3700吨沉箱下潜倾斜险情案例分析

吴二明+黄桂华+陆秀明

摘 要：本文对中化泉州30万吨级原油码头沉箱运输安装过程中发生下潜倾斜进行了分析，介绍了现场实际采取的纠偏措施和方法，方案的计算依据，总结了沉箱下潜发生倾斜的原因和改进的措施，对今后大型沉箱的安装提供了可贵的参考。

关键词：沉箱；安装；倾斜；案例分析

1 概况

1.1 工程概况

中化泉州1200万吨/年炼油项目30万吨级原油码头工程位于福建省泉州市惠安县湄洲湾港斗尾港区、黄干岛东北侧海区。

30万吨级码头按照开敞式设计标准设计，平面采用蝶型布置，码头主体结构为高桩墩式结构，辅助平台为重力式沉箱结构；泊位长度455m。水工结构物包括2个靠船墩，1个工作平台，1个辅助平台，1个立管支撑平台，6个系缆墩。

1.2 辅助平台沉箱概况

辅助平台共有四个沉箱，有4种类型，发生倾斜沉箱参数详见下表。

序号 沉箱型号 沉箱尺寸（m） 重量（t） 沉箱个数

长 宽 高

1 CX2（前、后趾） 22.3 12.58 24.9 3719 1

本工程沉箱在泉港泰山石化码头处预制场预制，水上距离30万吨码头约10km。沉箱出运采用气囊陆域运移沉箱至出运码头半潜驳上，拖轮拖运半潜驳至30万吨码头现场，半潜驳在深水区下潜，沉箱出坞后采用定位船辅助安装的施工工艺。

2 沉箱CX2安装施工过程综述

2.1 沉箱运输

CX2沉箱于2013年6月15日19时由“XX号”半潜驳自泉港预制场运抵码头现场下潜坑，半潜驳于21时完成抛锚就位。

2.2 下潜前的准备工作

定位船于22时就近半潜驳完成抛锚定位，沉箱顶操作平台盖板吊装、定位船卷扬机与沉箱连接牵引钢丝绳等相关准备工作于16日1时40分完成，准备下潜。

2.3 下潜

半潜驳于1时48分开始下潜，在半潜驳下潜至5m深后，沉箱顶指挥和注水人员检查进水阀门密封情况，无明显漏水现象。按理论计算值将各格仓注好压仓水，半潜驳则继续下潜，约4时许，在下潜至17.2m时，沉箱起浮。沉箱起浮后，定位船卷扬机钢丝绳牵引沉箱移动出坞，当移动5m左右时，沉箱整体突然急速向左侧倾斜，沉箱左侧碰撞半潜驳左侧坞墙，右侧下部斜插入半潜驳右侧坞墙，搁置在半潜驳甲板水箱上，趋于稳定，倾斜约40度。沉箱自整体急速向左倾斜，到搁置稳定持续时间约20s。此时间，沉箱顶指挥与操作人员迅速撤离到沉箱右侧高点，并通过半潜驳吊桥安全撤离，整个过程无人员伤亡。

2.4 下潜倾斜处理

图一 CX2倾斜示意图

沉箱发生大角度倾斜后，项目部立即积极组织力量进行抢险。潜水员摸清沉箱在半潜驳上搁置情况，采取1台120t、1台150两台浮吊通过沉箱顶部吊环垂直起吊，并将沉箱右侧格仓往外适当抽水、左侧向内注水，调整沉箱重心，同时通过布置缆绳，提供一个水平方向的拉力，缓慢将沉箱校正。通过上述措施，6月16日19时许，沉箱由倾斜40度逐渐回归至倾斜10度。由于沉箱搁置在半潜驳长度越来越短，要防止沉箱一旦拖出搁置点，沉箱瞬间下沉可能发生向右急速倾斜危及半潜驳安全。经专家组研究讨论，确定用600t起重船协助，并维持沉箱整体倾斜10度浮游稳定状态下移出搁置点，之后再按照浮游稳定计算的注水量调整，回归至正常状态下的浮游稳定，通过起重船将沉箱出坞后，与定位船进行固定编队，拖轮拖带定位船至现场安装的方案。根据专家组计算提供的倾斜10度状态下沉箱浮游稳定计算书，成功实施了既定方案，于6月20日13时，将沉箱移出搁置点。

