气囊助浮安装预制箱涵技术与研究

李虎高+朱金民

摘 要：华润海丰电厂取水口引水箱涵因无法进行全部干法施工，需要进行部分箱涵先预制，后出运安装，而受箱涵安装通道狭窄，通道水深较浅，起重船回旋区域狭小，吃水深度不够等因素制约，无法利用起重船助浮安装箱涵。而气囊搬运箱涵技术，几乎不受场地限制，且重量轻，安装和拆卸方便快捷，便于运输，成本低，可以减小吃水深度，故考虑采用气囊助浮，出运并进行安装。

关键词：取水口 气囊 助浮 箱涵 出运 安装

1.工程概况

厂址位于广东省汕尾市海丰县小漠镇的东南部。取水口箱涵工程分现浇段和安装段，安装段箱涵长度共计140m，由24节箱涵组成，包括6个沉箱式取水头箱涵和18节进水箱涵。取水头箱涵单个重约900t，进水箱涵包括15米进水双孔标准箱涵10个，单个自重约603t，截面尺寸9.5m*5.5m，三通式箱涵2个，自重约455t，接头箱涵6个，自重约为180t和305t，本文以15米双孔标准箱涵为例进行阐述。

受现场施工场地条件限制，原设计图纸取水箱涵接泵房60m长度范围内实行干法施工，需要开挖基坑并在临海侧形成围堰。待干法施工完成后，需将围堰拆除，根据施工图纸结合现场情况，安装段开挖范围为60m×140m范围内进行，开挖采用抓斗式挖泥船配备两艘1200m3开底驳，基床底标高开挖至-8.0m左右，基床标高-7.2m。

2.方案比选

2.1起重船助浮安装

若采用起重船出运安装施工，需要起重船、半潜驳、拖轮、平板驳、吊机等设备，与此同时其他工序交叉施工，参与施工船机设备多，各船布缆易交叉，相互干扰大。且因箱涵吨位较大，需租赁大型起重船舶设备，增加工程成本。

取水口分#1、#2引水箱涵，引水箱涵在开挖基坑的两侧，故起重船安装时，吊车中线需与箱涵中线对齐，以500t起重船参数为例，吊重为500吨，主勾水上吊高为60m，舷外跨距为30m，主勾间距4m。船长60.3m，型宽26m，型深5m，满载船艏吃水1.8m，船艉吃水3.8m。而#1、#2箱涵内侧距离最小30m，箱涵宽9.5m，基坑总宽度60m，故箱涵外侧至基坑边线距离5.5m，箱涵安装轴线距基坑边线10.25m，起重船吊钩中线距船边线13m，故安装宽度不够。起重船回旋范围不够，此方案不可行。

2.2钢浮筒助浮安装

传统的钢浮筒助浮沉箱出运方法的优点是坚硬、牢固，但质量过大，且施工难度大，需要预设固定铁件，增加进排水系统、外部电源等要求，且难于水下拆除，比较费工麻烦。

2.3气囊助浮安装

气囊助浮出运安装技术是利用气囊充气产生浮力，产生与钢浮筒等其他助浮用具相同的助浮效果，气囊相对较轻，可用反铲配合搬运，而将沉箱助浮完成后，气囊拆卸操作简单。气囊通过阀门充放气，无需外部电源，成本低廉，制作时间短且使用寿命长。

综上所述，针对本项目的特点，结合实际情况，气囊助浮方案是优先考虑方案。

3.工前准备

3.1高压气囊的主要技术参数

本工程拟采用直径D=1.5m及1.8m，长度均为12m的两种气囊进行沉箱助浮及安装。

3.2下水平台及地锚布置

双孔箱涵预制平台标高-3m，同时作为出运平台。设计高潮水位+1.95m左右，设计低潮水位+0.22m左右，潮差为1.73m。后地锚布置于箱涵的预制平台后方，平行于海岸线每隔30m；前移地锚布置于海上驳船上，具体位置根据实际情况调整。

3.3定位器设置及测量放线

为便于箱涵在水下的定位，需加工制作定位器，以便精确安装箱涵。定位器由型钢制作而成，并在箱涵没水前焊接、安装完成。根据测量控制点坐标及已经安装的沉箱布置情况，于岸边布置测量控制点。

3.4预埋拉环

在箱涵两侧底部预埋挂气囊的拉环，拉环间距1.3m，每侧预埋11个，拉环预埋位置距箱涵底面0.5m。箱涵拖运前，需要在箱涵顶板四个点预埋直径80mm的圆钢拉环，预埋的拉环同时作为箱涵间对拉设备的预埋件。

4.施工流程、施工步骤及施工方法

4.1双孔箱涵气囊助浮出运安装工艺

潜水员配合挂后钢丝缆→驳船定位挂前牵引钢丝缆→箱涵内外气囊安装→气囊就位后充气→拉紧四角缆绳，等待高潮位→箱涵起浮，拖运至安装现场→箱涵在缆绳控制下定位→气囊放气，箱涵下沉→解除钢丝缆，安装对拉牵引设备→对拉箱涵，回收气囊。

