干流整治工程模袋沉放攤鋪板方案分析

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摘要:針對大體積、大重量的沉放攤鋪板在有限作業空間進行涉水吊裝作業安全隱患大、作業成本高的難題,以西江干流治理工程為例,通過方案比選與分析論證,確定采用水浮運輸法進行沉放攤鋪板的運輸與安裝,即在沉放攤鋪板底部安裝一定數量的浮桶,采用雙機抬吊將其吊運至水中,利用其自身浮箱和浮桶的浮力漂浮于水面之上,再通過牽引船將沉放攤鋪板牽引頂推至兩船之間的設計位置,最后利用船舶起重系統將其吊離水面至設計高程并進行安裝。水浮運輸法工藝簡單,安全風險低,大大節省了吊裝作業成本,可供類似涉水吊裝作業工程借鑒和參考。

關鍵詞:水浮運輸法;雙機抬吊;方案比選

1工程概況

廣東省西江干流治理工程———高要區標段水下護岸長度為4.53km,采用水下拋石+300mm厚碎石墊層+200mm厚模袋混凝土+1000mm厚雙層格賓石籠壓腳的結構形式(如圖1所示),大部分枯水期施工水深超過15m,最大施工水深達33.58m,單幅模袋混凝土最長達127.95m,且部分護岸施工無陸路運輸道路。由于護岸工程量大,施工條件復雜,工期緊張,部分護岸需跨汛期施工,施工期河道水流流速達到2m/s,施工難度極大。目前,國內水下護岸模袋混凝土一般采用潛灌法等常規工藝,通常只能應用于水深小于15m的情況。對于超深動水環境下模袋混凝土施工,采用常規的潛灌法難以保證施工質量和施工安全。為解決上述技術難題,通過分析探索,成功研發了一種用于深水護岸的專業化施工設備———深水護岸攤鋪船(如圖2所示),該設備由2艘700t散貨船(44m×9m)通過3條橫梁連接形成的“雙體船”(以下稱為攤鋪船)及1塊沉放攤鋪板(40m×6m,重63t,以下簡稱攤鋪板)組成,其縱剖面與橫剖面如圖3、圖4所示。

2主要技術難點及解決方案

在制造安裝階段,采用何種方式將攤鋪板安裝到攤鋪船上成為一大難題,主要存在以下問題:1)攤鋪板制造碼頭場地狹窄,吊機站位空間受限;2)碼頭平面距水平面平均落差4~5m,影響吊機水平方向的伸臂長度;3)攤鋪板尺寸大,重量大,吊裝過程中安全隱患多。

2.1方案比選為解決攤鋪板運輸問題,提出了以下2種方案。1)方案1:臨時橫梁牽拉法[1-3]在攤鋪船兩船之間設置2組臨時橫梁(經計算,選用36c雙拼工字鋼作為臨時橫梁材料[4]),其位置和間距根據工程經驗確定,臨時橫梁上焊接4個滾軸,間距2m,作為4條縱向下弦桿的滑軌(如圖5所示)。現場吊裝時將臨時吊點(見圖6)位置處的面板切割一個比吊繩直徑稍大的圓孔,吊繩穿過該孔捆綁在縱向下弦桿上(即縱梁上,縱梁為200×200×12方鋼)。吊裝前需平整場地至甲板面高程(向下開挖約2m),以便于吊裝?？紤]到攤鋪板尺寸,為便于其各種吊裝移位操作,決定采用兩臺吊機配合作業(經設備選型,選用450t主吊和220t次吊)。吊裝作業時,先用主吊機將臨時吊點1稍稍吊起,鉸座端與固定在操作平臺上臨時牽拉卷揚機纜繩相連,通過卷揚機向鉸座方向進行牽拉,同時臨時吊點2處的次吊機稍稍吊起攤鋪板,但不必將板吊離地面,以避免攤鋪板晃動過大,起到減少攤鋪板與地面之間的部分摩擦力即可。當攤鋪板牽拉至船尾連接鉸軸處時,然后利用船舶起重系統(2臺30kW卷揚機)將攤鋪板吊起,確認起重機起吊正常后,吊機松鉤撤場,然后拆除臨時橫梁,最后下放攤鋪板至連接鉸軸高程進行安裝。臨時橫梁牽拉安裝法如圖7所示。2)方案2:水浮運輸法[5-6]在攤鋪板底部安裝一定數量的浮桶(直徑約0.6m,高度約0.9m,自重約10kg),浮桶布置應大致均勻對稱,浮桶數量根據攤鋪板重力與浮力平衡確定,同時著重考慮施工安全,本方案選用120個浮桶。采用水浮運輸法作業時,首先采用雙機抬吊[7-8](450t主吊和220t次吊)將攤鋪板吊運至水中,利用其自身浮箱和浮桶的浮力漂浮于水面之上(如圖8所示),再通過牽引船將攤鋪板牽拉頂推至兩船之間的設計位置[9],最后利用船舶起重系統(2臺30kW卷揚機)將攤鋪板吊離水面至連接鉸軸高程處并進行安裝(見圖9)。