3 应急处置组织机构

为确保CX2沉箱倾斜处理顺利实施，成立应急组织机构，并明确各自职责。

应急机构各部门主要职责：

专家组：总体控制、把关

项目经理：施工总指挥

项目总工、公司专家：施工方案编制、施工技术负责

项目副经理：现场副总指挥，负责指挥现场施工人员和船舶机械设备

工程部：各工序技术方案检查落实

质检部：施工质量控制检查

总调室：协助项目副经理展开工作，负责船舶协调、起重船指挥等

安机部：负责施工过程中安全和机械电力管理

测量部：负责各船舶具体定位位置和沉箱安装定位控制

半潜驳：控制半潜驳下潜操作等

起重船1#：扶住沉箱，协助平移沉箱并出坞

起重船2#：提供电源，协助吊运施工材料或设备

定位驳：出坞后固定沉箱并运输安装

4 具体处置方案

经专家组多方多次讨论，形成如下处理方案：

4.1 施工流程图

图二 施工流程图

4.2 施工方法

4.2.1 施工准备

4.2.2 格仓水位计算。专家组计算在10°倾斜状态下的浮游稳定。

4.2.3 水泵布置。共计投入5台水泵，根据水位调整量，在1#仓和13#仓各布置两台水泵，分别为一台进水、一台出水，预留一台备用。

沉箱出坞前船舶布置及锚缆示意图

沉箱出坞后船舶布置及锚缆示意图

图三

4.2.4 船舶就位。本次施工主要投入船舶为半潜驳一艘、起重船两艘（1#扶助沉箱，2#供电等）、定位驳一艘、拖轮一艘、锚艇两艘、交通船两艘等，具体布置见图三。

4.2.5 1#起重船吊索就位。将扶住沉箱的1#起重船做好系扣等准备工作，该起重船采用600t浮吊，吊钩采用平行布置，单边是1#和3#（5#和7#）、2#和4#（6#和8#）分别串联，根据计算单侧采用两根70m直径32mm钢丝绳，吊点设置详见图四。

说明：图中单根钢丝绳L=70m

吊高H≈35m

4.3 调整沉箱格仓水位（倾斜浮游）

根据计算水位要求，将格仓划分为六大区域：1#、6#仓（一号区域），2#、5#仓（二号区域），3#、4#仓（三号区域），7#、12#、13#仓（四号区域），8#、11#、14#仓（五号区域），9#、10#、15#仓（六号区域）六个区域。

吊钩布置剖面图

吊钩布置平面图

图四

根据计算结果，对沉箱各格仓进行水位调整，使CX2沉箱保持达到倾斜浮游稳定状态（详见附件一：CX2倾斜状态浮游稳定计算书），水位调整分三组进行，先后顺序为：三号和六号区域、二号和五号区域、一号和四号区域，水位调整要求如下。

后趾

前趾（橡胶护舷侧）

水位采用皮尺测量控制，即皮尺下方系浮球和配重，然后在格仓指定位置下放皮尺至理论计算深度并固定，调整过程中，时刻关注皮尺，待达到设计水位时，即刻停止进水或出水。

压仓水调整完毕后，半潜驳即刻下潜至18.3～18.5m，在下潜过程中，全程观察沉箱状态，当达到浮游时，立即停止下潜，同时在下潜过程中随时调整起重船吊索，使之始终处于20吨左右的受力状态，从而达到扶住沉箱的目的。

4.4 沉箱平移出搁置水箱

根据计算结构可知，沉箱此刻已处于倾斜浮游状态，起重船起吊力为零，主要是扶住作用，此时起重船缓慢向沉箱倾斜侧调整吊钩位置，缓慢牵引移动沉箱并脱离搁置点，重复此过程直至沉箱移至半潜驳中线附近处。

