外海大型没顶沉箱安装施工技术

项国玉，于德洲

（中交一航局第三工程有限公司，辽宁 大连 116000）

1 工程概况

1.1 工程规模和结构

大连港长兴岛30万吨级原油码头工程采用“蝶”型布置，长度436 m，共包括栈桥墩3个、系缆墩6个、靠船墩4个、平台墩4个，全部采用圆沉箱独立墩式结构，每墩1个圆沉箱，共17个沉箱，其中栈桥墩、系缆墩和平台墩沉箱直径为16 m，高度25 m，重量2 980 t，靠船墩沉箱直径为18 m，高度25 m，重量3 364 t。各墩之间采用钢栈桥和人行桥连接。墩台顶面高程均为+11.0 m，沉箱底面高程为-26.0 m，顶高程-1.0 m。典型断面图如图1所示。

1.2 自然条件

长兴岛地处辽东湾东岸，属海洋性气候，受季风影响较大。冬季多偏北风，夏季多偏南风。根据长兴岛1961—1982年多年资料分析：多年平均风速为5.1m/s，冬季3个月平均风速为6.8m/s；春季3个月平均风速为7.5 m/s。全年常风向为NNE，频率为18.25%；次常风向WSW，频率13.68%；强风向以偏N向大风为主；最大风速40.0 m/s，风向N，次强风向为NNE，最大风速34.0m/s，风向NNE，6级以上大风的频率为7.4%。

本海区的潮汐性质属不正规半日潮。日不等现象比较明显，潮汐强度中等。最高高潮位2.81 m，最低低潮位-0.78 m，平均高潮位1.75 m，平均潮位1.26 m，平均低潮位0.71 m。

图1 典型断面图Fig.1 Typicalsection

全年常浪向为西南向和东北向，冬、春偏北及东北向；夏、秋多为西及西南向。年平均波高为0.8m。

实测大潮期间涨、落潮垂线平均最大流速分别为 1.58m/s、1.27m/s，流向分别为 22°、220°，测点最大涨、落潮流速分别为1.92m/s、1.56m/s，流向分别为 39°、231°。

本海区海冰相对较重，本工程所处海域每年11月底至来年3月中旬结冰，冰厚约30～60 cm。

2 工程难点

1）本工程位于北港区东防波堤外海侧，处于完全无掩护海域，属外海作业，且水流流速大。

2）大型沉箱直径为18m，高25m，重3 364 t。

3）全部沉箱设计顶高程为-1.0 m，位于本区域最低低潮位（-0.78m）以下。

3 工艺特点

1）沉箱安装时，需在顶部加装整体钢围堰，以提高沉箱顶面高程，改没顶安装为出水安装。

2）沉箱安装时，需使用起重船辅助安装、精确定位。

3）沉箱安装时间窗口选择：波高小于1.0 m；水流的流速小于0.3 m/s；风级小于6级；潮位为低潮。

4 整体钢围堰设计

钢围堰主要用于增加沉箱高度，减小水下没顶安装影响，同时兼做工作平台。钢围堰底部与沉箱顶面接触部分要做止水处理。

钢围堰总重量约50 t，高度为3.0 m，嵌入沉箱0.5 m。主要结构形式为纵、横3道桁架，桁架之间通过槽钢连接，桁架杆件采用双槽10号对焊，外侧由12 mm厚钢板组成，平台上铺4 mm厚的钢板（见图2），平台上使用荷载按15 t考虑（主要承重水泵、钢丝绳、卡环、人及一些小型施工用具）[1]。

钢围堰外形类似圆台状，内部为纵横桁架，外包钢板全部密封。安装沉箱时，需吊装到沉箱顶部放置并与沉箱连接牢固，施工方便简单实用。

图2 钢围堰结构图Fig.2 Structureof steel cylinder frame

5 关键施工技术

5.1 工艺流程

工艺流程见图3。

图3 施工工艺流程图Fig.3 Construction process flow diagram

5.2 关键施工技术

5.2.1 钢围堰制作

钢围堰由四部分拼装焊接成整体，接缝处焊接必须牢固。钢围堰下部嵌入沉箱0.5 m的部分应保证圆度的精度。外表斜面部分的外包钢板必须焊接密封，不得漏水，否则影响止水施工效果。钢围堰下部与沉箱顶面接触部分，应足够平整，以便于安装止水毛毯。钢围堰整体刚度需经过核算，加工后必须严格检测外形尺寸，以满足施工要求。

