高壓氣囊搬運(yùn)大型沉箱技術(shù)

永泰長(zhǎng)榮

摘要：高壓氣囊及半潛駁搬運(yùn)大型沉箱突破了大型重力式沉箱碼頭工程施工的技術(shù)瓶頸，為遠(yuǎn)離港工專業(yè)預(yù)制廠的地區(qū)建 造大型沉箱碼頭創(chuàng)造了必要的技術(shù)條件，是港口工程建設(shè)的一大技術(shù)進(jìn)步。就多個(gè)重力式沉箱碼頭工程采用高壓氣囊搬運(yùn)大 型沉箱技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的總結(jié)。

關(guān)鍵詞：高壓氣囊：沉箱搬運(yùn)：技術(shù)研究

目前我國港口重力式碼頭的單個(gè)沉箱重量已超過1000t 甚至在2000t  以上。采用傳統(tǒng)的預(yù)制、出運(yùn)、 安裝工藝受到投資成本、工期、場(chǎng)地條件等多方面的制約。為突破大型沉箱陸上運(yùn)輸?shù)募夹g(shù)瓶頸，尋求科  學(xué)、經(jīng)濟(jì)的技術(shù)工藝，中港第三航務(wù)工程局近年來對(duì)高壓氣囊(下簡(jiǎn)稱氣囊)搬運(yùn)大型沉箱技術(shù)進(jìn)行了重  點(diǎn)的應(yīng)用研究。至今已通過在多個(gè)工程項(xiàng)目應(yīng)用實(shí)踐，技術(shù)上日趨成熟與完善，搬運(yùn)的沉箱最重達(dá)2000t    以上，搬運(yùn)沉箱個(gè)數(shù)已達(dá)1206個(gè)(次),移動(dòng)行程約44360 m, 形成了一套比較完整的、適應(yīng)于多種規(guī)  格沉箱和重型構(gòu)件出運(yùn)的氣囊搬運(yùn)技術(shù)。

1 氣囊搬運(yùn)技術(shù)的內(nèi)容

氣囊搬運(yùn)技術(shù)的主要內(nèi)容包括：氣囊的性能、氣囊的承載力、沉箱預(yù)制場(chǎng)的平面布置、沉箱搬運(yùn)牽引 和充氣系統(tǒng)、搬運(yùn)的技術(shù)工藝、沉箱預(yù)制底模、堆場(chǎng)和運(yùn)輸通道、上駁工藝、經(jīng)濟(jì)效益分析及推廣應(yīng)用價(jià) 值評(píng)估等。

到目前國內(nèi)氣囊搬運(yùn)大型沉箱技術(shù)并無相關(guān)的技術(shù)規(guī)程和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，國外也未見有此技術(shù)應(yīng)用的公開  報(bào)道。為此，我們應(yīng)用研究的技術(shù)線路和目標(biāo)為：氣囊搬運(yùn)技術(shù)的適用性，即該技術(shù)要適用于200～3000t    的沉箱或其他重型構(gòu)件的施工，必須滿足現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制場(chǎng)的場(chǎng)地條件；確定氣囊搬運(yùn)技術(shù)的工藝設(shè)計(jì)和主要參  數(shù)：制定技術(shù)規(guī)程和安全事項(xiàng)；研究并設(shè)計(jì)與氣囊搬運(yùn)技術(shù)相關(guān)的沉箱預(yù)制場(chǎng)平面布置、預(yù)制沉箱的底模、 通道、堆場(chǎng)、供氣系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)、移動(dòng)速度、沉箱上駁的碼頭設(shè)施、半潛駁的改造等。

2 技術(shù)工藝簡(jiǎn)介

氣囊搬運(yùn)沉箱的工作原理是在需要移動(dòng)的大型沉箱或重件下面，放置經(jīng)計(jì)算后確定的若干個(gè)圓柱型的 氣囊，氣囊通過供氣系統(tǒng)充氣后將沉箱頂升，開啟牽引系統(tǒng)，氣囊滾動(dòng)使沉箱實(shí)現(xiàn)水平移動(dòng)。