4.5 调整沉箱格仓水位（平稳浮游）

沉箱保持倾斜状态移出搁置点至移至半潜驳中央后，在起重船扶住状态下，对沉箱各格仓水位按照《中化泉州1200万吨/年炼油项目30万吨级原油码头工程沉箱浮游稳定计算书》将各仓水位调整到位，起重船缓慢调整吊钩上下位置，使沉箱恢复至正常平稳状态下浮游稳定。

前

趾 5.4m 5.4m 4.65m 4.65m 4.65m 后

趾

5.15m 5.15m 4.65m 4.65m 4.65m

5.15m 5.15m 4.65m 4.65m 4.65m

4.6 沉箱出坞

当沉箱恢复正常平稳状态下浮游稳定后，起重船向后绞缆退离半潜驳，扶住沉箱出坞50m左右，定位驳移至沉箱左侧，利用缆绳将沉箱固定在定位驳侧面，固定牢固后，起重船解扣。

4.7 沉箱运输安装

沉箱出坞并与定位船编队后，通过拖轮拖带定位船至现场安装水域，定位船抛锚定位，测量控制进行精确安装。（此方法与之前安装沉箱CX1、CX2安装施工方法相同）

5 操作要点和安全防护

5.1 沉箱四角用尼龙缆绳固定于半潜驳塔楼上的缆桩上，保证沉箱起浮后不撞到半潜驳塔楼。

5.2 沉箱稳定起浮后，起重班长指挥各塔楼人员收放与沉箱相连的固定缆绳，使沉箱安全出坞。

5.3 起重船、定位船、半潜驳、沉箱顶操作人员、半潜驳收、放缆操作人员均配备对讲机，确保通讯顺畅，指挥同步一致。

5.4 专人检查吊索、卸扣、吊环、卷扬机、刹车和固定缆绳等，确保无破损，灯保证受力状况良好。

5.5 专人收集整理天气、海况预报和潮水状况。

5.6 严格量测控制压仓水高度，施工过程中严格观测压仓水水位，及时通过水泵调整仓内水深，使之符合设计计算要求。

5.7 专人协调指挥各施工船舶抛锚定位，谨防锚缆抛、起时影响船只安全和施工作业；时刻关注锚缆情况，谨防出现跑锚等现象影响安全。

5.8 严格按水上操作规程施工，进入施工现场必须戴好安全帽，水上作业和临水作业需穿好救生衣。

5.9 沉箱平移时，必须缓慢进行，并时刻观测沉箱平衡状态，及时调整指挥起重船作业。

6 出坞安装

20日，现场严格按照处置方案实施，14时半，600t起重船牵引沉箱出坞与定位船进行固定编队，15时许，沉箱拖运至安装区域，根据潮位，于6月21日4时安装就位。

7 原因分析

7.1 沉箱在预制过程中质量把控不严，导致沉箱下水后随着水压力不断增大，后趾左侧进水阀门突然发生大量漏水现象，致使沉箱突然失稳倾斜。

7.2 事件发生后，现场应急管理指挥零乱，不够统一，没有迅速控制局面。

7.3 之前项目部制定的应急预案缺乏针对性，未经有效演练。

8 预防措施

通过CX2沉箱在半潜驳下潜时发生倾斜的原因分析，在后续沉箱的运输安装施工中，采取了以下措施进行预防控制：

8.1 认真识别沉箱运输安装过程中的危害因素，对重大危害因素制定切实可行的控制措施。

8.2 为防止进水阀门漏水，拟将四个进水孔全部堵死，采取办法是用钢板与进水孔处预埋钢板焊接封堵，水泵注水；

8.3 进一步加强安装指挥系统，职责到各人、各点，每个施工点均安排项目部人员并严格按总指挥人员的口令指挥操作，后续的沉箱顺利完成了安装。

9 结语

大型沉箱的运输安装风险较大，在施工的全过程中都就要重视和加强质量控制。止水、起浮及附属结构功能满足设计要求，结构稳定，使整体质量达到预期目标。运输和安装要制定有针对性的应急预案，并进行演练、评价、修正，发生险情时从容应对，合理处置。本工程沉箱下浮倾斜的险情，经大家共同努力，终于转危为安，但也造成一定的经济损失，希望这些宝贵的经验和教训能供后来者参考。

