施工的主要机具设备表（以2000t沉箱为例，移动过程不转向）序号名称规格数量备注1气囊Ø1000mm超超高压8条气囊其及工作参数数的选择应按按《气囊搬运运重型构件技技术规程》进进行设计。2卷扬机10t4卷扬机的平均绳速速为8~10mm/min3钢丝绳Ø65mm450m钢丝绳安全系数不不得小于54滑轮组45空压机10m317．质量控制7.1技术规程7.1.1《起重机械安全规程》（GB6067-85）7.1.2《船舶与海上设施法定检验规则〈国内航行海船法定检验技术规则〉》（2004）7.2质量控制措施7.2.1气囊1、每批气囊应有出厂检验报告（包括检验项目和技术指标）和使用、维护说明书。每件气囊均应有产品合格证书。2、气囊验收执行《船舶上排，下水用气囊标准》（GB/T3795-1996）及《气囊搬运重型构件技术规程》(中交三航局有限公司企业标准ZJ3H—2007)中有关规定执行。7.2.2卷扬机1、卷扬机的选用、安装、使用应符合现行的《建筑卷扬机安全规程》（GB13329-91）的相关规定。2、卷扬机安装地点应平整。卷扬机与基础或底架的连接应牢固，并符合使用说明书的规定。3、卷扬机与沉箱之间不应有可能发生危险或影响钢丝绳寿命的障碍物。7.2.3钢丝绳及索具1、卷扬机用钢丝绳应符合现行国家标准《圆股钢丝绳》（GB1102）的有关规定，并必须有产品检验合格证。2、钢丝绳的检验应符合现行国家标准《起重机用钢丝绳检验和报废实用规范》（GB5972）的有关规定，严禁有明显变形、缩径、腐蚀、扭结和断丝等缺陷。钢丝绳不得接长使用。3、钢丝绳应保持良好的润滑状态。所用润滑剂应符合该绳的要求，并且不影响外观检查。4、牵引钢丝绳直接捆绑在构件上时，注意不要损伤构件，在构件棱角处设置保护垫进行保护。5、索具的选择、使用、维护、报废、管理等必须符合《起重机械吊具和索具安全规程》（LD48-93）的相关规定。7.2.4支垫1、支垫位置应标识准确、清楚，尤其是薄弱位置，以防止由于支垫不当造成重件出现裂缝。2、支承枕木高度必须一致，确保构件受力均匀。8．安全措施8.1人员8.1.1所有参加施工人员必须进行岗前培训，施工前进行详细的安全技术交底。8.1.2现场施工人员按规定戴安全帽、穿工作鞋、高空作业时系安全带、临水及水上作业穿救生衣。8.2场地8.2.1圆筒移运通道在移运前清除一切尖利杂物及障碍物。8.2.2移运时，圆筒两侧20m范围内设工作警戒线，警戒线内无关人员不准入内，不准进行高空起重作业。8.2.3构件临时支垫位置地基受力较大，必须根据计算确定地基承载力，同时制定相应的技术保证措施以防止地基下陷。建议对出运通道进行夯实处理；且临时支垫处可采用增加支垫枕木和预先铺设钢板等操作方法。场地和通过面层应平整，坡度不宜大于2%。8.3设备8.3.1所有的设备必须有产品合格证。8.3.2使用气囊的安全措施1、对新购气囊或长长久不用重新新投入使用的的气囊，都应应按出厂试验验压力进行空空载试验后才才能投入使用用，常用气囊囊每半年试验验一次，气囊囊修补后，仍仍应进行上述述试验。对于于大面积修补补后的气囊，应应降低使用压压力。2、高压气囊充气与与出运过程中中，其它工作作人员要远离离气囊5m以上；沿途途气管要有专专人管理。3、在气囊进行充放放气操作时，操操作者必须带带防护眼镜，严严禁正面对着着气囊头操作作。4、进行气囊顶升或或拆、垫支垫垫枕木时，圆圆筒未支垫稳稳固前，身体体任何部位不不得伸入圆筒筒底部。8.3.2圆筒移移运前，卷扬扬机、空压机机，必须进行行全面检查，确确保良好状态态；移运时备备用电源，备备用空压机处处于良好状态态，保证随时时投入运行。8.3.3施工过过程中，机械械、电气设备备严格按安全全操作规程进进行操作；专专人统一指挥挥。8.3.4使用空空压机充气安安全技术措施施1、输气管应避免急急弯、打折，打打开送气阀前前，必须事先先通知工作地地点的有关人人员。