太平嶺核電碼頭沉箱設(shè)計優(yōu)化及氣囊出運方案探討

永泰長榮

廣東太平嶺核電廠借鑒其他項目成功安裝大型構(gòu)件的經(jīng)驗反饋，充分考慮利用項目所在位置自然條件優(yōu)勢及所建工程主體結(jié)構(gòu)形式特點，對重件碼頭沉箱進行結(jié)構(gòu)尺寸、預(yù)制施工選址、出運安裝工藝進行優(yōu)化。工程實踐表明，該方法經(jīng)濟合理，滿足工程進度、質(zhì)量、安全和成本控制要求，可為類似工程提供參考和經(jīng)驗借鑒。


一、工程概況
1．實例項目簡介
廣東太平嶺核電廠位于廣東惠州惠東市黃埠鎮(zhèn)，廠區(qū)內(nèi)一期海工工程由重件碼頭、取水明渠東防波堤、取水明渠西防波堤、臨時內(nèi)護岸等單位工程組成。重件碼頭位于取水明渠東防波堤中段西側(cè)，泊位位于取水明渠內(nèi)，主尺度控制船型為 3,000DWT 雜貨船，兼靠 3,000DWT 甲板駁。碼頭泊位總長 138.0m，為重力式沉箱結(jié)構(gòu)，碼頭平臺寬度 50.0m，碼頭面頂高程 6.0m。碼頭前沿中間位置設(shè)置 650t 固定旋轉(zhuǎn)起重機 1 臺。
2．工程背景
太平嶺核電廠項目重件碼頭沉箱原設(shè)計為 10 件2,000t 級沉箱。按傳統(tǒng)施工方法，沉箱于預(yù)制場預(yù)制完成后，通過氣囊于陸上縱橫移動沉箱至出運碼頭，沉箱趁潮位差進行裝船，再由半潛駁運至項目現(xiàn)場、方駁協(xié)助定位安裝。
項目現(xiàn)場鄰海場地面積受限，且天然水深條件較淺，無法滿足半潛駁作業(yè)吃水要求，現(xiàn)場建設(shè)沉箱預(yù)制場可行性小，故需選擇場外專業(yè)沉箱預(yù)制廠。項目鄰近地區(qū)符合要求的專業(yè)預(yù)制廠中，結(jié)合工程經(jīng)驗、距離等因素，最優(yōu)選擇為東江口預(yù)制場。東江口預(yù)制場位于東莞市麻涌鎮(zhèn)大盛村，距項目現(xiàn)場運距約260km。半潛駁運輸單次運輸單件沉箱至項目現(xiàn)場需耗時 2d。
二、同類工程項目類比
鄰近地區(qū)汕尾市陸豐核電廠項目重件碼頭噸級采用3,000t 級，設(shè)計船型為 3,000t 級雜貨船，兼靠 3,000t甲板駁。碼頭泊位總長 138.0m，為重力式沉箱結(jié)構(gòu)。碼頭前沿中間設(shè)置 900t 固定式全回轉(zhuǎn)起重機 1 臺。陸豐核電廠重件碼頭基礎(chǔ)采用 31 件沉箱，最重型號的沉箱為 496t。沉箱于廠區(qū)內(nèi)選擇臨海位置建設(shè)預(yù)制場進行預(yù)制，使用 SPMT 設(shè)備（自行式模塊運輸車）對沉箱進行陸上裝載運輸、縱橫移至臨海側(cè)，再由起重船直接起吊、拖運至碼頭區(qū)域安裝。
三、沉箱設(shè)計優(yōu)化方案
太平嶺核電廠重件碼頭結(jié)構(gòu)形式、泊位長度、設(shè)計停靠船型與陸豐核電一致，陸豐核電沉箱為 500t 級即可滿足設(shè)計要求，太平嶺核電原定沉箱設(shè)計則為 2,000t 級。對比 500t 級沉箱，2,000t 級沉箱在預(yù)制和安裝的施工過程中受限制相對較多，主要體現(xiàn)在以下幾點：
（1）受沉箱體積和出運方式影響，對其預(yù)制及存放場地要求高，主要體現(xiàn)在地形、面積、出運條件等方面。
（2）預(yù)制沉箱周轉(zhuǎn)次數(shù)較少，單次作業(yè)澆筑量較大，需投入更多人力、材料、機械設(shè)備，如增加了鋼模板用量、提高了起重設(shè)備性能要求等。
（3）出運和安裝沉箱所使用船機性能要求高，市場資源匱乏。
由此可見，太平嶺核電碼頭沉箱噸級存在優(yōu)化空間，
具體表現(xiàn)為：
1．預(yù)制場選址
太平嶺核電取水明渠東防波堤、重件碼頭和臨時內(nèi)護岸作為一個工作面整體統(tǒng)籌考慮進行施工，可利用核電廠區(qū)內(nèi)推填護岸所形成的陸域作為沉箱預(yù)制場地。根據(jù)核電廠整體工程節(jié)點要求，海工工程于 2017年 10 月 30 日開工，東防波堤和臨時內(nèi)護岸同步推填施工。重件碼頭開工節(jié)點為 2018 年 5 月 30 日；沉箱預(yù)制于 2018 年 11 月~2019 年 1 月完成；沉箱安裝于
2019 年 2 月~2019 年 3 月完成。根據(jù)施工進度計劃安排，沉箱預(yù)制時，臨時內(nèi)護岸已完成第一層推填。根據(jù)項目海域潮位和臨時內(nèi)護岸斷面結(jié)構(gòu)形式，分層推填標高為+4m，形成后方陸域面積約 24,000m2。
基于以下幾點，本項目考慮選擇于臨時內(nèi)護岸建設(shè)沉箱預(yù)制場：
（1）臨時內(nèi)護岸背靠煙墩嶺，沿天然礁石推填而成，
地基良好。堤心石為1~300kg 開山石，采用500~800kg


