高壓氣囊搬運大型沉箱技術(shù)在港口工程中的研究和應(yīng)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(shè)快速蓬勃發(fā)展， 碼頭建設(shè)越來越朝大泊位、深水泊位方向發(fā)展；  同時， 與之相適應(yīng)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(gòu)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(gòu)件的陸上搬運需求就越來越迫切。這些港口用建筑結(jié)構(gòu)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(shù)提出了更高更嚴格的要求，  因此， 大型建筑結(jié)構(gòu)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(chǎn)工藝和要求及設(shè)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(gòu)件， 由于現(xiàn)場條件的局限，  設(shè)備的重量遠遠超出了常規(guī)起重設(shè)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(shù)是流體傳動及控制技術(shù)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(lǐng)域機電一體化技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，  隨著工業(yè)自動化程度  的提高，氣動技術(shù)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(lǐng)域得到越來越廣泛  的應(yīng)用， 氣動技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)今實現(xiàn)自動化的重要手段之一。氣動搬運設(shè)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(shè)  備由超高壓氣囊集群組成，  比液壓系統(tǒng)技術(shù)更經(jīng)濟、  更環(huán)保， 是超高超重設(shè)備吊  裝的重要工具之一 。氣動搬運設(shè)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(gòu)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(gòu)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(chǔ)要求低，特別適合臨時預(yù)制場的工程。

(6)有利于保護建筑構(gòu)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(guān)鍵技術(shù)是氣囊制造技術(shù)以及同步控制技術(shù)， 其發(fā)展經(jīng) 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(shù)。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(zhì)量。這類裝置不僅在 船舶建設(shè)工程中， 而且在國內(nèi)港口工程建設(shè)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(yù)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(gòu)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(shè)需要大量大型建筑構(gòu)件，  同時， 由于這些 港口屬于沉積土質(zhì)，  易沉降， 這就加大了對氣動頂升搬運系統(tǒng)的需求，  其應(yīng)用前

景良好。

圖 1－1  中港四航局第一工程公司東江口預(yù)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(gòu)件常用陸地上的頂升搬運方法

1.2.1 千斤頂頂升大型構(gòu)件

中港第一航務(wù)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(yù)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(cè)對稱，每側(cè)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(chǔ)梁承受結(jié)構(gòu)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(nèi)進行支頂半圓體結(jié)構(gòu)。千斤頂頂升  工藝即預(yù)先在預(yù)制臺座上布置千斤頂基礎(chǔ)， 然后設(shè)置頂升溝槽，  大型構(gòu)件預(yù)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(gòu)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(chǔ)，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(zhǔn)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(jīng)有幾十年

的歷史， 有著成熟的施工技術(shù)，  如： 中港第一航務(wù)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(jié)合 的出運工藝。橫移車乘載沉箱的全部重量，  軌道應(yīng)滿足橫移車的線荷載，  由力矩 平衡和虎克定律可知： 根據(jù)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(shè)施：

預(yù)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(gòu)件存在如下缺點：

(1)該工藝需要設(shè)置軌道梁、鋼軌、平移滑車等設(shè)備，投資費用高，往往為

單位所不能接受，在投標(biāo)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(chǎn)生不均勻受力，設(shè)備損壞，

需要經(jīng)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(jié)構(gòu)的要求高，限制了所使用浮船塢的船型。

(5)對沉箱預(yù)制適應(yīng)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(yù)制廠及相應(yīng)設(shè)備進行相應(yīng)調(diào)整。

圖 1－3 軌道式出運大型建筑構(gòu)件

1.2.3 采用高壓氣囊搬運大型構(gòu)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(shù)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(zhì)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(wǎng)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(jié)構(gòu)采用滑移法整體提升技術(shù)，  并且采用脈寬調(diào)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(shù)，  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(gòu)件的頂升搬運可應(yīng)用于各個行業(yè)。