中交第三航务工程局有限公司厦门分公司 福建厦门 361006
摘要：沉箱出运安装需要配备大型施工机械及船舶，且需要赶潮作业，因此在码头施工中始终作为一个关键性施工分项。为此，要加强施工过程的管理和控制，提高安装质量，保证施工技术水平。
关键词：沉箱；安装施工；施工方法
1.工程概况
莆田兴化港区涵江作业区1-3号泊位工程新建码头水工主体、港池疏浚、护岸工程、陆域形成及软基处理工程。其中码头水工主体结构为重力式沉箱结构，沉箱总计45个，沉箱尺寸：18.0×17.55×18.61m（长×宽×高），重3022t，码头设计泊位总长690m。沉箱出运安装采用千斤顶顶升配合超高压气囊出运上驳，半潜驳由拖轮拖航水上运输，拖轮有助于安装船锚固定位置，半潜驳有助于定位和安装。该项目大型沉箱拖带距离长达48海里，是目前福建省内拖运距离最长的半潜驳干运路线。本工程沉箱共计45件，沉箱安装由3#泊位~1#泊位顺序进行。
2.沉箱安装施工方法
2.1 施工前准备工作
1、沉箱吊装索具： 沉箱吊装锁具包括钢丝绳和卸扣，沉箱安装前要先进行受力计算，选择合适规格，并做好相关准备工作；
2.施工技术人员应对工作船舶和施工人员进行详细的安全和技术交底，并详细列出沉箱的出运，拖带和安装的详细时间表，形成作业指导书交付给每艘工作船和施工队;
3.检查沉箱储存区域，确保沉箱储存区域符合要求;
4.计算每艘船在出运、拖带和安装沉箱过程中的船位，并绘制船舶位置布置图;
5.详细说明沉箱出运，安装过程中的吃水，舱内水压，起重机的提升力，浮游稳定性，制定详细的控制措施;
6、设置水尺： 在沉箱的外侧，从沉箱的底部开始设置水尺，从5.0米的高度开始，到18.6米的高度结束。水尺用红色和白色涂漆，刻度为10厘米，用于沉箱安装。
7、船舶候潮区及下潜坑的复测
沉箱安装需趁潮施工，优先安排3#泊位的港池开挖作业，并选择一块区域（250 m×250 m）作为船舶候潮区，该区域的长度和宽度各为250米，疏浚后的泥浆水位为-6.0米，满足船舶的吃水深度。
8、进出港浅滩水域及临时锚地候潮区的复测
为防止船舶搁浅，要对进港浅滩水域及临时锚地候潮区的泥面标高进行复测，确保进港通航安全。
2.2 沉箱出坑
使用超高压安全气囊将坑中的沉箱穿过储存区域。
沉箱牵引系统包括地锚，提升机，滑轮组，钢丝绳，卸扣和钢杆。 牵引系统安全性验算主要是正向牵引的验算。沉箱从生产线横向搬运至堆存区域，再纵向移至出运码头等待上驳。沉箱上驳作业是将沉箱从出运码头搬运至半潜驳上的中心位置，与沉箱在出运通道上的搬运相类似，不同在于沉箱在上驳时，正向牵引由半潜驳上的两台锚机完成。
沉箱牵引示意图
2.3 沉箱出运上驳
1、沉箱出运码头
本次出运码头改造内容主要为面层修复，浇筑C30砼20CM，码头标高+3.62(56黄零)。 可以满足半潜驳搭驳需要。
2.沉箱托运采用“三航工8”半潜驳船，船长69.10米，船宽36.80米。 型深5.4 m，空载吃水2.5 m，载重吃水4.5 m。出运码头的标高为+7.7米，码头的原始泥面高度为-0.7米。沉箱的出运至半潜式驳船的时间在涨潮期间进行。 半潜驳搭驳在出运码头上，并系缆稳固。
在半潜驳就位后，当潮位上升到+4.8米时，堆放在出运码头上的沉箱使用高压气囊配合卷扬机，纵向位移出运至半潜驳船的中心。在沉箱上驳的过程中，半潜驳不断地调整压载水位，使甲板始终处于水平状态，甲板高度始终与搭驳端保持一致，以确保沉箱出运的安全性。
半潜式驳船每次装载一个沉箱。 并利用与甲板焊接的1500*1500三角架对沉箱的前后址及侧墙底板位置进行顶靠，做好临时加固工作。
沉箱上驳示意图
2.4 沉箱托运
沉箱上半潜驳并经加固后，半潜驳排水或趁潮涨起浮，离开出运码头支座，绞缆后退起锚。半潜驳起锚后，用1艘4000HP拖轮拖带前进。拖航时，半潜驳的艉部要在前面。为确保拖带安全，按照有关规定，要提前告知海监局出运沉箱的时间、地点及航道占用的时间、区间，并要签取航行通行证。
沉箱托运路线: 从斗尾预制场出发，沿湄洲湾主航道行至湄洲岛南侧海域，经过沿海习惯航路向东北方向航行至南日水道习惯航线， 再从南日水道习惯航线驶入江阴航道，再进入兴化湾港区进港航道，总航程约48海里， 航速按4节，12小时可完成总航程。
沉箱拖航进港航线：沉箱拖航进港航道线路按莆田兴化湾港区进港航道一期工程方案的航线进行布置，航道通航宽度按180m，目前航道泥面标高为-16.0m~+0.0m。其中航线H2~H3段为进入本工程开挖港池的终段，航程为2325m，其间水域为浅滩区，现状泥面标高为-4.5m~+0.0m。考虑半潜驳运载沉箱重载后吃水深度4.5m，拖航时富裕水深0.5m，拖航安全水深为5m，故进入本工程开挖港池航段H2~H3段需趁潮拖运进入，即沉箱拖航至临时锚地进行候潮，选择潮水涨潮至+5.0m开始驶进。潮水涨潮由5.0m到潮水退潮至5.0m约为5个小时，H2~H3段航程为2325m，半潜驳拖运航速为约7Km/小时，经过本航段拖运时间为0.33小时，趁潮时间及拖运水深均满足要求。