塊石護坡，坡度1:2。作為沉箱預(yù)制場基礎(chǔ)，承載力和 邊坡穩(wěn)定性滿足要求網(wǎng)。
(2)已推填的東防波堤位于臨時內(nèi)護岸東南側(cè)，對  臨時內(nèi)護岸起掩護作用，臨時內(nèi)護岸受風浪沖刷影響?。?沉箱預(yù)制計劃工期處于非臺風季，項目海域風浪條件好， 不對預(yù)制場構(gòu)成威脅。
(3)臨時內(nèi)護岸至重件碼頭大部分海域位于取水明 渠港池及航道疏浚區(qū)，設(shè)計疏浚標高滿足安裝沉箱船舶 通航要求。經(jīng)掃海測量，設(shè)計疏浚區(qū)域以外海域天然水 深條件較好，沉箱出運航道額外疏浚成本較低。
(4)臨時內(nèi)護岸形成陸域面積廣闊，滿足建設(shè)沉箱 預(yù)制場需求，不需增加場地租賃成本，且與臨時內(nèi)護岸 計劃工期相適應(yīng)，滿足重件碼頭工期目標的同時不影響 臨時內(nèi)護岸施工。
(5)臨時內(nèi)護岸距離重件碼頭沉箱安裝點約500m (按中點計),沉箱運輸距離短。
如圖1所示為項目現(xiàn)場施工環(huán)境。