2、空气压缩机出气气口处不得有有人员站立，人人员应站在气气嘴的两侧。3、压力表、安全阀阀和调节器等等应定期进行行校检，保持持灵敏有效。8.3.5卷扬机机牵引圆筒的的安全技术措措施1、卷扬机应安装在在平整、视线线良好的地方方，机身和地地锚必须牢固固；卷筒与导导向滑轮中心心线应垂直对对正。2、作业前，应对钢钢丝绳、制动动器、传动滑滑轮和机具等等进行安全检检查，确保良良好状态。3、钢丝绳在卷筒上上必须排列整整齐，作业中中最少需保留留三圈以上。4、作业时，不准有有人跨越卷扬扬机的滑轮组组、钢丝绳和和牵引绳。5、作业时，严禁操操作人员擅自自离开岗位。6、圆筒牵引过程中中，如发现滑滑轮组钢丝绳绳扭曲、打结结，应暂停牵牵引，理顺后后再进行牵引引。8.3.6所有有特种设备必必须经技术监监督部门检验验认证后才可可投入使用,特种工作人人员要持证上上岗。8.3.7所有有外购的起重重设备，起重重工具必须有有《生产许可可证》、《产产品合格证》、《安安检证》及《使使用维护说明明书》。8.4用电8.4.1实行行三相五线制制供电，所有有施工用电设设备外壳必须须接地，接地地电阻不能大大于10Ω。8.4.2作业中中途突然停电电，应立即把把开关回复停停车状态。8.5构件8.5.1构件底底部周边设3㎝高的45°倒角，以防防尖角割伤气气囊。8.5.2构件件两侧必须设设置挡板，以以防气咀喷出出伤人。8.6操作过程8.6.1工作作中要听从主主指挥的指挥挥信号，信号号不明应及时时向主指挥反反馈，其他人人员听到反馈馈信号时，应应暂停操作，等等待主指挥发发出另一次信信号后方可操操作运行。8.6.2运行过过程中如遇特特殊情况或危危险情况，需需要马上暂停停运行的，必必须立即报告告主指挥，并并停止作业，其其他操作人员员听到暂停信信号后，也必必须立即停止止作业，待弄弄清楚情况并并排除危险情情况后由主指指挥再次发出出运行信号后后方可继续作作业。8.7沉箱上驳8.7.1沉箱上上半潜驳时，应应根据半潜驳驳受力情况进进行相应舱平平衡水的调节节。沉箱上半半潜驳后，必必须严格听从从指挥，严格格控制沉箱的的搬运（移动动）速度，确确保半潜驳的的纵向与横向向的基本平衡衡。沉箱上驳驳的全过程船船艏甲板面的的标高不得低低于船艉甲板板面的标高。8.7.2上驳后后的沉箱应按按技术交底指指定的位置搁搁置并加固。8.7.3上指应平节体倾大度8.7.4沉箱搬搬运上半潜驳驳至指定搁置置位置并使半半潜驳绞力离离出运码头的的整个过程必必须在水位上上涨过程中完完成。要严格格控制各工序序的时间，保保证整个过程程在潮水高平平潮前1h完成。8.7.5沉箱上上驳前，预制制场及运输船船舶应及时收收听并准确掌掌握气象、水水文、潮汐情情况。如有台台风来袭的预预报时，必须须调整上驳的的时间计划。8.7.6半潜驳驳须根据技术术安全交底的的水位搭靠或或离开码头。8.7.7上必班意遇时告9环保措施9.1认真学习习环境保护法法，执行当地地环保部门的的有关规定。9.2参与施工工的人员应养养成良好的卫卫生习惯，不不随便乱倒施施工杂物和垃垃圾。对生活活、生产废弃弃物等，应由由产生该废弃弃物的部门进进行分类堆放放，做好标识识，并运送到到指定区域处处理。9.3气囊排气气应缓慢且排排气口应稍微微向上，避免免扬尘，保持持场所扬尘不不超标。9.4空压机所所排放的混合合油、水，必必须回收进行行环保处理。9.5施工时，空空压机产生的的噪音比较大大，应采取较较好的措施减减低其产生的的噪音，创造造一个比较安安静的工作环环境。9.6拆除的支支垫枕木要统统一堆放整齐齐。10．效益分析10.1采用气气囊出运大型型构件，减少少了大型起重重设备的费用用，特别是为为今后大型构构件的出运提提供了科学可可行的施工手手段。10.2设备投投入简单，操操作方便，提提高了施工工工效，降低了了施工成本。