说明：图中单根钢丝绳L=70m

吊高H≈35m

4.3 调整沉箱格仓水位（倾斜浮游）

根据计算水位要求，将格仓划分为六大区域：1#、6#仓（一号区域），2#、5#仓（二号区域），3#、4#仓（三号区域），7#、12#、13#仓（四号区域），8#、11#、14#仓（五号区域），9#、10#、15#仓（六号区域）六个区域。

吊钩布置剖面图

吊钩布置平面图

图四

根据计算结果，对沉箱各格仓进行水位调整，使CX2沉箱保持达到倾斜浮游稳定状态（详见附件一：CX2倾斜状态浮游稳定计算书），水位调整分三组进行，先后顺序为：三号和六号区域、二号和五号区域、一号和四号区域，水位调整要求如下。

后趾

前趾（橡胶护舷侧）

水位采用皮尺测量控制，即皮尺下方系浮球和配重，然后在格仓指定位置下放皮尺至理论计算深度并固定，调整过程中，时刻关注皮尺，待达到设计水位时，即刻停止进水或出水。

压仓水调整完毕后，半潜驳即刻下潜至18.3～18.5m，在下潜过程中，全程观察沉箱状态，当达到浮游时，立即停止下潜，同时在下潜过程中随时调整起重船吊索，使之始终处于20吨左右的受力状态，从而达到扶住沉箱的目的。

4.4 沉箱平移出搁置水箱

根据计算结构可知，沉箱此刻已处于倾斜浮游状态，起重船起吊力为零，主要是扶住作用，此时起重船缓慢向沉箱倾斜侧调整吊钩位置，缓慢牵引移动沉箱并脱离搁置点，重复此过程直至沉箱移至半潜驳中线附近处。

4.5 调整沉箱格仓水位（平稳浮游）

沉箱保持倾斜状态移出搁置点至移至半潜驳中央后，在起重船扶住状态下，对沉箱各格仓水位按照《中化泉州1200万吨/年炼油项目30万吨级原油码头工程沉箱浮游稳定计算书》将各仓水位调整到位，起重船缓慢调整吊钩上下位置，使沉箱恢复至正常平稳状态下浮游稳定。

前

趾 5.4m 5.4m 4.65m 4.65m 4.65m 后

趾

5.15m 5.15m 4.65m 4.65m 4.65m

5.15m 5.15m 4.65m 4.65m 4.65m

4.6 沉箱出坞

当沉箱恢复正常平稳状态下浮游稳定后，起重船向后绞缆退离半潜驳，扶住沉箱出坞50m左右，定位驳移至沉箱左侧，利用缆绳将沉箱固定在定位驳侧面，固定牢固后，起重船解扣。

