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      復(fù)雜施工環(huán)境下的進(jìn)水塔安裝

      2020-10-22 06:39:06于文津楊連佼
      港工技術(shù) 2020年5期
      關(guān)鍵詞:進(jìn)水塔起重船沉箱

      于文津,楊連佼

      (中交三航局第二工程有限公司,上海 200122)

      引 言

      位于經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)的海外工程,施工條件普遍較差。如果再遇到惡劣的自然環(huán)境,施工就相當(dāng)困難。若按常規(guī)施工方法,成本將急劇增加。本例在近海施工一條取水管涵,海側(cè)端頭部分安裝一個(gè)預(yù)制進(jìn)水塔。其中進(jìn)水塔的安裝施工難度最大,具體有兩點(diǎn):

      1)現(xiàn)場不具備先整體預(yù)制,后采用大型起重船一次安裝就位的條件;

      2)現(xiàn)場不具備常規(guī)浮運(yùn)安裝的條件。

      項(xiàng)目部經(jīng)過對(duì)多種方案比較、研究,最后創(chuàng)新性的采用了半浮運(yùn)、半吊裝的方法,花費(fèi)了最小成本成功解決了安裝難題。

      1 工程概況

      本工程位于印度尼西亞Batam島,為新建燃煤電廠的取水工程。主要包括兩部分:陸上段和海上段。

      陸上段采用現(xiàn)澆混凝土管涵型式,管涵單節(jié)長度 10 m,管節(jié)之間設(shè)置橡膠止水帶連接。引水管設(shè)計(jì)底高程-4.2 m,單節(jié)管涵高 3.2 m、寬5.9 m,設(shè)置雙孔(每孔2 200 mm×2 200 mm),壁厚500 mm。施工采用陸上開挖基坑,現(xiàn)澆施工。

      水上段包括引水管和進(jìn)水塔。引水管采用預(yù)制混凝土沉管型式,管涵單節(jié)長度 6.38 m,高度3.0 m,寬度 5.6 m,壁厚 400 mm。沉管水下安裝,并通過管節(jié)之間的密封橡膠圈進(jìn)行止水,單件重120 t。

      進(jìn)水塔采用圓形鋼筋混凝土沉箱型結(jié)構(gòu),壁厚400 mm,底板厚500 mm。直徑9.8 m,頂高程-5.9 m,底高程-16.45 m。在高程-6.9~-9.5 m范圍沉箱側(cè)面安裝銅合金進(jìn)水格柵。整個(gè)進(jìn)水塔重900 t。進(jìn)水塔底采用1 m厚的塊石基床,安裝進(jìn)水塔完成后拋填護(hù)肩塊石,確保其穩(wěn)定。

      2 施工技術(shù)難點(diǎn)及解決思路

      2.1 施工技術(shù)難點(diǎn)

      1)工期緊,施工條件差

      燃煤電廠調(diào)試、發(fā)電需要用水。整個(gè)取水設(shè)施開工較晚,導(dǎo)致取水設(shè)施工期只有3個(gè)月。印尼當(dāng)?shù)丶葻o大型水上起重設(shè)備,又無專業(yè)的預(yù)制、浮運(yùn)安裝單位,施工條件差。

      2)出運(yùn)、落駁和安裝難度大

      進(jìn)水塔底部基床頂高程為-15.45 m,須水上安裝。結(jié)合有限的現(xiàn)場條件和貧乏的施工資源,進(jìn)水塔的出運(yùn)、落駁和水上安裝,難度很大。

      2.2 解決思路

      因工期緊張,現(xiàn)場條件有限,我部首先與設(shè)計(jì)進(jìn)行溝通,通過優(yōu)化將進(jìn)水塔由 900 t減小為500 t左右。同時(shí)將進(jìn)水塔頂板改為預(yù)制、二次安裝,塔體重量進(jìn)一步減小為370 t。

      我們首先考慮采用預(yù)制、起重船水上吊裝的方案,但在印尼沒有足夠的大型浮吊實(shí)施,如從境外調(diào)遣,成本會(huì)很高。若采取沉箱浮運(yùn)的方法,當(dāng)?shù)赜譄o能夠預(yù)制、出運(yùn)大型構(gòu)件的預(yù)制廠。若在施工現(xiàn)場陸域開挖基坑預(yù)制,然后放水以沉箱浮運(yùn)的方法安裝,又有進(jìn)水塔太高(10.5 m),開挖浮運(yùn)通道(近岸水淺、且為珊瑚礁)困難、且時(shí)間長的難題。

