CN111980067A

CN111980067A - 采用上驳工艺长距离运送沉管的施工方法

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Publication number: CN111980067A
Application number: CN202010768815.XA
Authority: CN
Inventors: 马亿光明; 梁杰忠; 陈猛; 梁邦炎; 陈伟彬; 甘世行; 王晓东; 戴双全; 李林; 姜政遥; 林美鸿
Original assignee: CCCC Fourth Harbor Engineering Co Ltd; No 2 Engineering Co of CCCC Fourth Harbor Engineering Co Ltd
Current assignee: CCCC Fourth Harbor Engineering Co Ltd; No 2 Engineering Co of CCCC Fourth Harbor Engineering Co Ltd
Priority date: 2020-08-03
Filing date: 2020-08-03
Publication date: 2020-11-24
Anticipated expiration: 2040-08-03
Also published as: CN111980067B

Abstract

本发明公开了一种采用上驳工艺长距离运送沉管的施工方法，其采用了以下步骤：(1)沉管预制并舾装；(2)沉管上驳，包括半潜驳坐底预压、半潜驳与码头形成搭接、液压移运台车将沉管从预制场移运上驳、沉管到位后半潜驳起浮并由液压移运台车通过液压调节对沉管找平、沉管在半潜驳上进行支撑体系转换、液压移运台车下驳，半潜驳接拖船；(3)拖船拖运半潜驳至下潜坑后，半潜驳系泊在预选安装好的锚块上；(4)沉管压水下潜进行水密性试验后下驳；(5)浮运沉管至沉放区。本发明由于解决了长距离运送沉管的技术难题，预制场能不受距离约束，选址上更有利，也大大降低了施工成本。

Description

采用上驳工艺长距离运送沉管的施工方法

技术领域

本发明涉及在水域施工工况下沉管及大型混凝土构件的制作、运输技术领域。

背景技术

现在对于沉管隧道的一般做法是，将隧道管段分段预制好，每段两端设置临时止水头部，然后利用沉管自身的浮力拖运至施工安装处，沉放于预先挖好的地槽(基槽)内，并进行隧道内部设施施工，从而形成一个完整的水下通道。这种方法要求沉管预制场地距离施工安装地槽不远。如果距离远，则海上或水上浮运沉管的过程会有较大风险，且浮运过程中需封航，也给航运造成极大的影响。另外，为了使得沉管具备起浮条件，需修建干坞与水域连通，且如果沉管数量较多，需频繁地采取措施隔断及连通预制场地和水域，造成了沉管预制施工的不便及成本上升。

如若受场地、水域情况、造价等各种条件限制无法采用干坞法施工且需要长距离运输时，应用上述工艺方法将会出现风险。

发明内容

本发明的目的在于弥补现有技术的不足，提供一种适用于沉管陆上预制及水域长距离运输的施工方法。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

采用上驳工艺长距离运送沉管的施工方法，其特征在于采用了以下步骤：

(1)沉管预制并舾装；

(2)沉管上驳，

(2.1)半潜驳坐底预压；

(2.2)半潜驳与码头形成搭接；

(2.3)液压移运台车将沉管从预制场移运、上驳，上驳过程中半潜驳同步排水，排水速度为保持上驳过程中半潜驳船底对港池坐底基础的压力恒定；

(2.4)沉管到位后半潜驳起浮，由液压移运台车通过液压调节对沉管找平，使沉管下表面位于同一水平高度；

(2.5)沉管在半潜驳上进行支撑体系转换，从液压移运台车转换至由橡胶支墩支撑；

(2.6)液压移运台车下驳，半潜驳接拖船；

(3)拖船拖运半潜驳至下潜坑后，半潜驳系泊在预选安装好的锚块上；

(4)沉管压水下潜进行水密性试验后下驳；

(5)浮运沉管至沉放区。

具体来说，步骤(2.1)是半潜驳先压水坐底于港池坐底基础上进行预压以控制上驳过程中的基床沉降，顶升甲板面与码头液压移动台车的轨道平面齐平。

优选地，步骤(2.11)半潜驳坐底预压是使用压舱水进行预压，压舱水要求在高水位时半潜驳能压载坐底，

所需压舱水质量G_高＝安全系统×(半潜驳船长×半潜驳船宽×(设计高水位+半潜驳坐底底标高-半潜驳空船吃水深度)×海水密度。(I)