圖1  項目現(xiàn)場環(huán)境
2. 沉箱安裝工藝選擇
沉箱傳統(tǒng)施工工藝為：2,000t 沉箱出運采用氣囊搬運、 卷揚機牽引及遛尾的工藝；運輸、安裝采用半潛駁配合拖輪 施工(以下簡稱舊方案)。
太平嶺核電項目從成本、安全、進度方面進行分析，結(jié) 合項目施工場地，擬優(yōu)化沉箱設(shè)計為1,000t 級，采用1,500t  起重船直接吊裝沉箱(以下簡稱新方案)。新方案根據(jù)優(yōu)化后 沉箱及預(yù)埋件重量、起重船起重性能表，規(guī)劃各個型號沉箱 預(yù)制位置，按照規(guī)劃建設(shè)沉箱預(yù)制場，做到規(guī)劃精細化。根 據(jù)起重船吊鉤和沉箱平面尺寸定制“可調(diào)式起重定位架”,優(yōu) 化了傳統(tǒng)吊裝架的復(fù)雜設(shè)計和加工制作，實現(xiàn)架體僅承受較 小的水平分力，降低變更吊具頻次，減少了施工輔助環(huán)節(jié)。
(1)成本控制方面
計算原則：以最終圖紙為準推算沉箱混凝土用量，鋼筋 用量u≈1.9;       單價參考類似項目單價計算。
舊方案與新方案造價差異主要在以下方面，具體對比見 表1。
1)預(yù)制造價
舊方案：2,000t級沉箱(10件)混凝土總量約6,500m3,  費用約610萬元；鋼筋總用量約1,230 t,  費用約670萬元。 合計造價1,280萬元。
新方案：1,000t 級沉箱(16件)混凝土總量約5,200m3,

費用約490 萬元；鋼筋總用量約1,000 t,  費用約550萬元。 合計造價1,040萬元。
2)運輸、安裝造價
舊方案：2,000t 級沉箱(10件)計劃于東江口預(yù)制場 預(yù)制，半潛駁出運安裝，單件沉箱費用為55萬元，合計造 價550 萬元。
新方案：1,000t 級沉箱(16件)于臨時內(nèi)護岸起吊， 運輸至碼頭安裝，單件沉箱費用約36萬元，合計造價576
萬元。
表 1      造 價 對 比 表

類剛	插制費用(萬無)	出跡，安裝費用(萬元)	合計(萬無)
明方重	1.28D	590	1.830
新方章	1.040	576	1.616

綜上所述，新方案總造價較低，項目效益更優(yōu)。
(2)進度控制方面
舊方案：2,000t級沉箱共10件，半潛駁工效為1件/3d, 工期共30d。
新方案：1,000t 級沉箱共16件，起重船工效為1件/d, 工期共16d。
綜上所述，新方案工效大于舊方案，能有效縮短工期。 (3)質(zhì)量控制方面
1)新方案使用起重船吊裝沉箱，沉箱離岸、拖運、安裝 過程中保持穩(wěn)定，不易與鄰近構(gòu)件碰撞，有利于成品保護；
2)新方案中，起重船可通過帶中錨小幅度調(diào)整船位和擺 向，有利于提升沉箱安裝速度、減小沉箱安裝誤差。
(4)安全風險方面
1)按舊方案工藝，沉箱需采用氣囊陸上搬運，沉箱搬運 過程中人員需穿插作業(yè)，氣囊爆裂為主要危險源。新方案使 用起重船直接起吊沉箱，規(guī)避了此危險源；
2)舊方案中沉箱使用半潛駁由預(yù)制場運輸至項目現(xiàn)場， 運輸耗時長，自然條件對運輸影響大，存在安全不穩(wěn)定因素  多。新方案中沉箱運輸路程僅500m,   且運輸航道海域已形  成掩護，風浪條件好，極大降低了運輸風險。
3)舊方案使用半潛駁安裝沉箱，需多個人員站立于沉箱  上監(jiān)測沉箱實時動態(tài)。沉箱沉放過程中，人員落水風險大。  新方案使用起重船吊裝沉箱，沉箱以擺正姿態(tài)沉放、穩(wěn)定入  水；且因運距短，可于沉箱前沿安裝固定GPS  儀器動態(tài)監(jiān)測， 沉箱安裝到位穩(wěn)定后人員方上沉箱頂復(fù)測。
三、結(jié)束語
綜上所述，通過太平嶺項目碼頭工程沉箱結(jié)構(gòu)的思路調(diào) 整以及其實施的效果對比可得：在滿足設(shè)計要求的同時，充 分調(diào)研項目特點，結(jié)合施工經(jīng)驗，發(fā)揮各方優(yōu)勢，合理化變 更有利于設(shè)計落地，實現(xiàn)項目提效增益。






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