      綜合以上情況,結(jié)合管涵安裝需用的300 t起重船,我們經(jīng)過仔細(xì)考慮,最終制定了起重船起吊和沉箱浮運(yùn)相結(jié)合的方案:

      1)在施工現(xiàn)場護(hù)岸外側(cè)以最佳的出運(yùn)航道為條件確定浮運(yùn)平臺(tái)位置。最終確定在護(hù)岸外側(cè)修建0.5 m高程的浮運(yùn)平臺(tái),航道水深在最高潮位時(shí)最小4 m,當(dāng)?shù)刈罡叱蔽粸?.5 m。進(jìn)水塔沒入水中部分產(chǎn)生浮力為157 t,再配合300 t固定式浮吊起吊,可以滿足出運(yùn)。高潮時(shí),水深也能滿足浮吊的進(jìn)位要求。

      2)浮運(yùn)過程中,按照傾覆穩(wěn)定性計(jì)算,采取壓水措施后,傾覆穩(wěn)定能夠滿足要求。

      3 工藝實(shí)施

      3.1 浮運(yùn)平臺(tái)修筑及進(jìn)水塔預(yù)制

      該水域潮位變化在0.5~2.5 m之間,浮運(yùn)平臺(tái)利用塊石修筑,上鋪碎石墊層,用反鏟挖機(jī)在最低潮位時(shí)進(jìn)行整平,高程為0.5 m。同時(shí)趁最低潮位時(shí),利用挖機(jī)將散落在平臺(tái)外側(cè)的塊石清理掉。因浮運(yùn)平臺(tái)長期位于水下,如果全部預(yù)制在浮運(yùn)平臺(tái)上預(yù)制,大部分工作將趕潮水作業(yè),嚴(yán)重拖延工期。所以我們?cè)诟∵\(yùn)平臺(tái)旁邊較高位置再修建一塊預(yù)制平臺(tái),進(jìn)水塔第一層在預(yù)制平臺(tái)預(yù)制完成后,由電廠已有的250 t履帶吊車,吊放在浮運(yùn)平臺(tái)上,在浮運(yùn)平臺(tái)上,繼續(xù)接高預(yù)制進(jìn)水塔,直至完工。

      因進(jìn)水塔高近 11 m,接高預(yù)制時(shí)須沿周邊搭設(shè)圍護(hù)腳手架。腳手架按照常規(guī)雙排搭設(shè),通道及施工層面滿鋪木跳板,上下設(shè)通道。腳手架按規(guī)定設(shè)連墻點(diǎn)。

      整個(gè)進(jìn)水塔在預(yù)制完成并達(dá)到100 %的強(qiáng)度方可出運(yùn)。

      3.2 起吊、出運(yùn)

      預(yù)制完畢后,進(jìn)水塔準(zhǔn)備起吊、出運(yùn)、安裝。因吊裝、出運(yùn)需利用進(jìn)水塔在水中的部分浮力,所以進(jìn)水塔預(yù)制完畢后,底部側(cè)面引水管起始端需用鋼板臨時(shí)封堵,要確保進(jìn)水塔出運(yùn)時(shí),不漏水。

      起吊出運(yùn)選在3個(gè)月的最大高潮位時(shí)進(jìn)行,最高潮位2.5 m,起重船完成各項(xiàng)準(zhǔn)備工作后,由拖輪及自身錨纜進(jìn)位??拷鲞\(yùn)平臺(tái),大鉤起吊進(jìn)水塔使其脫離預(yù)制平臺(tái),緩緩?fù)S蚍较蛞瞥龊?,大鉤松力至受力約50 t狀態(tài)。

      1)起重船選擇

      起吊出運(yùn)時(shí),趁高潮位時(shí)進(jìn)行。按2.5 m潮位計(jì)算,則進(jìn)水塔沒在水中的高度為2 m,所產(chǎn)生的浮力為 157 t,原構(gòu)件為 370 t重,減去浮力后為213 t。

      安裝時(shí),整個(gè)進(jìn)水塔將全部沒入水中后,產(chǎn)生浮力為148 t,減去浮力后構(gòu)件為222 t,所以起重吊裝應(yīng)以222 t考慮船機(jī)設(shè)備。

      根據(jù)300 t浮吊性能參數(shù),起重船吊重等完全滿足要求,滿載時(shí)吃水為2.25 m,航道最高潮位時(shí)水深(4 m)也滿足其吃水要求,平臺(tái)靠海側(cè)的寬度也能滿足船舶進(jìn)位要求。

