太平嶺核電碼頭沉箱設(shè)計(jì)優(yōu)化及氣囊出運(yùn)方案探討

永泰長(zhǎng)榮

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


一、工程概況
1．實(shí)例項(xiàng)目簡(jiǎn)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(shí)內(nèi)護(hù)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(zhǎng) 138.0m，為重力式沉箱結(jié)構(gòu)，碼頭平臺(tái)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(jī) 1 臺(tái)。
2．工程背景
太平嶺核電廠項(xiàng)目重件碼頭沉箱原設(shè)計(jì)為 10 件2,000t 級(jí)沉箱。按傳統(tǒng)施工方法，沉箱于預(yù)制場(chǎng)預(yù)制完成后，通過(guò)氣囊于陸上縱橫移動(dòng)沉箱至出運(yùn)碼頭，沉箱趁潮位差進(jìn)行裝船，再由半潛駁運(yùn)至項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)、方駁協(xié)助定位安裝。
項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)鄰海場(chǎng)地面積受限，且天然水深條件較淺，無(wú)法滿足半潛駁作業(yè)吃水要求，現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)沉箱預(yù)制場(chǎng)可行性小，故需選擇場(chǎng)外專(zhuān)業(yè)沉箱預(yù)制廠。項(xiàng)目鄰近地區(qū)符合要求的專(zhuān)業(yè)預(yù)制廠中，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)、距離等因素，最優(yōu)選擇為東江口預(yù)制場(chǎng)。東江口預(yù)制場(chǎng)位于東莞市麻涌鎮(zhèn)大盛村，距項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)距約260km。半潛駁運(yùn)輸單次運(yùn)輸單件沉箱至項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)需耗時(shí) 2d。
二、同類(lèi)工程項(xiàng)目類(lèi)比
鄰近地區(qū)汕尾市陸豐核電廠項(xiàng)目重件碼頭噸級(jí)采用3,000t 級(jí)，設(shè)計(jì)船型為 3,000t 級(jí)雜貨船，兼靠 3,000t甲板駁。碼頭泊位總長(zhǎng) 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(jī) 1 臺(tái)。陸豐核電廠重件碼頭基礎(chǔ)采用 31 件沉箱，最重型號(hào)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(chǎng)進(jìn)行預(yù)制，使用 SPMT 設(shè)備（自行式模塊運(yùn)輸車(chē)）對(duì)沉箱進(jìn)行陸上裝載運(yùn)輸、縱橫移至臨海側(cè)，再由起重船直接起吊、拖運(yùn)至碼頭區(qū)域安裝。
三、沉箱設(shè)計(jì)優(yōu)化方案
太平嶺核電廠重件碼頭結(jié)構(gòu)形式、泊位長(zhǎng)度、設(shè)計(jì)?？看团c陸豐核電一致，陸豐核電沉箱為 500t 級(jí)即可滿足設(shè)計(jì)要求，太平嶺核電原定沉箱設(shè)計(jì)則為 2,000t 級(jí)。對(duì)比 500t 級(jí)沉箱，2,000t 級(jí)沉箱在預(yù)制和安裝的施工過(guò)程中受限制相對(duì)較多，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：
（1）受沉箱體積和出運(yùn)方式影響，對(duì)其預(yù)制及存放場(chǎng)地要求高，主要體現(xiàn)在地形、面積、出運(yùn)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(jī)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(yùn)和安裝沉箱所使用船機(jī)性能要求高，市場(chǎng)資源匱乏。
由此可見(jiàn)，太平嶺核電碼頭沉箱噸級(jí)存在優(yōu)化空間，
具體表現(xiàn)為：
1．預(yù)制場(chǎng)選址
太平嶺核電取水明渠東防波堤、重件碼頭和臨時(shí)內(nèi)護(hù)岸作為一個(gè)工作面整體統(tǒng)籌考慮進(jìn)行施工，可利用核電廠區(qū)內(nèi)推填護(hù)岸所形成的陸域作為沉箱預(yù)制場(chǎng)地。根據(jù)核電廠整體工程節(jié)點(diǎn)要求，海工工程于 2017年 10 月 30 日開(kāi)工，東防波堤和臨時(shí)內(nèi)護(hù)岸同步推填施工。重件碼頭開(kāi)工節(jié)點(diǎn)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(jìn)度計(jì)劃安排，沉箱預(yù)制時(shí)，臨時(shí)內(nèi)護(hù)岸已完成第一層推填。根據(jù)項(xiàng)目海域潮位和臨時(shí)內(nèi)護(hù)岸斷面結(jié)構(gòu)形式，分層推填標(biāo)高為+4m，形成后方陸域面積約 24,000m2。
基于以下幾點(diǎn)，本項(xiàng)目考慮選擇于臨時(shí)內(nèi)護(hù)岸建設(shè)沉箱預(yù)制場(chǎng)：
（1）臨時(shí)內(nèi)護(hù)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(kāi)山石，采用500~800kg