2.5 半潜驳、起重船驻位
半潜驳驻位位置由沉箱安装时吃水深度及沉箱安装位置来确定：本工程沉箱重3022t，根据设计文件该沉箱浮游稳定时吃水深度为10.41m，半潜驳型深为5.4m，枕木高度0.4m，安全富余高度为0.5m，故半潜驳下潜深度为16.71m，沉箱出驳均在潮位大于+4.0m时，下潜坑泥面标高应低于-12.71m。本工程停泊水域标高为-14.21m（1#~2#泊位）、-15.61m（3#泊位），停泊水域长度690m，宽度为65m，满足沉箱安装时半潜驳下潜要求。综合各施工因素，半潜驳顺东西向平行于码头前沿线驻位，船艉在西，船艏在东，起重船垂直半潜驳顺南北向驻位。
2.6 半潜驳下潜，沉箱浮吊
半潜驳、起重船按驻位图就位、各施工准备工作准备完毕、潮位及气候等外部条件满足安装要求，半潜式压载舱开始均匀淹没，半潜式驳船开始均匀下潜。 半潜驳下潜一定深度后（沉箱吃水6m）开始对沉箱进行仓内加水以满足沉箱出驳时的浮游稳定性。
在潜水过程中，沉箱同时进入仓库用水。保持半潜式驳船平衡，确保沉箱的安全。当半潜水下潜到沉箱并且吃水为8米时，潜水停止并且起重机开始挂钩。 在吊钩完成后，半潜式驳船继续潜水并逐渐将提升力增加至100t。 当沉箱前中仓加水高度1.0 m，中后仓加水高度2.191 m时停止进压仓水， 在潜水期间，起重机的提升力始终保持在100吨。 当半潜式沉降到沉箱吃水深度为10.41 m时，沉箱的重量和压载水的重量与沉箱的浮力和提升力相平衡。 沉箱可以从船上拆下。
起重船、半潜驳驻位图
其中沉箱下潜安全要求：
沉箱下潜选择潮水为4.0 m以上，潮水涨潮由4.0 m到潮水退潮至4.0 m为沉箱下潜安全和有效作业时间， 约为7个小时。
沉箱下潜的准备工作包含半潜驳、起重船按驻位图定位、吊装施工平台、钢梯、安装潜水泵、接电源、沉箱系缆等准备工作（合计约0.5小时）可在潮水涨潮至4.0 m之前全部完成。 当潮汐升至4.0m时，开始均匀的淹没和半潜式压载舱的均匀潜水。根据船舶的性能，半潜式潜水潜水时间为10.41的沉箱吃水时间为2.5小时。加上起重船的沉箱挂钩等工作，总耗时约3个小时，即可完成沉箱浮吊离驳的全过程。
若出现由于船机或气候等原因，导致半潜驳无法在安全和有效作业时间内下潜到位的， 则半潜驳必需在潮水退潮至4.0 m之前起浮，起浮时宜边起浮边对沉箱的压仓水（400 t）进行均衡排除，且对沉箱进行临时加固，待船机检修后或外部气候合适的后续潮水中再行半潜驳的下潜和沉箱的浮吊离驳工作。
2.7 沉箱安装就位
由于该项目沉箱的顶部设计为+3.0 m，设计低水位为+0.82 m， 因此本工程沉箱安装着床就位后，沉箱顶部大半时间可以露出水面。
沉箱边注水边下沉，沉箱下沉过程中，保持起重船吊力稳定在100t左右。当沉箱下沉至离基床面50cm左右时停止注水，校核沉箱平面位置是否正确，检查沉箱底面坡度与基床面坡度是否一致。确认无误后，起重船大钩缓缓放下使沉箱着床。
沉箱着床后，测量沉箱的平面位置偏差和倾斜度偏差，并由潜水员水下探摸相邻沉箱的缝宽情况。当满足要求时，继续向沉箱内各仓灌水至箱顶标高；沉箱着床后，若安装质量不满足要求，则起重船将沉箱重新吊起50cm高度，经微调满足要求后，再使沉箱着床。
安装沉箱后，应在每个沉箱的四个角设置沉降和位移观测点，并定期进行沉降和位移观测。同时在沉箱外角点设置防撞设施（如浮标及夜灯）以防船舶撞击。
沉箱出运安装流程图
2.8 沉箱安装稳定防护
安装沉箱后，在1~2次低潮后，组织测量技术人员重新测试沉箱安装位置，并在满足质量标准后及时回填箱子。
沉箱中每个箱的回填以平衡的方式进行，相邻箱的高度差不大于1米。
结束语
在重力沉箱码头的建设中，沉箱的安装和安装是一个重要的重点项目。 施工中涉及大型船机、人员的配合施工，且相比其他分项作业风险较高，从项目成本控制和安全控制的角度来看，它们作为关键子项进行控制。本文重点介绍沉箱安装和施工方法的分析，仅供参考。
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论文作者:陈仁昌,刘航
论文发表刊物:《防护工程》2018年第36期
论文发表时间:2019/4/16
标签：沉箱论文; 起重船论文; 码头论文; 吃水论文; 标高论文; 驳船论文; 下潜论文; 《防护工程》2018年第36期论文;