海港工程中沉箱出运与安装技术研究

陈奋，王乐滋

（中交四航局第二工程有限公司，广东 广州 510000）

1 技术背景

沉箱是一种盒装无底、可在水中漂浮、加重可自沉的钢筋混凝土井筒，在海港、防波堤建设工程中常用作深基础，通常在预制厂加工后再运送到施工现场安装。常用的沉箱出运技术有：

（1）斜坡法，需要配置横/纵移车，对预制厂场地有一定的要求，且成本高；

（2）滑板法，涂抹鞋脂油的四氟板搭载沉箱，通过卷扬机牵引至上驳，适用于预制场地小、沉箱尺寸小的施工项目；

（3）台车法，需要配置台车，成本较高；

（4）气囊法，将沉箱放在若干气囊上有卷扬机牵引上驳，该种方法对制件有缓冲保护作用，气囊充气技术成熟可使用，成本低，工期短，对预制场地要求低，重复利用率高，操作简单耗能小，适用于制件多的工程。沉箱安装作为工程奠基，其施工尤为重要，现有的沉箱安装技术通常采用GPS 定位、起重船+潜水员人工测量的安装方法，最大不确定性在于施工团队技术水平，考验施工团队对定位精度以及沉箱注水下潜的稳定性的把控。

本文以香港环保署综合废物管理设施一期工程作为案例，围绕施工要点展开沉箱出运及海上安装工艺技术介绍，以期为相关工程设计提供帮助与指导。

2 海港工程中沉箱出运与安装项目案例

2.1 项目概况

香港环保署综合废物管理设施一期工程位于香港石鼓洲西南海岸外侧，工程周期395 天，其中沉箱工期为关键节点。案例项目中沉箱总计使用99 件，安装分布于海堤区、防波堤区、码头区，类型多达27 种。安装施工时需要从预制厂沿海运输到工程现场，运送路程约60 海里水路，且非对称结构沉箱数量多，安装时稳定性和倾斜度控制难度大，安装工艺要求高，海面缺少参照物，沉箱安装定位难。

基于该工程项目的技术难点以及对比现有技术中沉箱出运、安装方案的优缺点，该工程选用气囊法出运沉箱，选用GPS 定位+人工辅助的方法进行沉箱安装。

2.2 气囊法沉箱出运

图1 气囊法横/纵移出运沉箱流程图

2.2.1 准备工作

为保障航行安全，要求出运前实测气象，最大风速应小于10.8m/s，最大波高应小于1m，半潜驳的吃水富余水深应大于0.4m。

2.2.2 沉箱移运

采用气囊法移运沉箱，由横运衔接纵运至码头前沿，整个移运过程需用到卷扬机、滑轮组、叉车等器械，技术难点在于对气囊充气压强的把控，工作中气囊高度应保持一致，保证气囊受力均匀。

使用千斤顶将沉箱顶升，在其底部1～2m 间距布置若干气囊，充气顶升至高度400mm 后逐一抽出工字钢。使用钢索连接卷扬机与沉箱，两台卷扬机配合滑轮组前拉后放牵引沉箱匀速缓慢前移，保证沉箱前进方向布设有2～3 个气囊待命，移动过程中须注意气囊状态，必要时进行气囊补气或更换，观察沉箱前进趋势是否发生偏移，及时纠偏。当沉箱后方气囊渐至尾部时对该气囊缓慢排气，并使用叉车将该气囊搬运至沉箱前进方向充气待命，重复动作直至完成横移，进入拐角，准备横/纵移衔接。

沉箱横移至出运通道中间位置时停止牵引，在沉箱底部放置支垫枕木，布置完毕后将气囊排气抽出，进入纵移准备。

纵移方法与横移一致，将沉箱牵引至码头前沿后停止动作，此时在沉箱下均匀放置支垫枕木，气囊匀速缓慢放气使沉箱平稳停落在枕木上，至此完成一次沉箱的移运。

2.2.3 上驳

使用半潜驳拖航每次运送一件沉箱。控制半潜驳与码头面平齐，将钢板架设在两者接缝处，沉箱底部铺设气囊，充气将沉箱顶升取出支垫枕木，通过卷扬机牵引沉箱上驳，过程中控制沉箱轴向偏量应小于50cm，若在上驳时出现船艉下沉的情况应暂停牵引，调整半潜驳与码头面平齐再继续牵引工作。

