高壓氣囊搬運大型沉箱技術在港口工程中的研究和應用畢...

永泰長榮

隨著我國綜合國力的提高和融入世界進程的加快，港口建設快速蓬勃發(fā)展， 碼頭建設越來越朝大泊位、深水泊位方向發(fā)展；  同時， 與之相適應的沉箱也逐漸  向大型化發(fā)展，沉箱尺度規(guī)模越來越大，沉箱的自重、跨度和體積也越來越大。 這些大型建筑構件的安裝與運輸就成為一個越來越迫切解決的問題， 特別是大型  建筑構件的陸上搬運需求就越來越迫切。這些港口用建筑結構件沉箱的自重大、 體積大、跨度大、高度高， 無疑對陸上搬運技術提出了更高更嚴格的要求，  因此， 大型建筑結構件氣動搬運系統(tǒng)的研究對加快我國港口的現(xiàn)代化進程， 具有十分重

要的現(xiàn)實意義。

隨著生產工藝和要求及設備制造業(yè)的發(fā)展， 出現(xiàn)的這些大型甚至超大型的建 筑構件， 由于現(xiàn)場條件的局限，  設備的重量遠遠超出了常規(guī)起重設備的額定承載

能力，因此氣動提升裝置在這方面突顯優(yōu)勢，在吊裝市場占有重要地位。

氣動技術是流體傳動及控制技術的一個重要分支。近年來，  隨著工業(yè)的飛速  發(fā)展， 在工業(yè)自動化領域機電一體化技術得到了廣泛應用，  隨著工業(yè)自動化程度  的提高，氣動技術以其成本低廉、工作效率高、干凈且不污染環(huán)境、節(jié)約能源、 使用和維修方便、對環(huán)境要求不高等一系列優(yōu)點，  己在各個領域得到越來越廣泛  的應用， 氣動技術已經成為當今實現(xiàn)自動化的重要手段之一。氣動搬運設備是液  壓系統(tǒng)的延續(xù)和發(fā)展，  陸上水平移動系統(tǒng)由滾動氣囊和卷揚機組成，  氣動提升設  備由超高壓氣囊集群組成，  比液壓系統(tǒng)技術更經濟、  更環(huán)保， 是超高超重設備吊  裝的重要工具之一 。氣動搬運設備的起重搬運能力可達數(shù)千噸級，常用于超重、

超高、大跨度的構件安裝。其主要工作特點：

(1)起重量不受限制，通過氣動提升系統(tǒng)的擴展組合，能滿足千噸級甚至萬

噸級構件的吊裝。

(2)同步控制，安全受控。

(3)可操作性好，氣動提升系統(tǒng)體積大，重量輕。

(4)頂升過程平穩(wěn)，無附加沖擊載荷。

(5)對起重搬運的基礎要求低，特別適合臨時預制場的工程。

(6)有利于保護建筑構件，采用分布荷載，避免了液壓起重的集中載荷。

氣動頂升搬運系統(tǒng)的關鍵技術是氣囊制造技術以及同步控制技術， 其發(fā)展經 歷了氣囊出運、氣囊頂升及同步頂升搬運階段，  目前發(fā)展成為連續(xù)式同步頂升搬 運控制技術。系統(tǒng)實現(xiàn)完全同步控制、負載均衡、姿態(tài)校正、操作閉鎖、過程顯 示等工作， 大大提高了工程實施的安全可靠性，  保證工程質量。這類裝置不僅在 船舶建設工程中， 而且在國內港口工程建設中也發(fā)揮著重要的作用， 例如中港四 航局第一工程公司東江口預制廠 2212t 沉箱搬運如圖 1－1 所示， 3000t 廣順號油 輪下水如圖 1－2 所示。因此，大型建筑構件的陸上頂升搬運需求量大，特別是 我國北方地區(qū)的許多港口、  防潮壩建設需要大量大型建筑構件，  同時， 由于這些 港口屬于沉積土質，  易沉降， 這就加大了對氣動頂升搬運系統(tǒng)的需求，  其應用前

