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本文介紹了“四航南沙”號浮船塢的下潛過程，南沙港區(qū)一期工程3號、4號泊位2212t 沉箱的出塢、洋游拖運及沉箱安裝等施工工藝，并對其工藝過程及技術問題進行了分析和比較。

關鍵詞：沉箱；出塢；浮游；拖運；安裝

Undocking,Floating Transportation and Installation of Large Caisson

Abstract: This paper introduces the submerging procedure of leetirg cock"Sthang Nancha",undocking,fkeating transportation and installation techniques of 2212t cnisson for berth 3 and berth 4 oi Nansha port aone phase I project.It analyzes and compares their technical peedures and techrucs!pr-Siems.

Key worls: caisom;urdcking;flcauirg transportation;installation

南沙港區(qū) 一期工程3號、4號泊位共有沉箱42件，為順岸式安裝。沉箱外型尺寸長17 . 84m 、寬 1 5m 、高 18.9m, 重2212t。

沉箱在中港四航局一公司東江口預制廠預制，采用超高壓氣囊出運技術將沉箱移運到“四航南沙”浮船塢上，由拖輪拖航至施工水域現(xiàn)場，浮船塢在預定下潛坑下潛、沉箱出塢，井存放于存放場，或用拖輪直接將沉箱拖運到安裝位置進行安裝。

安裝過程共分為下潛出鳩、浮游拖運、就位安裝三個主要工序。

2 浮游穩(wěn)定驗算

為確保沉箱出塢、存放、浮游拖運和安裝等順利進行和安全，沉箱出運前對沉箱進行浮游穩(wěn)定性計算，作為施工的重要參考數(shù)據(jù)。

沉箱浮游穩(wěn)定計算如下：

沉箱倉內壓載采用水壓載，以 “B” 型沉箱(中間有橡膠護舷預留缺口)為例，經計算：

單件沉箱體積： 8 8 1 . 3 1m3; 單個沉箱重量：

沉箱重心： X=7.762m;Ye=7.943m。

采用力矩平衡原理計算如下(以沉箱迎水面中心線計):

偏心距離=(1+14/2) - 7 . 762=0 . 238m

偏主矩=(22121+8)×0 . 238=5266 . 7kN.m(8kN 為封水板重量)

需加平衡水量t (后四倉)計算如下：

10.25×[4×(15.85t-0.317)]×4.52=5266.7 得 t=1.813m

上式(15 .85t-0.317) 為后四倉單倉注水體積計算公式。

“B” 型沉箱浮游穩(wěn)定計算匯總見表1。

穩(wěn)定干舷高度7.44m

經過計算，本工程沉箱穩(wěn)定吃水深度為11.45m, 沉箱浮游拖運時，為了安全，綜合現(xiàn)場水域水深情況，適當增加沉箱吃水深度，以提高沉箱拖運時的浮游穩(wěn)定性。

根據(jù)浮船塢下潛、沉箱出塢要求，在施工水域附近選定一區(qū)域：50m×60m, 拋砂至高程 - 13 . 5m 后作為下潛坑。

3.2 下潛出塢的潮位和時間確定

表1 “B”型沉箱浮游穩(wěn)定計算表

本工程沉箱經計算穩(wěn)定吃水深度為11 . 45m, 沉箱支墊高度 0 . 3 0m; 考慮出塢時的工作余量后，“四航南沙”號需要下潛至最大下潛深度才能滿足沉箱的出塢要求，所以下

潛區(qū)水深必須達到如下要求：

下潛坑水深 ≥ 下潛深度 + 型深 = 1 2m+3.4m=15.4m

“四航南沙”號浮船塢下潛至最大潛深整個過程需要時間為 4 . 5 ~ 5h, 沉箱出塢所需時間為 0 . 5 ～ 1h。

所以沉箱出塢時，下潛區(qū)城當天潮位必須滿足如下條

高潮潮位水深≥15 . 4m, 且此潮位必須維持 1h 以上。

“四航南沙”號浮船塢下潛時間選擇在下潛區(qū)水深達到 15.4m 之前 5 ~ 5 . 5h 開始注水下潛。

3.3 淳船塢下潛、沉箱準備工作

3.3.1 浮船塢拋錨定位，操作平臺及水泵安裝

“四航南沙”號浮船鳩在下潛坑處拋錨定位后，工作船就位，在沉箱與“四航南沙”號操縱室頂之間安裝人行棧橋、操作平臺 ( 見圖 1 ) 。在沉箱內外分別各安裝 6 ～ 1 2 臺大流量港水退，用于沉箱隔倉油濾水和調整沉箱平衡穩(wěn)定。沉箱法水采用閥門注水方式時，沉箱外不需安裝水泵。