塊石護(hù)坡，坡度1:2。作為沉箱預(yù)制場(chǎng)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(shí)內(nèi)護(hù)岸東南側(cè)，對(duì)  臨時(shí)內(nèi)護(hù)岸起掩護(hù)作用，臨時(shí)內(nèi)護(hù)岸受風(fēng)浪沖刷影響小； 沉箱預(yù)制計(jì)劃工期處于非臺(tái)風(fēng)季，項(xiàng)目海域風(fēng)浪條件好， 不對(duì)預(yù)制場(chǎng)構(gòu)成威脅。
(3)臨時(shí)內(nèi)護(hù)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(jì)疏浚標(biāo)高滿足安裝沉箱船舶 通航要求。經(jīng)掃海測(cè)量，設(shè)計(jì)疏浚區(qū)域以外海域天然水 深條件較好，沉箱出運(yùn)航道額外疏浚成本較低。
(4)臨時(shí)內(nèi)護(hù)岸形成陸域面積廣闊，滿足建設(shè)沉箱 預(yù)制場(chǎng)需求，不需增加場(chǎng)地租賃成本，且與臨時(shí)內(nèi)護(hù)岸 計(jì)劃工期相適應(yīng)，滿足重件碼頭工期目標(biāo)的同時(shí)不影響 臨時(shí)內(nèi)護(hù)岸施工。
(5)臨時(shí)內(nèi)護(hù)岸距離重件碼頭沉箱安裝點(diǎn)約500m (按中點(diǎn)計(jì)),沉箱運(yùn)輸距離短。
如圖1所示為項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境。

圖1  項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)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(yùn)采用氣囊搬運(yùn)、 卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引及遛尾的工藝；運(yùn)輸、安裝采用半潛駁配合拖輪 施工(以下簡(jiǎn)稱(chēng)舊方案)。
太平嶺核電項(xiàng)目從成本、安全、進(jìn)度方面進(jìn)行分析，結(jié) 合項(xiàng)目施工場(chǎng)地，擬優(yōu)化沉箱設(shè)計(jì)為1,000t 級(jí)，采用1,500t  起重船直接吊裝沉箱(以下簡(jiǎn)稱(chēng)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(gè)型號(hào)沉箱 預(yù)制位置，按照規(guī)劃建設(shè)沉箱預(yù)制場(chǎng)，做到規(guī)劃精細(xì)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(jì)和加工制作，實(shí)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(jì)算原則：以最終圖紙為準(zhǔn)推算沉箱混凝土用量，鋼筋 用量u≈1.9;       單價(jià)參考類(lèi)似項(xiàng)目單價(jià)計(jì)算。
舊方案與新方案造價(jià)差異主要在以下方面，具體對(duì)比見(jiàn) 表1。
1)預(yù)制造價(jià)
舊方案：2,000t級(jí)沉箱(10件)混凝土總量約6,500m3,  費(fèi)用約610萬(wàn)元；鋼筋總用量約1,230 t,  費(fèi)用約670萬(wàn)元。 合計(jì)造價(jià)1,280萬(wàn)元。
新方案：1,000t 級(jí)沉箱(16件)混凝土總量約5,200m3,

費(fèi)用約490 萬(wàn)元；鋼筋總用量約1,000 t,  費(fèi)用約550萬(wàn)元。 合計(jì)造價(jià)1,040萬(wàn)元。
2)運(yùn)輸、安裝造價(jià)
舊方案：2,000t 級(jí)沉箱(10件)計(jì)劃于東江口預(yù)制場(chǎng) 預(yù)制，半潛駁出運(yùn)安裝，單件沉箱費(fèi)用為55萬(wàn)元，合計(jì)造 價(jià)550 萬(wàn)元。
新方案：1,000t 級(jí)沉箱(16件)于臨時(shí)內(nèi)護(hù)岸起吊， 運(yùn)輸至碼頭安裝，單件沉箱費(fèi)用約36萬(wàn)元，合計(jì)造價(jià)576
萬(wàn)元。
表 1      造 價(jià) 對(duì) 比 表

類(lèi)剛	插制費(fèi)用(萬(wàn)無(wú))	出跡，安裝費(fèi)用(萬(wàn)元)	合計(jì)(萬(wàn)無(wú))
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(jià)較低，項(xiàng)目效益更優(yōu)。
(2)進(jìn)度控制方面
舊方案：2,000t級(jí)沉箱共10件，半潛駁工效為1件/3d, 工期共30d。
新方案：1,000t 級(jí)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(yùn)、安裝 過(guò)程中保持穩(wěn)定，不易與鄰近構(gòu)件碰撞，有利于成品保護(hù)；
2)新方案中，起重船可通過(guò)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(fēng)險(xiǎn)方面
1)按舊方案工藝，沉箱需采用氣囊陸上搬運(yùn)，沉箱搬運(yùn) 過(guò)程中人員需穿插作業(yè)，氣囊爆裂為主要危險(xiǎn)源。新方案使 用起重船直接起吊沉箱，規(guī)避了此危險(xiǎn)源；
2)舊方案中沉箱使用半潛駁由預(yù)制場(chǎng)運(yùn)輸至項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)， 運(yùn)輸耗時(shí)長(zhǎng)，自然條件對(duì)運(yùn)輸影響大，存在安全不穩(wěn)定因素  多。新方案中沉箱運(yùn)輸路程僅500m,   且運(yùn)輸航道海域已形  成掩護(hù)，風(fēng)浪條件好，極大降低了運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)。
3)舊方案使用半潛駁安裝沉箱，需多個(gè)人員站立于沉箱  上監(jiān)測(cè)沉箱實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)。沉箱沉放過(guò)程中，人員落水風(fēng)險(xiǎn)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(yùn)距短，可于沉箱前沿安裝固定GPS  儀器動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)， 沉箱安裝到位穩(wěn)定后人員方上沉箱頂復(fù)測(cè)。
三、結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，通過(guò)太平嶺項(xiàng)目碼頭工程沉箱結(jié)構(gòu)的思路調(diào) 整以及其實(shí)施的效果對(duì)比可得：在滿足設(shè)計(jì)要求的同時(shí)，充 分調(diào)研項(xiàng)目特點(diǎn)，結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)，發(fā)揮各方優(yōu)勢(shì)，合理化變 更有利于設(shè)計(jì)落地，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目提效增益。






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