景良好。

圖 1－1  中港四航局第一工程公司東江口預制廠 2212t 沉箱搬運

圖 1－2 3000t 廣順號油輪氣囊下水

1.2 我國大型構件常用陸地上的頂升搬運方法

1.2.1 千斤頂頂升大型構件

中港第一航務局第五工程公司在秦皇島港煤四期碼頭工程中對長 26.26m、 寬 9.92m、高 18.5m，的超長沉箱，采取在陸域進行預制、溜放和水上接高的方  法施工。使用 10 臺 500t 油壓千斤頂，東西兩側對稱，每側各布置 5 臺，順利進  行了此超長沉箱的頂升作業(yè)。莆田八重洲飼料有限公司商住樓頂升平移施工， 頂  升要求受力梁規(guī)格大強度高，  由基礎梁承受結構荷載。天津港北大防波堤一期工  程采用 4 臺專用的 100t 千斤頂放入頂升槽內進行支頂半圓體結構。千斤頂頂升  工藝即預先在預制臺座上布置千斤頂基礎， 然后設置頂升溝槽，  大型構件預制完  成后從頂升溝槽放置千斤頂， 利用千斤頂將沉箱頂升。大型構件一般需要使用多  個數(shù)百噸的千斤頂，地基處理需要采用強夯、加大的基礎，造價高，地基處理時  間長。在沉箱頂升過程中， 諸如需要人員鉆入地溝， 放置千斤頂時位置必須準確，

頂升時各千斤頂操作必須同步、頂升過程時間長等，操作起來比較繁瑣。

1.2.2 采用軌道滑車出運沉箱

軌道滑車施工工藝是比較傳統(tǒng)的施工工藝，如圖 1－3 所示，已經有幾十年

的歷史， 有著成熟的施工技術，  如： 中港第一航務局第五工程公司在秦皇島港煤

四頭工程中對長 26.26m、寬 9.92m、高 18.5m 超長沉箱， 采取軌道與縱橫移結合 的出運工藝。橫移車乘載沉箱的全部重量，  軌道應滿足橫移車的線荷載，  由力矩 平衡和虎克定律可知： 根據橫移車的線荷載決定沉箱在平臺上的最制高度。實現(xiàn)

沉箱橫移需要配置如下設施：

預制平臺：  20m×20m 平臺共 8 個；

吊機： DQM540/30 型 2 臺，吊力 10t(變幅 18－37m)；

橫移車：兩列，自重 23.5t/列，中心軌距為 8m；

縱移車：兩列自重 26.18 t/列，中心軌距為 9 m；

斜架車：  一架.限重 2000t；

絞車：  30t 絞車 2 臺， 10t 絞車 2 臺；

電絞盤：  5t， 1 臺；

油壓千斤頂：頂力 500t， 10 臺。

可以看出采用軌道出運大型構件存在如下缺點：

(1)該工藝需要設置軌道梁、鋼軌、平移滑車等設備，投資費用高，往往為

單位所不能接受，在投標中也處于不利地位。

(2)鋼軌、滑輪、沉箱全部為剛性接觸，很容易產生不均勻受力，設備損壞，

需要經常檢查更換。

(3)對軌道水平平面要求高，在使用過程中維修率高，需要定期對軌道梁翻

修。

(4)沉箱上浮船塢時對搭岸結構的要求高，限制了所使用浮船塢的船型。

(5)對沉箱預制適應性不強，如平面尺寸變化、沉箱重心發(fā)生變化等，都需

要對預制廠及相應設備進行相應調整。

圖 1－3 軌道式出運大型建筑構件

1.2.3 采用高壓氣囊搬運大型構件

采用頂升平移法整體搬遷 2000 m3  自重 60t 的大型拱頂油罐，大型油罐的技

術參數(shù)如下：油罐高  14.3m、直徑  14.5m、罐的上部壁厚  6mm，罐的中間壁厚 8mm，罐的下部壁厚 10mm，罐底板的厚度 8mm，材質為 Q235－A。在上海東 方明珠廣播電視塔剛天線桅桿、北京西客站主站放鋼制門樓、北京首都機場四機 位機庫的網架屋頂以及 6000 噸上海大劇院鋼屋架等工程中，這些大跨度鋼珩架 結構采用滑移法整體提升技術，  并且采用脈寬調制方法實現(xiàn)同步控制。采用氣囊 搬運大型沉箱、實現(xiàn)船舶上排與下水、克服了以往中小型船廠修造船能力受制于 固定式下水滑道的弊端，  發(fā)展成為極具靈活性的下水技術，  可節(jié)省大筆修造大型

船舶下水滑道的資金。由此可見，大型構件的頂升搬運可應用于各個行業(yè)。