青島永泰長榮超高壓氣囊在大型沉箱出運(yùn)中的應(yīng)用與分析

jimosea

重力式碼頭沉箱出運(yùn)的傳統(tǒng)方式有滑道出運(yùn)及干船塢出運(yùn)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(yùn)，近幾年來采用超高壓氣囊出運(yùn)沉箱突破了場
地等條件限制，且具有成本低、工期短，出運(yùn)效果好等優(yōu)點(diǎn)。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(yùn)沉箱的作業(yè)方式進(jìn)行了分析與總結(jié)。
沉箱出運(yùn)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(yùn)；②利用干船塢、浮船塢或土塢制造并出運(yùn)；③在場地上的臺座制造，利用座底浮塢作為運(yùn)載工具，運(yùn)載沉箱出運(yùn)；④在場地上的臺座制造，利用半潛駁作為運(yùn)載工具，運(yùn)載沉箱出運(yùn)；⑤在岸壁臺座上制造，用大噸位起重船吊運(yùn)。對于選擇何種方式出運(yùn)，與沉箱結(jié)構(gòu)尺寸及數(shù)量，當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境、水文地質(zhì)條件，能夠取得的設(shè)備和設(shè)施的資源情況以及工期要求等因素有關(guān)，一般需通過經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較確定。近幾年隨著港口建設(shè)規(guī)模趨于大型化，大型重力式碼頭單件沉箱重量高達(dá)2000t左右甚至更高，由于預(yù)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(yùn)作業(yè)。自2003年以來，國內(nèi)部分工程采用超高壓氣囊技術(shù)進(jìn)行大型沉箱出運(yùn)作業(yè)，取得了較好的效果。筆者將結(jié)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(yùn)沉箱的施工技術(shù)進(jìn)行總結(jié)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(jié)構(gòu)，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(yù)制場地生產(chǎn)作業(yè)等條件的限制，經(jīng)過調(diào)研周邊類似工程以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治黾罢撟C，認(rèn)為本工程可采用超高壓氣囊方式出運(yùn)沉箱。
氣囊出運(yùn)沉箱的工作原理與滾筒搬運(yùn)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(gè)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(dòng)，從而使沉箱產(chǎn)生移動(dòng)，達(dá)到搬運(yùn)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(yīng)性強(qiáng)。出運(yùn)碼頭前沿設(shè)斜坡段，以使通道與前沿出運(yùn)碼頭高程銜接。承載力計(jì)算公式：Q=P×S,式中Q為承載力；P為氣囊內(nèi)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(yīng)變化，當(dāng)沉箱
底面和地面處于水平時(shí)，壓在構(gòu)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?yàn)闅饽以谟操|(zhì)地面滾動(dòng)，故依據(jù)有關(guān)規(guī)范滾動(dòng)摩擦系數(shù)取f=0.05。根據(jù)沉箱出運(yùn)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(jì)算承載面積，并按氣囊的允許壓力計(jì)算出氣囊所需的最短總長度，最后確定氣囊根數(shù)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(guān)，氣囊受壓變形后，其截面可視作由直徑為H的2個(gè)半圓和長度為B、H的方型組成。根據(jù)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(dòng)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(shù)量：N。=K×G/F=1.3×
2080 t/407 t=6.6根≈7根；因平移轉(zhuǎn)換時(shí)實(shí)際受力氣囊數(shù)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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)換時(shí)7根)氣囊共搬運(yùn)一個(gè)沉箱。氣囊結(jié)構(gòu)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(dá)到工作高度后，卷揚(yáng)機(jī)牽引，氣囊滾動(dòng)，沉箱移動(dòng)，由兩臺8t卷揚(yáng)機(jī)通過滑輪組在沉箱移動(dòng)的方向兩側(cè)同步牽引。為確保沉箱移動(dòng)過程中的穩(wěn)定性，在沉箱移動(dòng)的反方向上采取同樣的牽引系統(tǒng)進(jìn)行沉箱移動(dòng)保護(hù)。沉箱牽引速度控制在2.5 m/min左右，牽引鋼絲繩的捆綁點(diǎn)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(yùn)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(jié)供氣管道，連結(jié)牽引系。4)啟動(dòng)空壓機(jī)同時(shí)向各個(gè)氣囊供氣，當(dāng)充氣壓力達(dá)到預(yù)定頂升壓力的80%時(shí)，停止供氣。檢查所有氣囊的壓力是否一致，不一致時(shí)可向單個(gè)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(jìn)閥關(guān)閉，停止供氣。拆除支承枕木。5)拆除所有的聯(lián)接膠管，打開各個(gè)氣囊的排氣閥，進(jìn)行緩慢放氣。當(dāng)氣囊的高度降至出運(yùn)高度時(shí)，關(guān)閉排氣閥，并檢查調(diào)整各氣囊的壓力基本一致。

6)在專業(yè)技術(shù)人員的統(tǒng)一指揮下，啟動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)，拉動(dòng)沉箱緩慢向前移動(dòng)。當(dāng)沉箱前面空出一個(gè)氣囊的間距時(shí)，停止?fàn)恳?，擺入氣囊，并充氣到預(yù)定壓力后再重新牽引。當(dāng)后面的氣囊快要離開沉箱時(shí)，打開排氣閥排氣，并運(yùn)送到沉箱前面預(yù)定位備用。重復(fù)以上步驟，直到將沉箱移到預(yù)定位置。