巨型钢沉井整体制造出坞浮运施工工法

1在近年的基础施工中被广泛采用，尤其是在地质条件的复杂和水深的沪通长江大桥主航道桥采用双塔五跨连续钢桁梁斜拉桥，孔跨布置为（142+462+图1主航道桥主墩沉井基础结构（单位：m）2井整体起浮，由拖轮拖带出船坞进行整体浮运至用了封闭部分井孔、气压增浮的方法，减小钢沉运的难度。钢沉井的整体出坞浮运是目前国内同规模居国内前列。该施工工法不但取得了沉井施墩钢沉井出坞浮运施工实践经验特编制本工2.1、钢沉井采用工厂分块制造，船坞节段拼装，整体浮运的施工技术，变水上施工为岸上施工，实现钢沉井整体工厂化、专业化制造，2.2、在钢沉井上封闭部分井孔，安装助浮措施。沉井助浮结构由封闭井孔所用的助浮盖板和供气管路系统组成。在钢沉井出坞过程沉井的吃水深度，避免在出坞和浮运过程中搁浅。同运的过程中，沉井所受到的水流阻力也大大减小，2.3、钢沉井整体浮运作业由8艘（其中1艘备用）拖轮共同完成。沉井尾部布置3艘拖轮（3×6000HP南北侧各布置2艘拖轮(4×4000HP)，备用拖轮为40供拖带马力38000HP。浮运过程中，7艘拖轮共同完成钢沉井的出坞、直行、转弯、掉头2.4、钢沉井整体出坞浮运过程中，充分利用长江下游潮流的特点，根据长江涨落潮4、工艺原理4.1钢沉井整体制造技术3钢沉井节段制造场地位于桥位附近长江沿岸的船块单元组拼均在厂区内钢结构加工车间及钢结构加工平台进行。单元块分块最大重量为个吊耳各有两个吊孔，总计32个吊孔。码头区组拼平台可一次组拼两个钢沉井节段，完4.2钢沉井助浮施工技术钢沉井助浮措施由助浮供气系统和助浮盖板结构组成。钢沉井共24个井孔，井孔尺布置，且每个井孔内充气压力基本相等。助浮供不但能满足各助浮井孔同步充气、平稳起浮的要4.3钢沉井出坞施工技术钢沉井在船坞内整体组拼完成，船坞长580.0m，宽139.0m，深13.0m，船坞门坎高1.4m。钢沉井刃脚抄垫高0.77m，钢沉井中隔墙抄垫高1.27m，钢沉井中隔墙踏面支撑高2.57m。船坞底标高-7.8m，船坞门坎标高-6.4m，沉井刃脚抄垫标高-7.03m，沉井中隔墙钢沉井在船坞内整体组拼完成，在船坞内采用向墩完全脱离；二是钢沉井出坞通过坞门时，要有一定的安此，钢沉井出坞过程中，一方面通过助浮措施，减小沉井起浮的根据长江潮位的特点，选择在相对较高潮位4.4钢沉井整体浮运施工技术钢沉井在浮运过程中，根据所受到的阻力大小，4牵引将沉井拖带至墩位。浮运的过程中，根据长江潮流坞，避免沉井搁浅；落潮的过程中，顺流而下，减小拖轮段，选择流速变小的时间段进行调头，钢沉井5、施工工艺流程及操作要点图2钢沉井整体制造工艺流程（1）构件制造：钢沉井构件主要有拐角圆弧板的成型、吊耳板的开孔、片单元、桁架单元。片单元主要是指钢沉井的外壁板结构，由钢板、要由角钢和拼接钢板组成，根据结构形状图，可以分成四个种类：T型桁架、矩形桁架、弧形桁架、立方体型桁架（十字隔墙处其中弧形桁架采取在制造弧形块段时散拼的形5图3构件制造（2）块段制造：钢沉井块段分成三种类型分别制造：T字型块段、圆弧形块段、十字型块段。钢沉井块段的制造精度，除了取决于焊图4块段成型图5首节段组拼组拼（4）节段搭载、组拼：块段组拼完成后，利用船坞1600t门式吊机进行起业，相邻沉井节段的吊装块件竖向接缝错开布置。吊装块件重量约880t，其余标准节段的最大吊装重量约650t。钢沉井整拼前，在船坞内的沉井拼装区域内安装沉井刃脚及隔墙位置布置足在坞墩平台上组拼完成后，清除井壁内各种杂质和6混凝土总灌注量为1300m3,其中沉井外壁刃脚混凝土高度为2.5m，隔墙内混凝土灌注高度纵横方向的轴线设置12个结构控制点，全程进行测量控制，并用拉线或红外线激光标点图6节段搭载、接高验沉井隔舱的密封性，保证沉井的加工质量。沉井所图7助浮系统安装工艺流程7面板上部由角钢和钢板进行横向、竖向加劲，角钢间距375mm，钢板间距750mm。面板与反压牛腿安装在分配梁的两端，与分配梁通过螺栓连接，同时反图8助浮井孔布置8图9助浮盖板成封闭回路，该主管封闭回路供气范围覆盖全部12个助浮隔舱。主供气管路中的压缩空气由供气支管引出，与盖板气阀连接，每根支气和放气的目的。水平管路负责将空压机的压图10助浮供气系统布置9图11助浮供气管路及压力表（4）助浮措施主要是通过向密闭井孔内注入空气以增大沉井的浮力，所以井孔的气密性是沉井助浮的关键，施工中对焊缝有着较高性施工要求，在助浮措施施工过程中主要通过超声波真空等方式进行检测。