4.7 沉箱运输安装

沉箱出坞并与定位船编队后，通过拖轮拖带定位船至现场安装水域，定位船抛锚定位，测量控制进行精确安装。（此方法与之前安装沉箱CX1、CX2安装施工方法相同）

5 操作要点和安全防护

5.1 沉箱四角用尼龙缆绳固定于半潜驳塔楼上的缆桩上，保证沉箱起浮后不撞到半潜驳塔楼。

5.2 沉箱稳定起浮后，起重班长指挥各塔楼人员收放与沉箱相连的固定缆绳，使沉箱安全出坞。

5.3 起重船、定位船、半潜驳、沉箱顶操作人员、半潜驳收、放缆操作人员均配备对讲机，确保通讯顺畅，指挥同步一致。

5.4 专人检查吊索、卸扣、吊环、卷扬机、刹车和固定缆绳等，确保无破损，灯保证受力状况良好。

5.5 专人收集整理天气、海况预报和潮水状况。

5.6 严格量测控制压仓水高度，施工过程中严格观测压仓水水位，及时通过水泵调整仓内水深，使之符合设计计算要求。

5.7 专人协调指挥各施工船舶抛锚定位，谨防锚缆抛、起时影响船只安全和施工作业；时刻关注锚缆情况，谨防出现跑锚等现象影响安全。

5.8 严格按水上操作规程施工，进入施工现场必须戴好安全帽，水上作业和临水作业需穿好救生衣。

5.9 沉箱平移时，必须缓慢进行，并时刻观测沉箱平衡状态，及时调整指挥起重船作业。

6 出坞安装

20日，现场严格按照处置方案实施，14时半，600t起重船牵引沉箱出坞与定位船进行固定编队，15时许，沉箱拖运至安装区域，根据潮位，于6月21日4时安装就位。

7 原因分析

7.1 沉箱在预制过程中质量把控不严，导致沉箱下水后随着水压力不断增大，后趾左侧进水阀门突然发生大量漏水现象，致使沉箱突然失稳倾斜。

7.2 事件发生后，现场应急管理指挥零乱，不够统一，没有迅速控制局面。

7.3 之前项目部制定的应急预案缺乏针对性，未经有效演练。

8 预防措施

通过CX2沉箱在半潜驳下潜时发生倾斜的原因分析，在后续沉箱的运输安装施工中，采取了以下措施进行预防控制：

8.1 认真识别沉箱运输安装过程中的危害因素，对重大危害因素制定切实可行的控制措施。

8.2 为防止进水阀门漏水，拟将四个进水孔全部堵死，采取办法是用钢板与进水孔处预埋钢板焊接封堵，水泵注水；

8.3 进一步加强安装指挥系统，职责到各人、各点，每个施工点均安排项目部人员并严格按总指挥人员的口令指挥操作，后续的沉箱顺利完成了安装。

9 结语

大型沉箱的运输安装风险较大，在施工的全过程中都就要重视和加强质量控制。止水、起浮及附属结构功能满足设计要求，结构稳定，使整体质量达到预期目标。运输和安装要制定有针对性的应急预案，并进行演练、评价、修正，发生险情时从容应对，合理处置。本工程沉箱下浮倾斜的险情，经大家共同努力，终于转危为安，但也造成一定的经济损失，希望这些宝贵的经验和教训能供后来者参考。

说明：图中单根钢丝绳L=70m

吊高H≈35m

4.3 调整沉箱格仓水位（倾斜浮游）

根据计算水位要求，将格仓划分为六大区域：1#、6#仓（一号区域），2#、5#仓（二号区域），3#、4#仓（三号区域），7#、12#、13#仓（四号区域），8#、11#、14#仓（五号区域），9#、10#、15#仓（六号区域）六个区域。

吊钩布置剖面图

吊钩布置平面图

图四

根据计算结果，对沉箱各格仓进行水位调整，使CX2沉箱保持达到倾斜浮游稳定状态（详见附件一：CX2倾斜状态浮游稳定计算书），水位调整分三组进行，先后顺序为：三号和六号区域、二号和五号区域、一号和四号区域，水位调整要求如下。

后趾

前趾（橡胶护舷侧）

水位采用皮尺测量控制，即皮尺下方系浮球和配重，然后在格仓指定位置下放皮尺至理论计算深度并固定，调整过程中，时刻关注皮尺，待达到设计水位时，即刻停止进水或出水。

压仓水调整完毕后，半潜驳即刻下潜至18.3～18.5m，在下潜过程中，全程观察沉箱状态，当达到浮游时，立即停止下潜，同时在下潜过程中随时调整起重船吊索，使之始终处于20吨左右的受力状态，从而达到扶住沉箱的目的。

4.4 沉箱平移出搁置水箱

根据计算结构可知，沉箱此刻已处于倾斜浮游状态，起重船起吊力为零，主要是扶住作用，此时起重船缓慢向沉箱倾斜侧调整吊钩位置，缓慢牵引移动沉箱并脱离搁置点，重复此过程直至沉箱移至半潜驳中线附近处。