10.3通过气气囊出运，直直接把构件出出运上浮船坞坞域半潜驳，可可将构件方便便地进行浮游游安装，节省省了大型起重重船费用，构构件越重，效效益越明显。10.4从工程成成本来看，从从预制场设施施的建造、起起重设备的配配置、沉箱出出坑堆放、平平移上半潜驳驳，其费用仅仅为其他方案案的60%～85%。以汕头广广澳一期工程程为例（1000t级沉箱），采采用现场预制制和气囊搬运运方案与在厦厦门专业预制制厂预制、长长途水上拖运运至汕头施工工现场安装的的方案比较，每每个沉箱可节节约工程费用用10万元；与采采用现场临水水护岸上预制制、1000t起重船安装装方案比较，每每个沉箱可节节省费用8万元；与在在现场采用半半潜驳上预制制方案比较，可可节省费用13万元。据综综合估算，采采用气囊搬运运沉箱工艺的的方案可比上上述的施工方方案每个1000～2000t级沉箱平均均可节省成本本费用10万元左右。常常用方案的综综合比较如表表10.4所示。表10.4几项常常用的沉箱预预制搬运方案案综合技术经经济比较表（以2003年汕头广广澳码头1000t级沉箱为例例）比较项目工艺方案技术工期经济综合评价在厦门固定预制厂厂预制，水上上运输至现场场沉放安装可行，固定预制厂厂预制，沉箱箱质量好,专业化水平平较高。固定预制厂与施工工现场距离较较远，沉箱拖拖运将受气候候制约，工期期较难以保证证。单个沉箱的场地、出出运、拖运安安装总费用27万元。对远离预制厂的项项目工程成本本较高，影响响拖运的因素素多。在施工现场码头或或护岸前沿预预制，大型起起重船出运安安装可行因预制场码头护岸岸长度有限，沉沉箱须分多批批预制安装，工工期较长。如如起重船是向向外租借的，则则工期难以保保证。单个沉箱的场地、出出运、拖运安安装总费用25万元。工期较长，宜少采采用。在施工现场预制，气气囊搬运至码码头前沿，大大型起重船出出运安装可行占用码头或护岸的的岸线少，施施工速度快，但但如起重船是是向外租借的的则工期难以以保证。单个沉箱的场地、出出运、拖运安安装总费用23万元。宜少采用。采用在现场半潜驳驳上预制，沉沉箱在现场起起浮后安装可行预制进度慢、工期期长，并长时时间占用半潜潜驳。单个沉箱的租驳、拖拖运安装总费费用30万元（半潜潜驳采用三航航工2）。尽量少采用。在现场预制，气囊囊搬运并上半半潜驳，沉箱箱现场起浮安安装可行预制场建造速度快快，气囊陆上上搬运及装驳驳、施工速度度快。单个沉箱的场地、出出运、拖运安安装总费用17万元（半潜潜驳采用三航航工2）。工程成本低，工期期短。11．应用实例11.1广西防城城港20万吨级码头头共有11个底座直径22.6m、筒身直径20m、高22.5m、壁厚40cm的大圆筒，原原设计为无底底圆筒，计划划用2600t起重船安装装。为了节省省施工成本，对对圆筒增设了了临时混凝土土底板，采用用气囊出运并并直接运上浮浮船坞，由浮浮船坞运到现现场进行浮游游安装。出运运时，圆筒总总重量达2650t，采用耐压压为0.2MPPa的直径为1m、长度为10.5m的高压气囊囊，分左右两两排布置，每每排布置11条，工作气气压为0.18MMPa。前后共施施工40d，节省了大大型起重设备备费用，取得得良好的经济济效益和社会会效益。11.2汕头港港广澳港区一一期码头水工工结构及护岸岸工程就采用用本工法施工工。该工程为为新建两个2万吨级泊位位（2号、3号泊位）和和一个滚装泊泊位及相应的的护岸工程。其其中，2号、3号泊位总长435m，兼顾5万吨级集装装箱船靠泊作作业；滚装泊泊位长147m。码头为重重力式沉箱结结构，沉箱共共49个，单个沉沉箱重量约900t。该工程的沉箱采用用在现场预制制，气囊搬运运至堆场存放放，并通过专专用码头搬运运至半潜驳。主主要船机为半半潜驳和拖轮轮（2000HHP）。采用本工法高效、安安全地解决了了在无大型专专业沉箱预制制厂和大型起起重船条件下下的重力式沉沉箱码头工程程施工的技术术难题，施工工效率为日安安