4.2双孔箱涵起浮安装操作

（1）低潮位时，由潜水员将充半气的气囊依次拖运到箱涵内部，拖运到位后，气囊放气，自然下沉，底层平行布置两条直径1.5m氣囊，中层平行布置两条直径1.8m气囊，上层平行布置两条直径1.8m气囊。

（2）内部气囊分三层布置完成后，开始逐层充气，充气顺序由上到下依次充气。

（3）安装两侧外挂气囊时，潜水员预先将捆绑带安装在拉环上，然后将气囊拖运到捆绑带上，每侧各布置3条直径1.5m气囊。

（4）布置完外侧气囊后，气囊开始充气，充气时根据气囊膨胀状态随时调整各气囊气压，充气完成后，绑带自然锁紧，气囊固定牢固。

（5）在布置气囊的同时，钢丝缆也要同时安装，箱涵后方左右两侧各布置一台卷扬机，每台卷扬机的钢丝缆需要挂在箱涵顶板后方的预埋拉环上。驳船上船头和船尾的卷扬机也分别引出钢丝缆，挂在箱涵顶板前端的两个预埋拉环上。

（6）钢丝缆和气囊安装完成后，等待涨潮，当潮位达到+1.5m标高时，箱涵起浮，收紧前后缆。

（7）通过驳船的前缆牵引，陆地上的后缆松放，将起浮后的箱涵拖运到预定海域。

（8）箱涵到达预定海域后，技术人员开始指挥定位，同时将两侧外挂气囊依次放气，两侧气囊同时放气，以保证箱涵平衡，当两侧气囊放气完成时，箱涵刚好开始下沉。

（9）箱涵下沉到位后，潜水员将箱涵四角的钢丝缆解除，然后安装好对拉牵引设备。

（10）箱涵在对拉设备作用下，与前一段箱涵对接完成，经岸边测量员进行校核，潜水员水下检查安装精度符合规范后，最后进行气囊回收。

4.3双孔箱涵安全验算

（1）箱涵体积计算，经计算，箱涵体积为246.15m3。

（2）助浮气囊充气后箱涵起浮验算

经计算，箱涵被水淹没4.5m时（潮位到达+1.5m）开始起浮。水深达到4.5m时，淹没箱涵体积162.45m3，淹没直径1.8m气囊体积224m3，淹没直径1.5m气囊体积225m3，合计：611.45m3，淹没总体积可提供浮力为626.45t，气囊自重合计为22t，箱涵自重为603t。

626.45-22=604.45t≈603t，因此箱涵在淹没4.5m时可以自浮。

（3）箱涵下沉验算

经计算，箱涵两侧的6条气囊放气后，箱涵正好开始下沉，当需要重新起浮时，在两侧的气囊稍微充气即可。箱涵全部没入水中，淹没箱涵体积243.15m3，淹没直径1.8m气囊体积262.4m3，淹没直径1.5m气囊体积：90m3，合计：595.5m3。淹没总体积可提供浮力为610t，气囊自重合计为24t，箱涵自重为603t。箱涵需要重新起浮时，两侧气囊需提供627-610=17t，即两侧气囊各充三分之一条气囊的气，即可重新起浮。

4.4箱涵定位安装

箱涵拖运到预定海域后位置后，两侧气囊逐条放气，放气时由下往上的顺序放气，气囊放气的同时，负责箱涵定位的潛水员站在箱涵顶，在陆地测量员的指挥下，指挥气囊放气和定位。

当箱涵顶面与水面几乎平行，箱涵轴线与安装轴线几乎重合（箱涵顶上两根测杆同时处在安装轴线上），同时箱涵距前一段箱涵1米左右位置，两侧气囊同时放气，箱涵缓缓下沉到底，如需要调整，可通过充放两侧气囊实现重新起浮下沉，进行调位，如安装到位，可进行两侧气囊回收及箱涵顶钢丝缆解除工作。

钢丝缆解除后，再由潜水员安装对拉牵引设备，安装完成后，启动对拉设备，箱涵对接完成，即安装完成，最后进行剩余气囊回收工作。

5.气囊助浮工艺要求

（1）施工前对所有作业人员进行技术、安全交底。

（2）计算数据须经两人复核，并经主管领导审查、批准后方可实施。

（3）气囊在使用前，要严格检查各个部位及配件的质量均完好，发现问题，立即报告。

（4）拉带要平整的捆绑在气囊上，确保气囊受力均匀。

（5）两侧气囊应同时均匀充气。

（6）气囊在使用过程中，应防止被利器扎、割损伤、漏气。

（7）拉环焊接必须符合质量要求，外边缘必须修整、磨边。

6.工艺实施效果

经过采用气囊助浮出运安装箱涵的新工艺，使得华润海丰电厂取水口箱涵出运安装工作得以顺利完成，节约了经济成本，提高了安装效率，有着广泛推广的实际意义，本项目对箱涵安装区域狭小的项目有一定的借鉴意义，可应用于气囊助浮打捞工作，具有一定的社会效益。

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