上驳至沉箱搁置位置后停止牵引，在气囊间隙设满表面平齐、高度为300mm 的支垫枕木，气囊缓慢放气，沉箱平缓落在支垫枕木后抽出气囊，解除牵引装置，调平船身，完成一次沉箱上驳。

2.2.4 拖航就位

沉箱开始拖航前需保证航道水深大于5m，宽度应满足拖航设备需求。对拟定航道进行水深测量，采用1主拖+1 旁拖的形式拖带作业，保障航行安全。

2.3 沉箱安装工艺

图2 沉箱安装流程图

2.3.1 出驳前准备

（1）在沉箱出驳安装前需要对其浮游稳定性进行计算，根据规范要求其定倾高度应大于0.2m，定倾高度越高，沉箱浮游越稳定，更有利于沉箱安装。

（2）出驳前应保证半潜驳有足够的下潜区，对需求的水深进行计算：下潜区水深≥沉箱的浮游稳定吃水+半潜驳型深+木方高度+起浮时沉箱底面与木方顶面的富余水深（取0.3～0.5m）+半潜驳与下潜区底面富余水深（取0.5～1m）。

图3 半潜驳下潜示意图

（3）保证安装沉箱的基床无异物且回淤小于30cm，超过厚度时需要清淤。

2.3.2 出驳

为保证沉箱出驳与安装的安全性，应选择在低平潮、潮流流速较小时作业。到达下潜区时使用出坞钢丝连接沉箱与拖船，半潜驳下潜，拖船将浮起的沉箱缓慢匀速拖拉出驳并拖航至安装位置。

2.3.3 沉箱安装粗定位

第一件沉箱选择粗安装，待第二件沉箱准确安装后，再将第一件沉箱抽水起浮重新定位安装。

第一件沉箱粗安装时使用两台GPS 分别定位沉箱两角点位置，后续的沉箱安装用一台GPS定位安装位置，再用一台GPS 校核该沉箱各角点位置。

确定安装定位后，通过卷扬机牵引、小船协助顶推沉箱逆水流方向到待装位置，注水使沉箱平缓下沉至适宜高度，挂上手拉葫芦，通过起重船调整沉箱下沉角度，继续往沉箱各仓格均衡注水使其底部与基床面相距约30cm，调平沉箱高差准备精准定位。

2.3.4 沉箱安装精定位

利用GPS 技术和测量仪器对沉箱四角的转向与标高进行测量校准，在沉箱之间的缝隙放置木板用来调整安装过程中出现的偏位，出现高差偏位时调整木板厚度即可。必要时可安排潜水员协助观测，保证沉箱的上下游标高接近或一致、前后坡度与基床平行，使其安装精度在规范要求范围内。

沉箱偏角与高差满足精度要求后，向沉箱缓慢注水使之下沉坐落于基床面上，随后进行精度测量，发现有偏差须抽水起浮，重新进行精准定位安装。

2.3.5 安装注意事项

（1）若两沉箱安装的基床存在高差，应优先安装基床较深的沉箱。

（2）沉箱注水下沉过程中应测量各仓格压水高度，保证沉箱平缓地下沉，并随时形成安装记录。

（3）为保证工程精度，安装时需要分段、从下至上游推进安装，以减小累积误差，保障总长及分段工程符合设计要求。

（4）沉箱完成安装后，仍应进行定期的沉降位移观测和沉箱质量检测，保障工程质量。

3 结束语

沉箱的出运与安装关乎海港工程整体施工进度，本文以实例出发，详细介绍了体量大、工期短的建设项目沉箱的移运、出运、安装技术和实施工艺以及注意事项，为类似工程提供可靠有效的技术指导。