青島永泰長榮超高壓氣囊在大型沉箱出運中的應用與分析

jimosea

重力式碼頭沉箱出運的傳統(tǒng)方式有滑道出運及干船塢出運等方式，但在一些工程中由于客觀條件限制，無法采用傳統(tǒng)方式出運，近幾年來采用超高壓氣囊出運沉箱突破了場
地等條件限制，且具有成本低、工期短，出運效果好等優(yōu)點。以廈門港東渡港區(qū)21*泊位工程為例，對采用超高壓氣囊出運沉箱的作業(yè)方式進行了分析與總結。
沉箱出運的傳統(tǒng)方式主要有以下5種：①在場地的臺座上制造，利用滑道出運；②利用干船塢、浮船塢或土塢制造并出運；③在場地上的臺座制造，利用座底浮塢作為運載工具，運載沉箱出運；④在場地上的臺座制造，利用半潛駁作為運載工具，運載沉箱出運；⑤在岸壁臺座上制造，用大噸位起重船吊運。對于選擇何種方式出運，與沉箱結構尺寸及數量，當地的自然環(huán)境、水文地質條件，能夠取得的設備和設施的資源情況以及工期要求等因素有關，一般需通過經濟技術比較確定。近幾年隨著港口建設規(guī)模趨于大型化，大型重力式碼頭單件沉箱重量高達2000t左右甚至更高，由于預制場條件等客觀原因的限制，上述5種傳統(tǒng)方法無法完全滿足大型沉箱的出運作業(yè)。自2003年以來，國內部分工程采用超高壓氣囊技術進行大型沉箱出運作業(yè)，取得了較好的效果。筆者將結合廈門港東渡港區(qū)21*泊位施工中采取的超高壓氣囊方式出運沉箱的施工技術進行總結與分析。
工程概況及氣囊工作原理

廈門港東渡港區(qū)21“泊位工程水工主體采用重力式沉箱結構，共有沉箱11件，外型尺寸：1750mm×1440 mm×17800 mm,單件自重為2080 t。由于沉箱重量較大且受到預制場地生產作業(yè)等條件的限制，經過調研周邊類似工程以及嚴謹的分析及論證，認為本工程可采用超高壓氣囊方式出運沉箱。
氣囊出運沉箱的工作原理與滾筒搬運重物的工作原理比較相似，在沉箱底部與地面之間墊若干個氣囊并充氣頂升起沉箱，通過外力牽引沉箱使氣囊向前滾動，從而使沉箱產生移動，達到搬運沉箱的目的。氣囊與地面為面接觸，受力面積大且相對均勻，單位面積受力小，對場地適應性強。出運碼頭前沿設斜坡段，以使通道與前沿出運碼頭高程銜接。承載力計算公式：Q=P×S,式中Q為承載力；P為氣囊內壓力；S為承載面積之正投影面積。氣囊為柔軟彈性體，在使用過程中其形狀受多種因素影響而改變，承載面積與承載力也相應變化，當沉箱
底面和地面處于水平時，壓在構件下的氣囊的橫截面呈正扁圓形，氣囊的承載力可參見表1。因為氣囊在硬質地面滾動，故依據有關規(guī)范滾動摩擦系數取f=0.05。根據沉箱出運方向選擇氣囊長度，再確定頂升高度(工作高度)為0.4 m,由此計算承載面積，并按氣囊的允許壓力計算出氣囊所需的最短總長度，最后確定氣囊根數及擺放位置。氣囊承載面寬度B與氣囊直徑D和氣囊工作高度H有關，氣囊受壓變形后，其截面可視作由直徑為H的2個半圓和長度為B、H的方型組成。根據沉箱平面尺寸、底膜工字鋼間距及工作高度要求，本次沉箱平移選擇直徑D
=1.0 m,工作高度H=0.4 m的超高壓滾動氣囊。氣囊長度：L=Lo+2×0.866D=14.4m+2×0.866×1m=16.132 m;工作高度：H=400 mm;承載面寬：B=3.14159(D-H)/2=3.14159
×(1.0 m-0.4 m)/2=0.942 m;承載面積：S=B×L=0.942m×14.4m=13.565 m2;單根氣囊承載力：F=S×P=13.565m2×0.3 MPa=407 t;所需氣囊的數量：N。=K×G/F=1.3×
2080 t/407 t=6.6根≈7根；因平移轉換時實際受力氣囊數量比正常狀態(tài)少1根，故取N=8根；氣囊之間的間距：中心間距：2072 mm;凈間距：730 mm。
氣囊結構形式
氣囊骨架材料為錦綸簾子布，囊嘴為鋁合金鑄件，氣囊直徑1.0 m、長16.13 m,充氣壓偏后承壓面寬0.942 m、工作高度0.4m,8根(K=1.3,轉換時7根)氣囊共搬運一個沉箱。氣囊結構型式及剖面示意圖見圖1。
氣囊的牽引系統(tǒng)及充氣系統(tǒng)
1)氣囊充氣達到工作高度后，卷揚機牽引，氣囊滾動，沉箱移動，由兩臺8t卷揚機通過滑輪組在沉箱移動的方向兩側同步牽引。為確保沉箱移動過程中的穩(wěn)定性，在沉箱移動的反方向上采取同樣的牽引系統(tǒng)進行沉箱移動保護。沉箱牽引速度控制在2.5 m/min左右，牽引鋼絲繩的捆綁點距地面1.5 m左右。氣囊牽引力約為沉箱重量的5%,可隨著牽引高度的降低而減少。前沿坡道坡度為1.94%。沉箱牽引及過駁見圖3所示。2)檢查供氣系統(tǒng)和牽引系統(tǒng)，清掃出運通道及檢查清理沉箱底部的尖銳物。3)在沉箱底部放入氣囊，排列整齊且相互平行，連結供氣管道，連結牽引系。4)啟動空壓機同時向各個氣囊供氣，當充氣壓力達到預定頂升壓力的80%時，停止供氣。檢查所有氣囊的壓力是否一致，不一致時可向單個氣囊供氣，使壓力基本一致，然后繼續(xù)充氣，直至沉箱離開支承枕木。將氣囊的進閥關閉，停止供氣。拆除支承枕木。5)拆除所有的聯接膠管，打開各個氣囊的排氣閥，進行緩慢放氣。當氣囊的高度降至出運高度時，關閉排氣閥，并檢查調整各氣囊的壓力基本一致。

6)在專業(yè)技術人員的統(tǒng)一指揮下，啟動卷揚機，拉動沉箱緩慢向前移動。當沉箱前面空出一個氣囊的間距時，停止牽引，擺入氣囊，并充氣到預定壓力后再重新牽引。當后面的氣囊快要離開沉箱時，打開排氣閥排氣，并運送到沉箱前面預定位備用。重復以上步驟，直到將沉箱移到預定位置。