干流整治工程模袋沉放摊铺板方案分析

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摘要:针对大体积、大重量的沉放摊铺板在有限作业空间进行涉水吊装作业安全隐患大、作业成本高的难题,以西江干流治理工程为例,通过方案比选与分析论证,确定采用水浮运输法进行沉放摊铺板的运输与安装,即在沉放摊铺板底部安装一定数量的浮桶,采用双机抬吊将其吊运至水中,利用其自身浮箱和浮桶的浮力漂浮于水面之上,再通过牵引船将沉放摊铺板牵引顶推至两船之间的设计位置,最后利用船舶起重系统将其吊离水面至设计高程并进行安装。水浮运输法工艺简单,安全风险低,大大节省了吊装作业成本,可供类似涉水吊装作业工程借鉴和参考。

关键词:水浮运输法;双机抬吊;方案比选

1工程概况

广东省西江干流治理工程———高要区标段水下护岸长度为4.53km,采用水下抛石+300mm厚碎石垫层+200mm厚模袋混凝土+1000mm厚双层格宾石笼压脚的结构形式(如图1所示),大部分枯水期施工水深超过15m,最大施工水深达33.58m,单幅模袋混凝土最长达127.95m,且部分护岸施工无陆路运输道路。由于护岸工程量大,施工条件复杂,工期紧张,部分护岸需跨汛期施工,施工期河道水流流速达到2m/s,施工难度极大。目前,国内水下护岸模袋混凝土一般采用潜灌法等常规工艺,通常只能应用于水深小于15m的情况。对于超深动水环境下模袋混凝土施工,采用常规的潜灌法难以保证施工质量和施工安全。为解决上述技术难题,通过分析探索,成功研发了一种用于深水护岸的专业化施工设备———深水护岸摊铺船(如图2所示),该设备由2艘700t散货船(44m×9m)通过3条横梁连接形成的“双体船”(以下称为摊铺船)及1块沉放摊铺板(40m×6m,重63t,以下简称摊铺板)组成,其纵剖面与横剖面如图3、图4所示。

2主要技术难点及解决方案

在制造安装阶段,采用何种方式将摊铺板安装到摊铺船上成为一大难题,主要存在以下问题:1)摊铺板制造码头场地狭窄,吊机站位空间受限;2)码头平面距水平面平均落差4~5m,影响吊机水平方向的伸臂长度;3)摊铺板尺寸大,重量大,吊装过程中安全隐患多。

2.1方案比选为解决摊铺板运输问题,提出了以下2种方案。1)方案1:临时横梁牵拉法[1-3]在摊铺船两船之间设置2组临时横梁(经计算,选用36c双拼工字钢作为临时横梁材料[4]),其位置和间距根据工程经验确定,临时横梁上焊接4个滚轴,间距2m,作为4条纵向下弦杆的滑轨(如图5所示)。现场吊装时将临时吊点(见图6)位置处的面板切割一个比吊绳直径稍大的圆孔,吊绳穿过该孔捆绑在纵向下弦杆上(即纵梁上,纵梁为200×200×12方钢)。吊装前需平整场地至甲板面高程(向下开挖约2m),以便于吊装。考虑到摊铺板尺寸,为便于其各种吊装移位操作,决定采用两台吊机配合作业(经设备选型,选用450t主吊和220t次吊)。吊装作业时,先用主吊机将临时吊点1稍稍吊起,铰座端与固定在操作平台上临时牵拉卷扬机缆绳相连,通过卷扬机向铰座方向进行牵拉,同时临时吊点2处的次吊机稍稍吊起摊铺板,但不必将板吊离地面,以避免摊铺板晃动过大,起到减少摊铺板与地面之间的部分摩擦力即可。当摊铺板牵拉至船尾连接铰轴处时,然后利用船舶起重系统(2台30kW卷扬机)将摊铺板吊起,确认起重机起吊正常后,吊机松钩撤场,然后拆除临时横梁,最后下放摊铺板至连接铰轴高程进行安装。临时横梁牵拉安装法如图7所示。2)方案2:水浮运输法[5-6]在摊铺板底部安装一定数量的浮桶(直径约0.6m,高度约0.9m,自重约10kg),浮桶布置应大致均匀对称,浮桶数量根据摊铺板重力与浮力平衡确定,同时着重考虑施工安全,本方案选用120个浮桶。采用水浮运输法作业时,首先采用双机抬吊[7-8](450t主吊和220t次吊)将摊铺板吊运至水中,利用其自身浮箱和浮桶的浮力漂浮于水面之上(如图8所示),再通过牵引船将摊铺板牵拉顶推至两船之间的设计位置[9],最后利用船舶起重系统(2台30kW卷扬机)将摊铺板吊离水面至连接铰轴高程处并进行安装(见图9)。