优选地，处于低潮位时，要求坐底预压时基床应力达到保险系数倍的正常使用过程中基床应力，此时

所需压舱水质量G_低＝aG_高+(a-1)(半潜驳自重-设计低潮位半潜驳坐底浮力) (II)

a为保险系数，取1.3。

具体来说，步骤(2.4)液压移运台全部行走到半潜驳船上的预定位置后，半潜驳通过调载压载水起浮，保持船底距离坐底基础1米。

具体来说，橡胶支墩包括钢支架底部、位于钢支架上的液压拉合无源支撑、位于液压拉合无源支撑上方的下钢垫板、橡胶垫块、上钢垫板及连接杆，上钢垫板和下钢垫板分别位于橡胶垫块的上表面及下表面，连接杆将上钢垫板和下钢垫板串连在一起，液压拉合无源支撑包括液压穿心千斤顶、螺杆式插销锁扣及一对楔形块，螺杆式插销锁扣随液压穿心千斤顶右移时，两边的楔形块向中间移动而锁紧液压拉合无源支撑的高度。

具体来说，液压移运台车布置n列，每列由若干台车续接而成，半潜驳上布置有(2n-1)列橡胶支墩，每列台车的两侧左右对称地设置有两列橡胶支墩。

步骤(2.5)半潜驳起浮后，液压移运台车顶起沉管并找平，橡胶支墩抬升将沉管顶住，沉管稳定支撑于橡胶支墩后液压移运台车的液压千斤顶下落脱离沉管。

步骤(2.5)中沉管转换由橡胶支墩支撑前，对橡胶支墩进行预压，使橡胶垫块达预估的步骤(4)沉管下驳时的反拱行程，用插销锁扣锁定连接杆长度保持橡胶垫块的变形，再进行沉管落墩；在步骤(4)沉管下驳前，将插销锁扣装置解除。

优选地，半潜驳对接码头设有码头导向装置，码头导向装置包括设置于码头的导向槽和设置于半潜驳的导向杆，导向槽用于收容导向杆，使半潜驳和码头轨道轴线重合对齐。

优选地，半潜驳与液压移运台车在码头的轨道接驳处设有多道钢质过渡梁将半潜驳与码头固定连接在一起。

步骤(4)半潜驳采用非均匀压载方式下潜以减少因下潜过程中浮力增加而导致的半潜驳反拱复原变形。

本发明预制沉管为干作业施工、采用半潜驳船将预制好的沉管运至沉放区，可以长距离运输，且在运输过程中解决了沉管混凝土裂缝控制问题。本发明由于解决了长距离运送沉管的技术难题，预制场能不受距离约束，选址上更有利，也大大降低了施工成本。

附图说明

图1是沉管运送上驳的过程示意，图中显示半潜驳压水坐底，超载预压。

图2是沉管运送上驳的过程示意，图中显示半潜驳与码头之间搭接过渡梁，液压移运台车开始移运沉管至半潜驳。

图3是沉管运送上驳的过程示意，图中显示在沉管上驳过程中，半潜驳同步进行排水，沉管移运至甲板上装载区。

图4是沉管运送上驳的过程示意，图中显示半潜驳起浮，半潜驳产生挠度变形，此时液压移运台车上的液压油缸自平衡确保管节底面平稳。

图5是沉管运送上驳的过程示意，图中显示半潜驳上的橡胶支墩升顶住沉管，液压移运台车下驳。

图6是沉管运送上驳的过程示意，图中显示沉管封仓加固，半潜驳移回旋水域后解缆，拖轮接拖进入水上拖运环节。

图7是液压移运台车与橡胶支墩的布置立面图。

图8是橡胶支墩的侧向示意图。

图9是橡胶支墩的正向示意图。

图10是橡胶垫块弹性受力变形曲线示意图。

图11是码头前沿与港池坐底基础剖面图。

图12是条带基础断面图。

图13是港池坐底基础水泥搅拌桩与条带基础平面布置图。

图中，码头100，轨道面101，港池坐底基础102，条带基础103，碎石垫层103.1，混凝土梁103.2，橡胶103.3，DCM桩基104，强风化岩105，半潜驳坐底基础边界106，半潜驳200，举升甲板201，安全甲板202，顶甲板203，泵舱204，沉管300，液压移运台车400，橡胶支墩500，钢支架501，穿心千斤顶502，下钢垫板503、橡胶垫块504、上钢垫板505，连接杆506，插销锁扣507，楔形块508.