2.1 氣囊的結(jié)構(gòu)型式

氣囊囊體骨架材料為錦綸簾子布，囊嘴為鋁合金鑄體。其結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 氣囊結(jié)構(gòu)型式

2.2 氣囊的規(guī)格及其性能

氣囊的類別有中壓氣囊、高壓氣囊、超高壓氣囊三種。目前常見的氣囊規(guī)格、性能見表1。

2.3 氣囊搬運(yùn)大型沉箱工藝

2.3.1 預(yù)制場(chǎng)平面布置

采用氣囊及半潛駁搬運(yùn)大型沉箱工藝的預(yù)制場(chǎng)布置應(yīng)根據(jù)提供的預(yù)制場(chǎng)地大小及施工進(jìn)度要求，合理

布置沉箱預(yù)制底模、沉箱堆放場(chǎng)地、鋼筋綁扎場(chǎng)地等，并配置相應(yīng)的起重設(shè)備(用于鋼筋模板及砼吊運(yùn)), 以滿足沉箱預(yù)制要求。同時(shí)，又須考慮如何將預(yù)制好的沉箱通過氣囊搬運(yùn)到堆放場(chǎng)和通過碼頭平移至半潛 駁上。為此，預(yù)制場(chǎng)的布置要根據(jù)氣囊搬運(yùn)的特點(diǎn)設(shè)置沉箱出運(yùn)通道，以及相應(yīng)的供氣系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)的 位置，以實(shí)現(xiàn)沉箱在規(guī)劃的范圍內(nèi)水平移動(dòng)。下圖為汕頭廣澳港區(qū)一期碼頭水工工程的碼頭構(gòu)件預(yù)制場(chǎng)的 平面布置圖(見圖2)。

表1  常見的氣囊類別、規(guī)格及性能

類別	氣囊直徑Vm	氣囊工作(允許) 壓力/MPa	氣囊實(shí)驗(yàn)壓力 R/MPa	每米氣囊體承載力q/(RN·m1)
				工作高度(P為 直徑50%	工作高度(H)為 直徑40%	工作高度(H)為 直徑30%
氣囊超高壓             囊高壓	0.8	≤0.40	0.52	251	302	352
	1.0	≤0.30	0.39	236	283	330
	1.2	≤0.25	0.325	236	283	330
	1.5	≤0.21	0.273	247	297	346
	0.8	≤0.25	0.30	157	188	218
	1.0	≤0.20	0.24	157	188	220
	1.2	≤0.166	0.20	156	188	220
	1.5	≤0.134	0.16	158	189	220

巨電房

圖2 汕頭廣澳港區(qū)一期碼頭水工工程預(yù)制場(chǎng)平面布置

2.3.2 預(yù)制場(chǎng)地的地基處理

要對(duì)預(yù)制場(chǎng)地的地基進(jìn)行相應(yīng)的處理，以滿足承載力要求。沉箱的出運(yùn)通道要求平整，承載能力要相 對(duì)均勻，且大于使用氣囊工作壓力的兩倍以上，同時(shí)左右水平度、坡度均應(yīng)滿足要求。

2.3.3 沉箱預(yù)制底胎模

沉箱預(yù)制底胎模應(yīng)考慮到氣囊能夠放置到沉箱的底部，沉箱搬運(yùn)時(shí)底胎?？刹鸪?，實(shí)現(xiàn)沉箱的水平移 動(dòng)。為此，沉箱的預(yù)制底胎模應(yīng)設(shè)計(jì)為活動(dòng)式結(jié)構(gòu)。

2.3.4氣囊的選擇及校核

先根據(jù)沉箱的出運(yùn)邊寬選擇單根氣囊的長(zhǎng)度，再確定出運(yùn)(頂升)高度，由此計(jì)算出承載面積，并按 氣囊的許用壓力計(jì)算出氣囊所需最短總長(zhǎng)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，其截面可看作由直徑為H的 2個(gè)半圓和長(zhǎng)、寬分別為BH  的方形組成，如圖3示。