圖 1 沉箱頂操作平臺示意圖

考慮到灌水的需要，沉箱的前、中、后三排隔倉的上游兩個隔倉、下游兩個隔倉預制時，分別在其隔墻最下方預留連通孔，形成兩兩相通，這樣沉箱可按六個內倉孔考慮。在倒濾井側壁上預留安裝閘閥用的通水孔，并在沉箱移運上浮船塢前安裝好注水閘閥 ( 見圖 2 ) 。

3.3.2 固定及溜尾纜繩安裝

在沉箱頂四角預埋有拉環(huán)，分別用纜繩與“四航南沙” 號塢墻上的 4 個角的纜樁連接，做為沉箱出塢時沉箱穩(wěn) 定和溜尾用 ( 見圖 3 ) 。

在沉箱前后倉出塢方向，離沉箱底面 1 3 . 6m 處安裝 2

根帶孔緣拉桿，并分別用卡環(huán) 接上短鋼絲繩 (O15.5mm,

8m), 做為出塢及拖運用。在沉箱四角上方安裝帶孔緣拉

桿，并分別用卡環(huán) 接上短鋼絲繩 (O15.5mm,8m), 作為

駁船定位于沉箱出塢方向，跨過沉箱存放場，離“四航南沙”號浮船塢80～100m 處。駁船上固定有牽引沉箱用的2臺卷揚機，并配備供電發(fā)電機、照明燈具及起重機。

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圖 2 連通孔及注水閥門孔示意圖

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圖 3 棧橋、纜繩安裝示意圖

3.4 浮船塢下潛、沉箱注水

當準備工作完畢，下潛區(qū)潮位符合下潛要求條件時，所有參與人員就位，經最后檢查確定準備工作完備后，即可進入下潛程序。

“四航南沙”號浮船塢開始注水下潛 → 沉箱吃水深度為 5m 時，開啟注水鬧閥(潛水泵)開始向沉箱注水 → 沉箱吃水達到 9m 時，浮船塢暫停下潛 → 連接率引卷揚機鋼絲繩，根據(jù)浮游穩(wěn)定性計算的要求，將沉箱各倉壓倉水加至規(guī)定位置 → 壓倉水加完后吊開人行棧橋，浮船搗繼續(xù)下潛至沉箱起浮 → 啟動卷揚機，使鋼絲繩處于輕微受力狀態(tài) → 根據(jù) 沉箱浮起后的情況調整沉箱平衡，并將沉箱吃水調整到浮游穩(wěn)定狀態(tài)?！八暮侥仙场碧柛〈瑝]繼續(xù)注水下潛至12m (甲板面)。

3.5 沉箱出塢、存放

沉箱出鳥示意圖見盟4。

當沉精源起濟處于平衡穩(wěn)定狀態(tài)后，啟動卷揚機，緩慢拉動沉箱出塢 → 沉箱剛剛完全出塢口時暫停，沉箱加注壓倉水至沉箱吃水12m, 增加穩(wěn)定性 → 再次啟動卷揚機，將沉箱拖到存放場注水下沉存放?；驅⒊料淅炼ㄎ环今g 旁后，改掛拖輪拖纜，將沉箱拖運到安裝現(xiàn)場進行安裝。

3.5.2 存放場存放

沉箱出塢后，在未具備安裝條件時無法直接拖運安裝，為避免影響沉箱預制和出運，在下潛區(qū)與定位駁之間設置存放場，用于暫時存放沉箱，存放場底拋砂以隔開淤泥。

當沉箱被拉至存放場預定位置時，沉箱平衡注水下沉使其著底，并繼續(xù)注水至倉內水位高達到前倉：10m, 中倉：12m, 后倉：13m, 確保沉箱在潮沙處于高位時不至于上浮漂走。

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圖 4 沉箱出塢示意圖

4 沉箱的浮游拖運

4.1 潮位、時間選擇

( 1 ) 根據(jù) 沉箱浮游穩(wěn) 定計算、南沙水城現(xiàn) 場情況，確定沉箱浮游施運時的吃水深度為 1 2m, 所以沉箱拖運時，其拖運路線的水深必須滿足： ≥ 1 2m 。施工水城范圈滿足此條件時的潮沙水位的為 + 1 . 8m:

(2)沉箱浮游拖運時間選擇在漲潮、接近平潮時進行，這時潮水流速較慢，拖輪拖帶沉箱到達預定位置時處于進水流方向，利于控制。

( 3 ) 結合施工實際情況，拖運時間選擇在潮沙水位 1.8~1.9m 之間，海面浪高低于 0 . 5m, 風力小于 4 級的海況下進行。

4.2 沉箱抽水起浮

存放于存放場的沉輸，拖運前必須抽水起浮，沉箱抽水前事先用鋼絲繩或纜繩與附近沉箱或定位駁船相連，防止起浮后漂走。

沉輔抽水起浮要按浮游穩(wěn)定性計算書上的要求，結合

出塢時的情況，控制好沉箱各倉水位高差，使起浮時接近平衡穩(wěn)定狀態(tài) 。抽水過程不斷檢查并及時調整水位高差，盡量避免大的彈起現(xiàn)象發(fā)生。

4.3 沉箱淳游拖運

沉輔起浮后，拖輪拖纜與沉輔掛接，解開沉箱與附近連接的鋼絲繩或纜繩，即可開始拖運。拖運時測量船在拖輪前方測量水深并導航，發(fā)現(xiàn)淺點及時通知拖輪繞開，避免沉箱擱淺。同時拖輪上用 GPS 導航儀記錄下其經過路線，作為下次拖運時參考。

當特安裝沉箱未具備安裝條件，浮游拖運的沉箱必須暫時?？坑诖a頭前沿，等候安裝。沉箱拖至安裝區(qū)域附近后，拖輪慢車前進，將系在已安沉箱的纜繩，與掛在待安沉箱上鋼絲繩連接；再將卷揚機鋼絲繩繞過最下游一個已安裝沉箱角上的滑輪，先后分別與掛在待安裝沉箱上兩角上的鋼絲繩連接，拖輪解纜并腐開，啟動卷揚機緩慢將沉箱拉至碼關前沿后?？?見四5)。

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圖 5 沉箱停靠示意圖

第一件沉箱屬于粗安裝，誤差較大，待第二個沉箱安

第一件沉箱的安裝，因周圍并沒有任何輔助物，故只能進行粗安裝，目的是為以后的精確安裝創(chuàng)造條件，是整個工程沉箱安裝的關鍵。

粗安裝利用“四航南沙”號浮船鳩進行安裝，首先在安裝區(qū) 域附近約 5 0m處開挖一個下潛坑，供 “ 四航南沙 ”

號浮船塢下潛，以便第一個沉箱出塢和移動安裝。

浮船塢下潛后沉箱出塢，并在塢口處按穩(wěn)定性要求向沉箱各隔倉注水，使沉箱平衡并具有穩(wěn)定吃水深度；“四航南沙”號浮船塢起浮后，從塢口兩邊纜樁處各引一纜繩將沉箱固定于塢口，移動“四航南沙”號浮船塢并帶動沉箱至安裝位置就位，繼續(xù)向沉箱各隔倉注水使其平衡下沉并安放于基床上。

裝后，再抽水、起浮重新進行安裝。

5.2 第二個沉箱以后的安裝

該工程沉箱安裝方向為從上游往下游進行。潮位選擇在退潮、已安裝沉箱露出水面時開始。安裝時，將停掛于碼頭前沿的沉箱上游系纜解開，使沉箱隨水流方向緩慢往下深游，并用小船協(xié)助頂推沉箱，使沉箱到達已安裝沉箱的下游側，此過程中讓沉箱握轉180”掉頭，同時啟動卷揚機逐步將待安裝沉箱拉到安裝位置，啟動水泵或開啟注水閥，向沉箱灌水，平衡下沉，沉箱下降到適當高度后，掛上四個手動葫蘆(其中兩個平行安裝方向，另兩個交叉，

見圖 6 ) , 根據(jù) 接縫縫寬要求，在沉箱接縫處安放調節(jié) 縫寬用的木板 ( 枋),控制卷揚機、拉動手動葫蘆，對沉箱進行粗定位，沉箱繼續(xù)注水下沉。

當沉箱下沉至底面與基床面距離0 . 3～0 . 5m時，沉箱

卷揚機及其平臺

圖 6 第二種安裝工藝安裝示意圖

測量沉箱四個角的偏位、標高，根據(jù)測量結果.調益沉箱使其上下游標高接近或一致，前后坡度與簽床倒坡讀度鏈近或一致；安裝過程必須注意沉箱偏位、與已姿裊沉箱的錯牙，沉箱接逢的變化情況，并操作手泣前蘆不斷進行調整，使其在規(guī)范范圍之內，最后使沉箱按要求坐落于基床上。

