复杂施工环境下的进水塔安装

2020-10-22 06:39于文津杨连佼
港工技术 2020年5期
关键词:起重船沉箱浮力

于文津,杨连佼

(中交三航局第二工程有限公司,上海 200122)

引 言

位于经济欠发达地区的海外工程,施工条件普遍较差。如果再遇到恶劣的自然环境,施工就相当困难。若按常规施工方法,成本将急剧增加。本例在近海施工一条取水管涵,海侧端头部分安装一个预制进水塔。其中进水塔的安装施工难度最大,具体有两点:

1)现场不具备先整体预制,后采用大型起重船一次安装就位的条件;

2)现场不具备常规浮运安装的条件。

项目部经过对多种方案比较、研究,最后创新性的采用了半浮运、半吊装的方法,花费了最小成本成功解决了安装难题。

1 工程概况

本工程位于印度尼西亚Batam岛,为新建燃煤电厂的取水工程。主要包括两部分:陆上段和海上段。

陆上段采用现浇混凝土管涵型式,管涵单节长度 10 m,管节之间设置橡胶止水带连接。引水管设计底高程-4.2 m,单节管涵高 3.2 m、宽5.9 m,设置双孔(每孔2 200 mm×2 200 mm),壁厚500 mm。施工采用陆上开挖基坑,现浇施工。

水上段包括引水管和进水塔。引水管采用预制混凝土沉管型式,管涵单节长度 6.38 m,高度3.0 m,宽度 5.6 m,壁厚 400 mm。沉管水下安装,并通过管节之间的密封橡胶圈进行止水,单件重120 t。

进水塔采用圆形钢筋混凝土沉箱型结构,壁厚400 mm,底板厚500 mm。直径9.8 m,顶高程-5.9 m,底高程-16.45 m。在高程-6.9~-9.5 m范围沉箱侧面安装铜合金进水格栅。整个进水塔重900 t。进水塔底采用1 m厚的块石基床,安装进水塔完成后抛填护肩块石,确保其稳定。

2 施工技术难点及解决思路

2.1 施工技术难点

1)工期紧,施工条件差

燃煤电厂调试、发电需要用水。整个取水设施开工较晚,导致取水设施工期只有3个月。印尼当地既无大型水上起重设备,又无专业的预制、浮运安装单位,施工条件差。

2)出运、落驳和安装难度大

进水塔底部基床顶高程为-15.45 m,须水上安装。结合有限的现场条件和贫乏的施工资源,进水塔的出运、落驳和水上安装,难度很大。

2.2 解决思路

因工期紧张,现场条件有限,我部首先与设计进行沟通,通过优化将进水塔由 900 t减小为500 t左右。同时将进水塔顶板改为预制、二次安装,塔体重量进一步减小为370 t。

我们首先考虑采用预制、起重船水上吊装的方案,但在印尼没有足够的大型浮吊实施,如从境外调遣,成本会很高。若采取沉箱浮运的方法,当地又无能够预制、出运大型构件的预制厂。若在施工现场陆域开挖基坑预制,然后放水以沉箱浮运的方法安装,又有进水塔太高(10.5 m),开挖浮运通道(近岸水浅、且为珊瑚礁)困难、且时间长的难题。

综合以上情况,结合管涵安装需用的300 t起重船,我们经过仔细考虑,最终制定了起重船起吊和沉箱浮运相结合的方案:

1)在施工现场护岸外侧以最佳的出运航道为条件确定浮运平台位置。最终确定在护岸外侧修建0.5 m高程的浮运平台,航道水深在最高潮位时最小4 m,当地最高潮位为2.5 m。进水塔没入水中部分产生浮力为157 t,再配合300 t固定式浮吊起吊,可以满足出运。高潮时,水深也能满足浮吊的进位要求。

2)浮运过程中,按照倾覆稳定性计算,采取压水措施后,倾覆稳定能够满足要求。

3 工艺实施

3.1 浮运平台修筑及进水塔预制

该水域潮位变化在0.5~2.5 m之间,浮运平台利用块石修筑,上铺碎石垫层,用反铲挖机在最低潮位时进行整平,高程为0.5 m。同时趁最低潮位时,利用挖机将散落在平台外侧的块石清理掉。因浮运平台长期位于水下,如果全部预制在浮运平台上预制,大部分工作将赶潮水作业,严重拖延工期。所以我们在浮运平台旁边较高位置再修建一块预制平台,进水塔第一层在预制平台预制完成后,由电厂已有的250 t履带吊车,吊放在浮运平台上,在浮运平台上,继续接高预制进水塔,直至完工。