船坞注水后沉井起浮前，图12钢沉井出坞流程（1）出坞水位分析：在船坞内注水，钢沉井助浮以后，钢沉井刃脚底部高于钢沉井1.4m（坞门坎高度1.4m与坞墩高度1.27m取较大值）+8m(沉井吃水)+0.5m(安全高算气压需达到137.17kPa。为保证钢沉井在整个出坞、浮运过程中姿态稳定，需对各助浮每个助浮充气管路上均安装有压力表，可实计算气压为137.17kPa，当压力表读数小于计算气压，则隔舱需要进行充气；当压力表读（3）钢沉井临时固定：注水前，将船坞内其他物件采用龙门吊吊出坞，钢沉井提前进行系缆定位，将钢沉井与船坞固定，以防止注水图13沉井坞内临时固定布置钢沉井刃脚吃水7.5m，沉井中隔墙吃水6.7m，此时查看压力孔气压情况，若未达到设计值，则开动助浮空压机做助浮试验，通过查看气压表果。同时坞内继续放水，直至钢沉井起浮。此期间查看钢密性状况，助浮孔压力变化情况。钢沉井起浮后，做好沉水至坞内水深9.9米时,停止放水。当长江水位落至与坞内水位相平时，开始起浮坞门。图14船坞内注水、钢沉井起浮图15开启坞门沉井与船坞连接的3#缆绳、4#缆绳，收紧1#、2#、图16钢沉井出坞图17钢沉井浮运流程选择合适的水文气象条件进行作业，钢沉井出坞后（2）浮运路线：钢沉井浮运（拖航）路径从如皋熔盛4号坞经FB1#、37#、36#-1、图18沉井浮运航行路线（3）浮运阻力：钢沉井在浮运过程中浮运阻力分为两部分，一部分是沉井自身受到的阻力，另一部分是浮运拖轮自身的阻力。根据浮运水域，力306.23吨，大于钢沉井吃水8m、对水速度2.5m/s直航时的最大拖航总阻力251t；同图19沉井浮运拖轮布置（6）沉井浮运控制：由于沉井自重大，吃水深且水面以上高度高，受风面积大，因此水流、风对浮运影响极大。浮运过程中，选择微落潮度极小随时关注天气、水流的变化，避免沉井偏离航道，造成搁浅，保持速度，严格控制沉井姿态。各个拖轮在整个浮运过程中，要统一指挥，相互图20拖轮拖带钢沉井（7）沉井调头控制：调头的过程要选择在初落水的潮流状态下进行，此时长江流速始左转调头。选择一个较大的转弯半径，在墩位图21钢沉井桥位掉头总体布置图表1钢沉井制造劳动力配备序号职务人数负责内容11全面负责生产组织2技术负责人1全面负责技术管理3技术员4现场技术工作4质检员2现场质量督察5安全员2现场安全工作6材料员2现场物资供应、回收7试验员2现场试验工作8领工员2现场生产监督协调9工班长4现场生产领班测量员4钢沉井制造测量工作现场管理人员现场施工管理切割人员起重工行车工装配工350焊工250冷热加工车辆运输密试人员6合计860表2沉井浮运劳动力配置序号工种人数备注序号工种人数备注1项目副经理1712现场负责人28浮运指挥63工程技术人员29船长84测量人员4船员5质检员246安全员2普工40表3钢沉井制造设备及生产装备序号名称规格、型号数量备注1龙门吊机1600T2龙门吊机600T3龙门吊机450T4行车240/150T6/20台5行车20T80台6轨道吊机45T7数控切割机法利8门式切割机9光电切割机半自动切割机仿形切割机CO2气保焊机自动埋弧焊机碳刨机平面流水线自动装焊线叉车5/105/5台液压平板车550/380T2/2辆液压平板车450/250T2/4辆液压平板车90T汽车起重机25/50T4/4辆1500T油压机1500T21米三辊卷板机21米3米三辊卷板机400T油压机400T电焊条烘干机自控焊剂烘干机空气压缩机超声波测厚仪激光经纬仪全站仪千斤顶25T水平仪表4沉井浮运施工机械设备配置序号项目型号数量备注1拖轮6000hp2拖轮4000hp1艘备用3警戒船洪港托8014警戒船大桥海龙5带缆艇表5钢沉井制造及质量验收标准序号标准名称标准号1《新建上海至南通铁路沪通长江大桥工程施工图》2《铁路钢桥制造规范》TB10212—20093《铁路桥涵工程质量检验评定标准》TB10415—20034《碳素结构钢》GB/T700—20065《桥梁用结构钢》GB/T714—20086《热轧钢板表面质量的一般要求》GB/T14977—20087《热轧等边角钢尺寸、外形、重量及允许偏差》GB/T9787—19888《气体保护焊用钢丝》GB/T14958—949《熔化焊用钢丝》GB/T14957—94《碳钢焊条》GB/T5117—95《埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂》GB/T5293—1999《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果的分级》GB/T11345—89《气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸》GB/T985—88《焊条质量管理规程》JB3223—1996《钢制焊接常压容器》JB/4735-2005《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81-2002表6钢沉井节段制造质量检验标准偏差名称允许偏差钢沉井平面尺寸长度、宽度曲线半径两对角线的差异钢沉井夹壁净距上下沉井单元接高错边量＜2mm桁片桁架片间距桁架弦杆中心距结点处杆件轴线错位3mm底兰到桁平联对角线差4mm桁片平整度（扭曲）L/500≯3mm表7块段对接允许偏差值序号项目允许偏差值（mm）1壁板竖向对接2加劲肋竖向对接3桁架对接4隔舱板竖向对接5内外壁间距46对角线差47表面不平度38圆形部分内径D±0.1%D表8节段接高允许偏差值序号项目允许偏差（mm）1壁板竖向对接2加劲肋竖向对接3桁架对接4隔舱板竖向对接5内外壁间距+4，06对角线差47表面不平度38圆形部分内径D±0.1%D沉井浮运采用了助浮的施工技术。因此在过程中运造成严重影响，为降低沉井浮运过程中的安全在船坞内将一切安全隐患消除后才能出船坞浮运，严防有质量及时报告至现场施工负责人，施工负责人安排技术人为减小沉井吃水深度，沉井浮运增加了助浮装置，即封闭12个井孔，井孔内采用2台23m3/min空压机供气，降低增浮井孔内水位，增加排水体积，减小沉井吃水深度。在坞内开始充气时，在对应的每个井孔四周壁板内安排24名观测人员，主要观测充气过程气压表，安排12人轮回观察，发现情况及时汇报，发现漏气或壁板变形时停止充气，确定漏气部位或变形位置后将井孔内气压排除，沉井出坞后浮运过程中，空压机全程待命，时进行充气，沉井充气系统为全自动控制系统气，当气压大于设计值时溢气阀自动放气，使时在增浮井孔四周每个壁板仓内安排一名观察（1）钢沉井顶面空压机配置专业保修人员，主要负责空压机的相关操作；钢沉井顶（3）所有支管上安装的压力表需选取合适的量程和精度，并在正规机构校验合格后（4）助浮盖板的气密性是浮运质量控制的关键，对助浮盖板的面板与沉井井孔间的针对钢沉井制造的特点，对所有从事管理和点对专（兼）职安全员、班组长、从事特种作业的起重机动车辆驾驶人员进行培训。通过安全教育，有效提升觉性，认真执行安全操作规定，切实做到四不伤害1、施工人员的安全管理。加强对施工的安全管理、安全培训、安全生产教育和劳动3、用电安全管理。公司在用电设备上粘贴了相关安全警示标识，对接线人员开展了相关用电安全知识培训。公司利用周四安全宣讲宣贯；现场重点对电线的私拉乱接、规范用电情4、设备及安全用品的安全管理。各类设备按照要求进行定期保养，确保设备状况良好。项目部建立了齐全的各类设备安全操作规范备操作人员固化。所有设备都建立了齐全的日常主要部件进行定期点检，确保设备问题能及时发不同工种的特性，建立了相关工种的劳防用品配5、高空作业安全管理。所有脚手架搭设人员均经过职业健康体检，确认无职业禁忌症，并经相关安全培训合格后方可上岗。脚手架搭设三方签字挂牌后方可使用。项目部所有人员均配作业必须佩带安全带；公司利用班前会对施工6、防台防汛措施。项目部建立了相关防台防汛应急预案，并组建了多支防台防汛应2、坞室进水前，对坞室内、坞壁进行清理，对电、气、水设施进行有效保护、临时4、将坞内坞墩进行有效的绑扎加固，防止坞墩移位和漂6、沉井上空压机、卷扬机、临时发电机等提前进行调试，使得出坞作业时，确保可2、工作人员一律穿救生衣，戴安全帽，沉井顶面上水上兼高空作业人员还要系好安4、在拖轮航行中应采用安全航速，留有避让余地，充分保证钢沉井的安全浮运，另5、要有足够的通讯联络设备，除各个工点、船上负责人员有手机无线通讯工具外，7、严格检查锚绳、锚环、卡环、卡子、将军柱、滑车、绞罐、卷扬机等所有受力构8、各工作拖轮及其他船只在锚区内行驶时应注9、环保措施9.1、在施工过程中，操作人员要加强各种施工机械的维修保养，尽可能降低施工机9.3、优先选用节能型的现场照明灯具，并合理布置，及时开关，在满足施工场界范9.4、加强施工管理工作，严格检查施