具体实施方式

本发明采用上驳工艺长距离运送沉管，该方法包括以下基本步骤：

(1)沉管预制并舾装；

(2)沉管上驳，

(2.1)半潜驳坐底预压；

(2.2)半潜驳与码头搭接；

(2.3)液压移运台车将沉管从预制场移运、上驳，上驳过程中半潜驳同步排水，使半潜驳顶升甲板与码头台车轨道处于同一水平高度；

(2.4)沉管到位后半潜驳起浮；

(2.6)液压移运台车下驳，半潜驳接拖船；

(4)沉管压水下潜进行水密性试验后下驳；

(5)浮运至沉放区。具体地来说，步骤(2.1)是半潜驳先压水坐底于港池坐底基础上进行预压以控制上驳过程中的基床沉降，顶升甲板面与码头液压移动台车的轨道平面齐平。如图1所示。

码头前沿半潜驳停泊水域为半潜驳坐底区域，为减小半潜驳坐底时码头基床的沉降，坐底区域采用如图12所示的条带基础103。条带基础底部为碎石垫层103.1，混凝土梁103.2座于碎石垫层上，混凝土梁103.2上铺有橡胶103.3。每个船位，按船舶纵向强骨架位置对称布置11列条带基础，每条条带基础长154米。条带基础下方的地基采用DCM桩基处理的复合地基，如图11所示。

压舱水重量要求在设计高水位时半潜驳能够压载坐底，考虑1.2倍安全系数(主要考虑波浪影响)。

所需压舱水质量G_高＝安全系统×(半潜驳船长×半潜驳船宽×(设计高水位+半潜驳坐底底标高-半潜驳空船吃水深度)×海水密度(I)

一一对应各参数代入数值，算得高水位时所需压舱水质量G_高＝1.2×(164×65×(1.67+7.5-2.7)×1.025)＝84833吨。

管节上驳重量与半潜驳排水同步，所以对基床的压力仅随潮水变化而变化。在设计低水位阶段(-0.52m)时，因船舶吃水最小，产生的浮力较小，此时基床压力受力最大。

条带基础受力计算如下表1所示：

表1条带基础地基应力计算表

沉管上驳用时3.5个小时，潮位在最低潮时半潜驳对坐底基床的压载力最大。为避免在该过程中半潜驳坐底基床产生沉降，用半潜驳预先对出运码头前沿基床进行坐底预压，要求坐底预压时基床应力达到保险系数倍的正常使用过程中基床应力，本例中保险系数取1.3。

表2半潜驳坐底预压计算表

处于低潮位时，要求坐底预压时基床应力达到1.3倍正常使用过程中基床应力，则此时基床所受压力为要求压舱水重量+船舶自重-船舶浮力，即：

36669＝G_高+半潜驳船舶自重-设计低潮位半潜驳船舶浮力；

47670＝G_低+半潜驳船舶自重-设计低潮位半潜驳船舶浮力；

因此，G_低＝1.3G_高+0.3(半潜驳自重-设计低潮位半潜驳坐底浮力)；

G_低：低潮位时半潜驳坐底预压载，实现1.3倍正常使用工况低潮位情况下基床应力所需的压舱水重量。

本例中中要求坐底预压时基床应力达到1.3倍正常使用过程中基床应力，因此47670＝1.3*36669，即：；

1.3(G_高+半潜驳自重-设计低潮位半潜驳坐底时浮力)＝G_低+半潜驳船舶自重-设计低潮位半潜驳坐底浮力)；

步骤(2.2)中，半潜驳对接码头设有码头导向装置，码头导向装置包括与码头连接的导向架和与半潜驳连接的导向杆，码头上设有导向槽，导向槽用于收容导向杆，使半潜驳和码头轨道轴线重合对齐。采用这种结构可以使半潜驳和码头的对接快速、方便、准确，缩短了施工进度，提高了对接精度。液压移运台车能直线驶入半潜驳，减少转弯变形。