因进水塔高近 11 m,接高预制时须沿周边搭设围护脚手架。脚手架按照常规双排搭设,通道及施工层面满铺木跳板,上下设通道。脚手架按规定设连墙点。

整个进水塔在预制完成并达到100 %的强度方可出运。

3.2 起吊、出运

预制完毕后,进水塔准备起吊、出运、安装。因吊装、出运需利用进水塔在水中的部分浮力,所以进水塔预制完毕后,底部侧面引水管起始端需用钢板临时封堵,要确保进水塔出运时,不漏水。

起吊出运选在3个月的最大高潮位时进行,最高潮位2.5 m,起重船完成各项准备工作后,由拖轮及自身锚缆进位。靠近出运平台,大钩起吊进水塔使其脱离预制平台,缓缓往海域方向移出后,大钩松力至受力约50 t状态。

1)起重船选择

起吊出运时,趁高潮位时进行。按2.5 m潮位计算,则进水塔没在水中的高度为2 m,所产生的浮力为 157 t,原构件为 370 t重,减去浮力后为213 t。

安装时,整个进水塔将全部没入水中后,产生浮力为148 t,减去浮力后构件为222 t,所以起重吊装应以222 t考虑船机设备。

根据300 t浮吊性能参数,起重船吊重等完全满足要求,满载时吃水为2.25 m,航道最高潮位时水深(4 m)也满足其吃水要求,平台靠海侧的宽度也能满足船舶进位要求。

2)起吊钢丝绳计算

进水塔吊装采用四点吊,吊点位置及吊环设置按照设计要求预埋,钢丝绳采用4根等长钢丝绳,钢丝绳与垂直线的夹角为 30°。最大吊重时,每根钢丝绳受拉力为:

根据建筑施工计算手册表13-6,6股61丝,直径83 mm,公称抗拉强度为1 550 kN/mm2的钢丝绳,破断总拉力不小于4 005 kN。钢丝绳选取满足要求。

3.3 进水塔在水中的稳定性验算

进水塔在水中浮运时,须考虑其倾覆稳定性问题。进水塔重心高度计算见表1。

表1 沉箱重心高度计算

通过对进水塔底部侧面进行封堵后,其从最底部计 6.95 m高度内为不透水状态,进水塔整体重为370 t,在水中没入4.95 m时产生的浮力即可达到平衡状态,故可以起浮。但按此状态计算倾覆稳定性,定倾高度h=ρ-A=-0.581<0.2 m,如果在进水塔筒身内灌水1.0 m后,此时沉箱吃水5.95 m,浮心高2.975 m,重心高3.72 m,干舷高1 m。

偏心距 A=4.47-2.975=0.745;惯心距I=9.84π/64=453;定倾半径 ρ=I/V=453/449=1.009;定倾高度h=ρ-A=0.264>0.2 m,稳定满足要求。

因进水塔离安装现场距离较近,且进水塔在出预制平台后,起重船吊着(大钩处受力状态),然后在筒身内先灌水 1 m高,用缆绳与起重船固定,拖轮缓慢拖运至安装现场,所以在运输过程中的倾覆稳定性没有问题。

3.4 安装

安装时,以工作船作为定位船使用。测量棱镜放置于工作船,由岸上全站仪定出安装位置。进水塔运至施工现场后,根据安装位置,由拖轮辅助抛锚就位。另根据预先设置在进水塔顶部的定位标杆,精确控制安装位置及角度。起重船大钩缓慢下落,为避免进水塔没入水中时大钩受力突然加大,在进水格栅进入水中时大钩先暂停下落,等水充满进水塔后,大钩再继续下落,直至进水塔坐落于抛石基床上。因存在水流影响,进水塔要超前下落,位置不正确时,可反复调整,直至满足要求。

图1 进水塔安装船机布置

1)沉箱安装施工前准备

施工技术人员对工作船舶及施工人员进行详细的技术、安全交底。

对进水塔安装过程中每一条船的站位,都有详细计算,并绘制船舶定位图。

沉箱安装吊索选用4根等长的钢丝绳,每根钢丝绳长度为10 m,起重能力在100 t。

2)沉箱安装流程

起重船至进水塔预制基坑外侧水域抛锚。

利用起重船调离预制平台,筒内灌水1 m,确保进水塔在水中稳定,大钩处受力状态,由拖轮拖运至施工现场。

定位船进点定位,确定进水塔位置。

起重船抛锚进点,吊着进水塔向安放位置缓缓移位。

待进水塔至安装位置后向筒内灌满水,慢慢下放,直至完全坐落在安装位置上。

测量检测进水塔安放位置,无误后钢丝绳卸扣。

4 结 语

本工程充分利用现有施工条件,通过分节预制、起重船起吊、半浮运半起吊,克服工期紧张、施工设备不足及施工条件差的困难,圆满完成任务,取得了较大的经济效益。

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