4.5 调整沉箱格仓水位（平稳浮游）

沉箱保持倾斜状态移出搁置点至移至半潜驳中央后，在起重船扶住状态下，对沉箱各格仓水位按照《中化泉州1200万吨/年炼油项目30万吨级原油码头工程沉箱浮游稳定计算书》将各仓水位调整到位，起重船缓慢调整吊钩上下位置，使沉箱恢复至正常平稳状态下浮游稳定。

前

趾 5.4m 5.4m 4.65m 4.65m 4.65m 后

趾

5.15m 5.15m 4.65m 4.65m 4.65m

5.15m 5.15m 4.65m 4.65m 4.65m

4.6 沉箱出坞

当沉箱恢复正常平稳状态下浮游稳定后，起重船向后绞缆退离半潜驳，扶住沉箱出坞50m左右，定位驳移至沉箱左侧，利用缆绳将沉箱固定在定位驳侧面，固定牢固后，起重船解扣。

4.7 沉箱运输安装

沉箱出坞并与定位船编队后，通过拖轮拖带定位船至现场安装水域，定位船抛锚定位，测量控制进行精确安装。（此方法与之前安装沉箱CX1、CX2安装施工方法相同）

5 操作要点和安全防护

5.1 沉箱四角用尼龙缆绳固定于半潜驳塔楼上的缆桩上，保证沉箱起浮后不撞到半潜驳塔楼。

5.2 沉箱稳定起浮后，起重班长指挥各塔楼人员收放与沉箱相连的固定缆绳，使沉箱安全出坞。

5.3 起重船、定位船、半潜驳、沉箱顶操作人员、半潜驳收、放缆操作人员均配备对讲机，确保通讯顺畅，指挥同步一致。

5.4 专人检查吊索、卸扣、吊环、卷扬机、刹车和固定缆绳等，确保无破损，灯保证受力状况良好。

5.5 专人收集整理天气、海况预报和潮水状况。

5.6 严格量测控制压仓水高度，施工过程中严格观测压仓水水位，及时通过水泵调整仓内水深，使之符合设计计算要求。

5.7 专人协调指挥各施工船舶抛锚定位，谨防锚缆抛、起时影响船只安全和施工作业；时刻关注锚缆情况，谨防出现跑锚等现象影响安全。

5.8 严格按水上操作规程施工，进入施工现场必须戴好安全帽，水上作业和临水作业需穿好救生衣。

5.9 沉箱平移时，必须缓慢进行，并时刻观测沉箱平衡状态，及时调整指挥起重船作业。

6 出坞安装

20日，现场严格按照处置方案实施，14时半，600t起重船牵引沉箱出坞与定位船进行固定编队，15时许，沉箱拖运至安装区域，根据潮位，于6月21日4时安装就位。

7 原因分析

7.1 沉箱在预制过程中质量把控不严，导致沉箱下水后随着水压力不断增大，后趾左侧进水阀门突然发生大量漏水现象，致使沉箱突然失稳倾斜。

7.2 事件发生后，现场应急管理指挥零乱，不够统一，没有迅速控制局面。

7.3 之前项目部制定的应急预案缺乏针对性，未经有效演练。

8 预防措施

通过CX2沉箱在半潜驳下潜时发生倾斜的原因分析，在后续沉箱的运输安装施工中，采取了以下措施进行预防控制：

8.1 认真识别沉箱运输安装过程中的危害因素，对重大危害因素制定切实可行的控制措施。

8.2 为防止进水阀门漏水，拟将四个进水孔全部堵死，采取办法是用钢板与进水孔处预埋钢板焊接封堵，水泵注水；

8.3 进一步加强安装指挥系统，职责到各人、各点，每个施工点均安排项目部人员并严格按总指挥人员的口令指挥操作，后续的沉箱顺利完成了安装。

9 结语

大型沉箱的运输安装风险较大，在施工的全过程中都就要重视和加强质量控制。止水、起浮及附属结构功能满足设计要求，结构稳定，使整体质量达到预期目标。运输和安装要制定有针对性的应急预案，并进行演练、评价、修正，发生险情时从容应对，合理处置。本工程沉箱下浮倾斜的险情，经大家共同努力，终于转危为安，但也造成一定的经济损失，希望这些宝贵的经验和教训能供后来者参考。