2.2方案对比分析2种方案从现场实操与成本两个方面进行对比分析(见表1~表2),经过方案对比分析,决定采用水浮运输法进行摊铺板的运输。①现状码头与摊铺船头甲板存在约2m高差,为保持摊铺板底与临时横梁顶高程一致,便于摊铺板吊入就位,现状码头场地局部需下挖2m,对码头岸边挡墙和下坡路挡墙墙脚安全不利,同时还要拆除部分现状地面混凝土①无需下挖及平整场地、拆除现状砼地面,保留码头现状②场地下挖前,还需将摊铺板吊至其他位置临时摆放,腾出开挖面以便挖掘机进场开挖,待场地开挖平整后,再将摊铺板吊至开挖平整后的位置,多次吊运摊铺板,吊机使用时间较长;场地开挖过过程中,吊机窝工②在码头上无需倒运摊铺板③采用双机抬吊,当摊铺板放置在临时横梁上时,吊机需全程配合牵拉,且主吊机吊钩遇连接横梁需松钩并重新绑钩,作业时间长;摊铺板下弦杆有偏出临时横梁滚轴的风险③采用双机抬吊,摊铺板入水漂浮后,两台吊机即可脱钩撤离,使用时间短④吊装摊铺板时,摊铺船需靠近岸边,摊铺板吊运上船后重量增加,船身下沉可能导致搁浅,摊铺船拖运难度较大④摊铺船停靠位置选择较多,无搁浅风险⑤双拼工字钢需与船体甲板焊接⑤无焊接作业,不会对船体造成损害⑥需安装临时卷扬机进行牵拉⑥摊铺板入水漂浮后,采用牵引船牵拉就位,并利用摊铺船已安装好起重系统起吊安装,无需另行安装临时卷扬机⑦牵拉顶推过程中安全隐患较多⑦水浮运输过程中安全隐患少⑧水位变化对吊装摊铺板影响较大⑧不受水位变化影响3方案实施与应用3.1工艺流程水浮运输法工艺流程[11]如图10所示。

3.2实施要点1)浮桶安装将符合密封性要求的浮桶大致均匀对称地安装在摊铺板面板下表面,采用细铁丝对浮桶进行固定,确保浮桶不会脱落(如图11所示)。2)摊铺船就位摊铺船顺水流方向停靠在摊铺板入水位置范围之外,船头朝向下游。3)浮箱密封性试验首先,在浮箱各表面上均涂刷肥皂液,然后在浮箱上安装气阀[12],采用空压机向浮箱中充入压缩空气,停止充气后观察压力表指针是否偏转及各表面是否有连续气泡。若存在漏点,则进行修补并再次试验,直至修补处无气泡,则证明修补合格。4)摊铺板试吊开始起吊时,先将摊铺板吊离地面200~300mm后暂停,检查吊机的稳定性、制动装置的可靠性、摊铺板的平衡性和稳定性以及绑扎的牢固性[13]等,确认无误后,方可继续起吊。5)摊铺板吊装入水采用双机抬吊方式将摊铺板吊至水中。由于码头场地狭小,吊装需分为两步,一是将摊铺板吊运至其一半长度伸出码头边缘,次吊机松钩并移位,主吊机不松钩继续吊住摊铺板以保持其临空平衡状态;二是次吊机移位就位后再次起吊摊铺板并缓缓将其吊运至水中,待确定摊铺板可平稳漂浮于水面上后吊机松钩,从而完成吊装作业(如图12所示)。6)摊铺板牵引顶推就位摊铺板入水后,其铰座端与牵引船用牵引绳连接,板前端也设置1艘牵引船但不必连接,然后将摊铺板缓缓牵拉顶推至2船之间的设计位置,此过程应缓慢进行,从而避免因速度过快导致摊铺板在水中难以制动。牵拉顶推过程如图13所示。2)摊铺船就位摊铺船顺水流方向停靠在摊铺板入水位置范围之外,船头朝向下游。3)浮箱密封性试验首先,在浮箱各表面上均涂刷肥皂液,然后在浮箱上安装气阀[12],采用空压机向浮箱中充入压缩空气,停止充气后观察压力表指针是否偏转及各表面是否有连续气泡。若存在漏点,则进行修补并再次试验,直至修补处无气泡,则证明修补合格。4)摊铺板试吊开始起吊时,先将摊铺板吊离地面200~300mm后暂停,检查吊机的稳定性、制动装置的可靠性、摊铺板的平衡性和稳定性以及绑扎的牢固性[13]等,确认无误后,方可继续起吊。5)摊铺板吊装入水采用双机抬吊方式将摊铺板吊至水中。由于码头场地狭小,吊装需分为两步,一是将摊铺板吊运至其一半长度伸出码头边缘,次吊机松钩并移位,主吊机不松钩继续吊住摊铺板以保持其临空平衡状态;二是次吊机移位就位后再次起吊摊铺板并缓缓将其吊运至水中,待确定摊铺板可平稳漂浮于水面上后吊机松钩,从而完成吊装作业(如图12所示)。6)摊铺板牵引顶推就位摊铺板入水后,其铰座端与牵引船用牵引绳连接,板前端也设置1艘牵引船但不必连接,然后将摊铺板缓缓牵拉顶推至2船之间的设计位置,此过程应缓慢进行,从而避免因速度过快导致摊铺板在水中难以制动。牵拉顶推过程如图13所示。7)摊铺板起吊就位利用摊铺船起重系统,通过钢丝绳连接横梁与摊铺板滑轮组,将摊铺板缓缓起吊至铰座高程处并完成安装(如图14所示)。

3.3应用情况采用水浮运输法成功将大尺寸、大重量的摊铺板从空间狭小的码头运输至船舶设计位置处进行安装,操作简易高效,仅用半个工作日即完成全部吊装运输任务,且运输过程中未发生任何安全事故,施工人员和机械设备得到有效安全保障。

4结语

相比于临时横梁牵拉法,水浮运输法无需对现状码头进行修整,无需多次倒运摊铺板,可忽略水位变化的影响,最大限度地降低了外部环境对吊装作业的不利影响,而且,该方法操作难度低,用时少,既显著降低作业成本,又大大减少安全隐患,可供类似涉水运输及安装工程借鉴和参考。

参考文献:

[1]吴桐金.自锚式悬索桥钢箱梁施工方案对比[J].石家庄铁道大学学报(自然科学版),2013,26(S1):263-265.

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[4]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.热轧型钢:GB/T706—2016[S].北京:中国标准出版社,2016.

[5]郭少斌,吴华艺,陈浩明.PCCP管水浮运输法在隧洞工程中的应用[J].广东水利水电,2014(1):11-13.

作者:陈先义 杨鹏 单位:广东省水利水电第三工程局有限公司