5.2.2 安装钢围堰

1）起重人员在陆地上将止水用毛毯卷好后，使用8号铁丝将其固定在钢围堰底部（事先在钢围堰底部的钢板上使用电钻打小孔）。毛毯具体的卷滚和固定方式如图4所示。

图4 毛毯滚卷、固定方式示意图Fig.4 Sketch of theblanket rolling and fixedmode

2）起重船吊起钢围堰至沉箱储存场，安装在沉箱顶部，使用5 t的丝杠将其固定在沉箱顶部的吊环上。钢围堰固定方式如图5所示。

图5 钢围堰固定示意图Fig.5 Sketch of fixed steelcylinder frame

5.2.3 沉箱安装

1）沉箱抽水及起浮施工控制

抽水方驳提前在沉箱储存场驻位，在低潮平流时前5 h开始抽水，至沉箱仓隔内压水高度为10 m时，暂停抽水，仔细观察沉箱的平衡状态，待流速下降至80 cm/s时，继续抽水1 h左右，此时仓格内压水高度约为4 m，流速在50～60 cm/s左右，沉箱起浮，继续抽水至仓格内稳定压水高度3.2m时，停止抽水，等待拖轮靠近。

2）定位方驳作为沉箱安装的依靠并粗定位

沉箱抽水起浮稳定后，采用2艘拖轮旁拖沉箱至安装现场。在沉箱距离定位方驳5m处左右，从沉箱上用6根尼龙缆系在定位方驳带缆桩上，然后解开拖轮的缆绳，拖轮驶离定位方驳。沉箱固定好后测量定位，通过调整定位方驳锚缆粗调沉箱位置。

3）采用起重船辅助安装，并精确定位

起重船在安装现场平行于水流方向驻位，船尾下八字锚，船头引出2根直径为80mm的尼龙缆系于浮鼓上（其中1根尼龙缆待拖轮撤离后再系在浮鼓上）。沉箱粗定位过程中，起重船从沉箱迎面方向靠近，距离适宜后，将吊索具挂在起重船的勾头上，同时起重船船头引出2根直径为18 mm的钢丝绳拴在沉箱的吊环上，用以调整沉箱安装角度。沉箱安装船机驻位平面布置示意图如图6。

图6 船机驻位平面布置示意图Fig.6 Layoutof shipmooring

4）沉箱安装新型盲板系统，保证施工安全

施工时，使用潜水员水下安装新型盲板系统，同时将盲板绳引致沉箱顶部系牢。采用此种新型盲板系统，施工人员只需在沉箱顶部操纵盲板绳替代传统的潜水员进行沉箱水下开关进水孔，杜绝潜水员水下施工的安全隐患，节省施工时间，降低潜水员的劳动强度[2-3]。

6 结语

1）经过多次施工实践，统计分析施工数据得出沉箱安装最短历时及最佳安装时机。具体施工时间统计如下：每个沉箱安装施工基本上要持续8 h左右；其中抽水时间约4 h，沉箱由储存场至安装现场停靠到定位方驳上的时间约1 h；沉箱压水至安装完全结束约3 h，而且安装的3 h是在低潮、最大流速小于0.4 m/s的条件下进行的。沉箱安装最佳时机是每月死讯前后几天，选择低潮平流时进行安装施工。因此，每次在大型没顶沉箱安装前，均安排专人做好水位、流速的观测记录统计及分析，确定沉箱安装的准确时间，争取一次安装成功。

2）整体钢围堰外部和内部结构也经过多次改进，保证顶部平台上施工和设备利用方便快捷，节省了安装时间。尤其，止水毛毯的设置方式也是经过多次改进、调整，保证了止水效果。钢围堰具有整体性好，刚度及结构稳定性好，且安装施工简单快捷的优点。

3） 沉箱安装方式经过几次研讨、实践、总结，最后采用方驳粗定位、起重船吊浮辅助精确定位的工艺安装沉箱。后期沉箱安装时间均控制在8 h左右，且施工历时与水流流速大小之间的对应关系控制得较好，保证了沉箱安装施工的准确性和时效性。

4） 大连港长兴岛30万t原油码头工程大型没顶沉箱安装的顺利完成，克服了诸多困难。作为长兴岛北港区外海大型沉箱施工的先例，总结和积累了一定的施工经验，为后续类似码头工程施工提供技术储备。

[1]JTS167-2—2009，重力式码头设计与施工规范[S].JTS167-2—2009,Designand construction code forgravityquay[S].

[2] 李运胜，刘盛武，丁志军.大批量没顶沉箱安装施工[J].中国港湾建设，2001（3）：33-36.LIYun-sheng,LIU Sheng-wu,DING Zhi-jun.Installation of submerged caissons in large quantity[J].China Harbour Engineering,2001(3):33-36.

[3]刘德进.大批量大型沉箱在恶劣海况下的出运与安装[J].中国港湾建设，2006（2）：57-59.LIU De-jin.Transportation and installation of large caissons in large scale in atrocioussea conditions[J].China Harbour Engineering,2006(2):57-59.