半潜驳与液压移运台车在码头的轨道接驳处设有多道钢质过渡梁将半潜驳与码头刚性连接在一起。

步骤(2.3)液压移运台车车轮进入半潜驳甲板时，半潜驳开始排水，排水速度为保持上驳过程中半潜驳船底对港池坐底基础的压力恒定，如图2及图3所示。

沉管上驳速度控制在0.31m/分钟～1m/分钟，经核算，船舶调载能力满足沉管上驳同步排水能力要求。上驳调载方案如下：

第一阶段，沉管以1m/S的速度在陆上前行20m，历时20分钟，抵达码头前沿。此时沉管未接触半潜驳，半潜驳保持坐底状态。过驳重量为0，压载水量56799t。

第二阶段，沉管以0.31m/min的速度从陆上往半潜驳前行40m，历时130分钟。此时沉管已一半位于陆上，一半位于半潜驳上。过驳重量18576t,压载水量35599t,泵排出水量21200t。

第三阶段，沉管以0.48m/min的速度继续前行40m，历时83分钟。此时沉管已全部上驳。过驳重量37152t，压载水量20999t，泵排出水量14600t。

第四阶段，沉管以1m/min的速度在半潜驳上行走至指定装载区，前行42m，历时42分钟。过驳增加的重量为0。压载水量14330t，泵排出水量6669t。

步骤(2.4)液压移运台全部行走到半潜驳船上的预定位置后，半潜驳通过调载压载水起浮，保持船底距离坐底基础1米，如图4所示。半潜驳起浮后，船舶与沉管协同发生变形，由液压移运台车进行调节将管节找平。

半潜驳上布置有橡胶支墩，液压移运台车布置有4列，每列由45台台车续接而成，对应的，半潜驳上布置有7列橡胶支墩，每列台车的两侧左右对称地设置有两列橡胶支墩。如图7所示。

如图8及图9所示，橡胶支墩包括底部钢支架501、位于钢支架上的液压拉合无源支撑、位于液压拉合无源支撑上方的下钢垫板503、橡胶垫块504、上钢垫板505及连接杆506。上钢垫板和下钢垫板分别位于橡胶垫块的上表面及下表面，连接杆506将上钢垫板和下钢垫板串连在一起。液压拉合无源支撑包括液压穿心千斤顶502、螺杆式插销锁扣507及一对楔形块508，螺杆式插销锁扣随液压穿心千斤顶右移时，两边的楔形块向中间移动而锁紧液压拉合无源支撑的高度。如采用全刚性支撑，无法满足管节上驳、运输和下潜全过程控裂要求，而本发明采用的橡胶支墩可适应船舶在上驳、运输和下潜过程中的变形，并根据管节受力要求制定适应于本项目刚度曲线的橡胶支墩。

步骤(2.5)半潜驳起浮及液压移运台车顶起沉管并找平后，半潜驳的橡胶支墩抬升，将沉管顶住，沉管稳定支撑于橡胶支墩后液压移运台车的液压千斤顶下落脱离沉管，从而顺利转换支撑体系。

橡胶支墩在半潜驳上对沉管进行支撑的过程中，系统会发生如下形变：

(a)沉管上驳时，因沉管重量向船体施加压力，会造成船体向下的一个变形。船体变形由橡胶支墩的无源支撑找平，经初步验算，沉管的变形约为40mm。

(b)沉管运输过程中，因船舶摇摆，沉管随船体摇晃受力产生变化，应考虑支撑是否可快速的自适应这种受力变化，通过橡胶弹性性能保持沉管受力均匀。按静水状态叠加波浪影响，船体和沉管产生的形变约为2mm。

(c)沉管下驳时，因沉管逐渐起浮，向船体施加的压力减小，船体变形将逐步减小。但原来调平的橡胶无源支撑会产生反拱。初步考虑约42mm。

为减少半潜驳下潜期间，举升甲板反拱对沉管变形产生影响，在橡胶支墩设置预压和并利用自锁装置稳定形变。

根据初步的橡胶弹性受力变形曲线(如图10所示)，在沉管坐墩前，对橡胶支垫预压，使橡胶垫块提前达到42mm变形。然后通过插销锁扣对橡胶垫块进行自锁，再进行沉管落墩操作。运输至下潜坑，进行沉管下潜前，将自锁装置打开，来减少沉管反拱变形量。