      2)起吊鋼絲繩計(jì)算

      進(jìn)水塔吊裝采用四點(diǎn)吊,吊點(diǎn)位置及吊環(huán)設(shè)置按照設(shè)計(jì)要求預(yù)埋,鋼絲繩采用4根等長鋼絲繩,鋼絲繩與垂直線的夾角為 30°。最大吊重時(shí),每根鋼絲繩受拉力為:

      根據(jù)建筑施工計(jì)算手冊(cè)表13-6,6股61絲,直徑83 mm,公稱抗拉強(qiáng)度為1 550 kN/mm2的鋼絲繩,破斷總拉力不小于4 005 kN。鋼絲繩選取滿足要求。

      3.3 進(jìn)水塔在水中的穩(wěn)定性驗(yàn)算

      進(jìn)水塔在水中浮運(yùn)時(shí),須考慮其傾覆穩(wěn)定性問題。進(jìn)水塔重心高度計(jì)算見表1。

      表1 沉箱重心高度計(jì)算

      通過對(duì)進(jìn)水塔底部側(cè)面進(jìn)行封堵后,其從最底部計(jì) 6.95 m高度內(nèi)為不透水狀態(tài),進(jìn)水塔整體重為370 t,在水中沒入4.95 m時(shí)產(chǎn)生的浮力即可達(dá)到平衡狀態(tài),故可以起浮。但按此狀態(tài)計(jì)算傾覆穩(wěn)定性,定傾高度h=ρ-A=-0.581<0.2 m,如果在進(jìn)水塔筒身內(nèi)灌水1.0 m后,此時(shí)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;慣心距I=9.84π/64=453;定傾半徑 ρ=I/V=453/449=1.009;定傾高度h=ρ-A=0.264>0.2 m,穩(wěn)定滿足要求。

      因進(jìn)水塔離安裝現(xiàn)場距離較近,且進(jìn)水塔在出預(yù)制平臺(tái)后,起重船吊著(大鉤處受力狀態(tài)),然后在筒身內(nèi)先灌水 1 m高,用纜繩與起重船固定,拖輪緩慢拖運(yùn)至安裝現(xiàn)場,所以在運(yùn)輸過程中的傾覆穩(wěn)定性沒有問題。

      3.4 安裝

      安裝時(shí),以工作船作為定位船使用。測量棱鏡放置于工作船,由岸上全站儀定出安裝位置。進(jìn)水塔運(yùn)至施工現(xiàn)場后,根據(jù)安裝位置,由拖輪輔助拋錨就位。另根據(jù)預(yù)先設(shè)置在進(jìn)水塔頂部的定位標(biāo)桿,精確控制安裝位置及角度。起重船大鉤緩慢下落,為避免進(jìn)水塔沒入水中時(shí)大鉤受力突然加大,在進(jìn)水格柵進(jìn)入水中時(shí)大鉤先暫停下落,等水充滿進(jìn)水塔后,大鉤再繼續(xù)下落,直至進(jìn)水塔坐落于拋石基床上。因存在水流影響,進(jìn)水塔要超前下落,位置不正確時(shí),可反復(fù)調(diào)整,直至滿足要求。

      圖1 進(jìn)水塔安裝船機(jī)布置

      1)沉箱安裝施工前準(zhǔn)備

      施工技術(shù)人員對(duì)工作船舶及施工人員進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)、安全交底。

      對(duì)進(jìn)水塔安裝過程中每一條船的站位,都有詳細(xì)計(jì)算,并繪制船舶定位圖。

      沉箱安裝吊索選用4根等長的鋼絲繩,每根鋼絲繩長度為10 m,起重能力在100 t。

      2)沉箱安裝流程

      起重船至進(jìn)水塔預(yù)制基坑外側(cè)水域拋錨。

      利用起重船調(diào)離預(yù)制平臺(tái),筒內(nèi)灌水1 m,確保進(jìn)水塔在水中穩(wěn)定,大鉤處受力狀態(tài),由拖輪拖運(yùn)至施工現(xiàn)場。

      定位船進(jìn)點(diǎn)定位,確定進(jìn)水塔位置。

      起重船拋錨進(jìn)點(diǎn),吊著進(jìn)水塔向安放位置緩緩移位。

      待進(jìn)水塔至安裝位置后向筒內(nèi)灌滿水,慢慢下放,直至完全坐落在安裝位置上。

      測量檢測進(jìn)水塔安放位置,無誤后鋼絲繩卸扣。

      4 結(jié) 語

      本工程充分利用現(xiàn)有施工條件,通過分節(jié)預(yù)制、起重船起吊、半浮運(yùn)半起吊,克服工期緊張、施工設(shè)備不足及施工條件差的困難,圓滿完成任務(wù),取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益。

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