沉箱坐落于基床面上后，繼續(xù)注水并不斷測量觀察沉箱動態(tài)，調整各倉注水速度，使沉箱不至于在注水過程中偏位。當沉箱注水至通過沉箱隔墻預留連通孔連通后，再次測量沉箱偏位情況，當符合規(guī)范要求時，向沉箱注水到和潮水潮位一致，沉箱安裝結束。若測量結果不符合規(guī)范要求時，則沉箱必須抽水上浮，重新進行安裝。

6.1 沉箱注水及其平衡

(1)由于沉箱預制存在誤差，沉箱按穩(wěn)定性計算要求進

行加水后，必須根據(jù)實際情況進行調整。

當需要減少壓倉水時，不宜抽中倉水，應該根據(jù)實際情況抽前倉或后倉的壓倉水；當需要增加壓倉水時，應以增加中倉壓倉水為原則，調整過程抽灌水應以少量、緩慢為原則，避免過快造成沉箱突然向某一方向傾斜，發(fā)生危險。

(2)沉箱出塢時由于受牽引鋼絲繩的拉力及海潮影響，沉箱向受力方向傾斜，所以沉箱出塢時的牽引控制必須緩慢進行。

6.2 牽引纜蠅在沉箱上因定方式

沉箱出塢或拖運時，沉箱上用于與牽引纜繩的連接采用兩種形式，圍纜形式和拉桿形式。

圍纜形式是用纜繩圍繞沉箱后引出繩頭，與卷揚機牽引鋼絲繩(或拖輪拖纜)連接，在沉箱隨浮船塢下潛過程中，需用人工不斷提高纜繩位置，最后達到牽引高度位置，其過程

煩嗩，勞動強沒高；由于纜繩與沉箱直接接觸發(fā)生磨損，在出塢和浮游拖運過程中容易斷纜，有在安全問題。

拉桿形式是在預留于沉箱牽引方向合適高度的孔上分別安裝上2根拉桿，并用卡環(huán)接上鋼絲繩。卷揚機鋼絲繩或拖輪拖纜與其連接，避免了纜繩與沉箱直接接觸產生的磨損，也減輕了勞動強度。

實際應用中證明了拉桿形式比圍纜形式更優(yōu)越、有效。

6.3 沉箱出塢牽引方式的比較

沉箱出塢牽引方式采用過兩種牽引方式：拖輪拖帶牽引

方式和卷揚機牽引方式。

拖輪拖帶時，沉箱受力、沉箱將向受力方向傾斜，由于拖輪推進器將水推向沉箱吃水部分，將造成沉箱傾斜加大和卡潛現(xiàn)象，影響沉箱出塢；而由于沉箱連接于浮船塢上的纜繩只能慢慢溜放，與拖輪速度難以協(xié)調，造成抱輪左右擺動，控制相對困難，并使沉箱隨拖輪偏擺，影響沉箱順利出塢。實踐證明拖輪拖帶方式難以滿足沉箱出塢要求。

經過改進，利用安裝于定位方駁上的2臺卷揚機取代拖輪拖帶牽引方案，牽引纜繩采用交叉纜方式，其優(yōu)點是可通過卷揚機的有效控制，減少沉箱傾料和偏擺現(xiàn)象，使沉箱出塢得以順利進行。

6.4 沉箱注水方式比較

沉箱注水方式先后采用了潛水泵注水和注水閥門注水

方式。潛水泵注水缺點是安裝潛水泵數(shù)量多，準備工作時間長，注水速度慢，同時需要消耗電力，增加操作人員勞動強度，潛水泵發(fā)生故障時必須更換等。優(yōu)點是可以集中控制，對沉箱調整平衡有利。

注水閥門注水方式優(yōu)點是減少了潛水系安裝數(shù)量和準

備工作時間、注水速度快、不需要消耗電力等優(yōu)點。但需要

人力根據(jù)需要操縱注水閩、對沉箱平衡調節(jié)不利。

兩種方式比較，注水閥門注水方式比潛水泵注水方式較有利。

格倉個數(shù)			壓倉水深 /m			加水重力 kN	沉箱重力 /kN	重心高度 Yc/m	總排水量 /m3	沉箱吃水 /m	浮心高度 Yw/m	a=Yc-Yw/m	定傾半徑	定傾高度	最大本頭整
前倉	中倉	后倉	前倉	中倉	后倉
4	4	4	2.3	3.11	4.11	6413.65	4590.1	9.37	2784.65	11.45	5.78	0.89	1.29	0.40	8.74

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