沉管因重力作用在半潜驳上产生半潜驳变形，这已由半潜驳上的橡胶支墩支撑调平。但在步骤(4)下潜过程中，浮力增加，半潜驳变形开始反拱恢复原状。在此，半潜驳采用非均匀压载方式下潜以减少因下潜过程中浮力增加而导致的半潜驳反拱复原变形。具体步骤如下表3.

表3

在半潜驳下潜过程中，半潜驳装载计算机可监测船舶变形情况，同时结合沉管变形测量控制系统，调控各舱室压载水的位置和速度，控制各压载舱室的压载水重量，有效地减缓半潜驳在下潜过程中的变形问题。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims

1.采用上驳工艺长距离运送沉管的施工方法，其特征在于采用了以下步骤：

(1)沉管预制并舾装；

(2)沉管上驳，

(2.1)半潜驳坐底预压；

(2.2)半潜驳与码头形成搭接；

(2.6)液压移运台车下驳，半潜驳接拖船；

(4)沉管压水下潜进行水密性试验后下驳；

(5)浮运沉管至沉放区。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2.1)是半潜驳先压水坐底于港池坐底基础上进行预压以控制上驳过程中的基床沉降，顶升甲板面与码头液压移动台车的轨道平面齐平。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2.1)半潜驳坐底预压是使用压舱水进行预压，压舱水要求在高水位时半潜驳能压载坐底，

所需压舱水质量G_高＝安全系统×(半潜驳船长×半潜驳船宽×(设计高水位+半潜驳坐底底标高-半潜驳空船吃水深度)×海水密度。(I)。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：处于低潮位时，要求坐底预压时基床应力达到保险系数倍的正常使用过程中基床应力，此时

所需压舱水质量G_低＝aG_高+(a-1)(半潜驳自重-设计低潮位半潜驳坐底浮力)(II)a为保险系数，取1.3。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2.4)液压移运台全部行走到半潜驳船上的预定位置后，半潜驳通过调载压载水起浮，保持船底距离坐底基础1米。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：橡胶支墩包括钢支架底部、位于钢支架上的液压拉合无源支撑、位于液压拉合无源支撑上方的下钢垫板、橡胶垫块、上钢垫板及连接杆，上钢垫板和下钢垫板分别位于橡胶垫块的上表面及下表面，连接杆将上钢垫板和下钢垫板串连在一起，液压拉合无源支撑包括液压穿心千斤顶、螺杆式插销锁扣及一对楔形块，螺杆式插销锁扣随液压穿心千斤顶右移时，两边的楔形块向中间移动而锁紧液压拉合无源支撑的高度。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：液压移运台车布置n列，每列由若干台车续接而成，半潜驳上布置有(2n-1)列橡胶支墩，每列台车的两侧左右对称地设置有两列橡胶支墩。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤(2.5)半潜驳起浮后，液压移运台车顶起沉管并找平，橡胶支墩抬升将沉管顶住，沉管稳定支撑于橡胶支墩后液压移运台车的液压千斤顶下落脱离沉管。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤(2.5)中沉管转换由橡胶支墩支撑前，对橡胶支墩进行预压，使橡胶垫块达预估的步骤(4)沉管下驳时的反拱行程，用插销锁扣锁定连接杆长度保持橡胶垫块的变形，再进行沉管落墩；在步骤(4)沉管下驳前，将插销锁扣装置解除。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：半潜驳对接码头设有码头导向装置，码头导向装置包括设置于码头的导向槽和设置于半潜驳的导向杆，导向槽用于收容导向杆，使半潜驳和码头轨道轴线重合对齐。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：半潜驳与液压移运台车在码头的轨道接驳处设有多道钢质过渡梁将半潜驳与码头固定连接在一起。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(4)半潜驳采用非均匀压载方式下潜以减少因下潜过程中浮力增加而导致的半潜驳反拱复原变形。