2.2方案對比分析2種方案從現場實操與成本兩個方面進行對比分析(見表1~表2),經過方案對比分析,決定采用水浮運輸法進行攤鋪板的運輸。①現狀碼頭與攤鋪船頭甲板存在約2m高差,為保持攤鋪板底與臨時橫梁頂高程一致,便于攤鋪板吊入就位,現狀碼頭場地局部需下挖2m,對碼頭岸邊擋墻和下坡路擋墻墻腳安全不利,同時還要拆除部分現狀地面混凝土①無需下挖及平整場地、拆除現狀砼地面,保留碼頭現狀②場地下挖前,還需將攤鋪板吊至其他位置臨時擺放,騰出開挖面以便挖掘機進場開挖,待場地開挖平整后,再將攤鋪板吊至開挖平整后的位置,多次吊運攤鋪板,吊機使用時間較長;場地開挖過過程中,吊機窩工②在碼頭上無需倒運攤鋪板③采用雙機抬吊,當攤鋪板放置在臨時橫梁上時,吊機需全程配合牽拉,且主吊機吊鉤遇連接橫梁需松鉤并重新綁鉤,作業時間長;攤鋪板下弦桿有偏出臨時橫梁滾軸的風險③采用雙機抬吊,攤鋪板入水漂浮后,兩臺吊機即可脫鉤撤離,使用時間短④吊裝攤鋪板時,攤鋪船需靠近岸邊,攤鋪板吊運上船后重量增加,船身下沉可能導致擱淺,攤鋪船拖運難度較大④攤鋪船停靠位置選擇較多,無擱淺風險⑤雙拼工字鋼需與船體甲板焊接⑤無焊接作業,不會對船體造成損害⑥需安裝臨時卷揚機進行牽拉⑥攤鋪板入水漂浮后,采用牽引船牽拉就位,并利用攤鋪船已安裝好起重系統起吊安裝,無需另行安裝臨時卷揚機⑦牽拉頂推過程中安全隱患較多⑦水浮運輸過程中安全隱患少⑧水位變化對吊裝攤鋪板影響較大⑧不受水位變化影響3方案實施與應用3.1工藝流程水浮運輸法工藝流程[11]如圖10所示。

3.2實施要點1)浮桶安裝將符合密封性要求的浮桶大致均勻對稱地安裝在攤鋪板面板下表面,采用細鐵絲對浮桶進行固定,確保浮桶不會脫落(如圖11所示)。2)攤鋪船就位攤鋪船順水流方向停靠在攤鋪板入水位置范圍之外,船頭朝向下游。3)浮箱密封性試驗首先,在浮箱各表面上均涂刷肥皂液,然后在浮箱上安裝氣閥[12],采用空壓機向浮箱中充入壓縮空氣,停止充氣后觀察壓力表指針是否偏轉及各表面是否有連續氣泡。若存在漏點,則進行修補并再次試驗,直至修補處無氣泡,則證明修補合格。4)攤鋪板試吊開始起吊時,先將攤鋪板吊離地面200~300mm后暫停,檢查吊機的穩定性、制動裝置的可靠性、攤鋪板的平衡性和穩定性以及綁扎的牢固性[13]等,確認無誤后,方可繼續起吊。5)攤鋪板吊裝入水采用雙機抬吊方式將攤鋪板吊至水中。由于碼頭場地狹小,吊裝需分為兩步,一是將攤鋪板吊運至其一半長度伸出碼頭邊緣,次吊機松鉤并移位,主吊機不松鉤繼續吊住攤鋪板以保持其臨空平衡狀態;二是次吊機移位就位后再次起吊攤鋪板并緩緩將其吊運至水中,待確定攤鋪板可平穩漂浮于水面上后吊機松鉤,從而完成吊裝作業(如圖12所示)。6)攤鋪板牽引頂推就位攤鋪板入水后,其鉸座端與牽引船用牽引繩連接,板前端也設置1艘牽引船但不必連接,然后將攤鋪板緩緩牽拉頂推至2船之間的設計位置,此過程應緩慢進行,從而避免因速度過快導致攤鋪板在水中難以制動。牽拉頂推過程如圖13所示。2)攤鋪船就位攤鋪船順水流方向停靠在攤鋪板入水位置范圍之外,船頭朝向下游。3)浮箱密封性試驗首先,在浮箱各表面上均涂刷肥皂液,然后在浮箱上安裝氣閥[12],采用空壓機向浮箱中充入壓縮空氣,停止充氣后觀察壓力表指針是否偏轉及各表面是否有連續氣泡。若存在漏點,則進行修補并再次試驗,直至修補處無氣泡,則證明修補合格。4)攤鋪板試吊開始起吊時,先將攤鋪板吊離地面200~300mm后暫停,檢查吊機的穩定性、制動裝置的可靠性、攤鋪板的平衡性和穩定性以及綁扎的牢固性[13]等,確認無誤后,方可繼續起吊。5)攤鋪板吊裝入水采用雙機抬吊方式將攤鋪板吊至水中。由于碼頭場地狹小,吊裝需分為兩步,一是將攤鋪板吊運至其一半長度伸出碼頭邊緣,次吊機松鉤并移位,主吊機不松鉤繼續吊住攤鋪板以保持其臨空平衡狀態;二是次吊機移位就位后再次起吊攤鋪板并緩緩將其吊運至水中,待確定攤鋪板可平穩漂浮于水面上后吊機松鉤,從而完成吊裝作業(如圖12所示)。6)攤鋪板牽引頂推就位攤鋪板入水后,其鉸座端與牽引船用牽引繩連接,板前端也設置1艘牽引船但不必連接,然后將攤鋪板緩緩牽拉頂推至2船之間的設計位置,此過程應緩慢進行,從而避免因速度過快導致攤鋪板在水中難以制動。牽拉頂推過程如圖13所示。7)攤鋪板起吊就位利用攤鋪船起重系統,通過鋼絲繩連接橫梁與攤鋪板滑輪組,將攤鋪板緩緩起吊至鉸座高程處并完成安裝(如圖14所示)。

3.3應用情況采用水浮運輸法成功將大尺寸、大重量的攤鋪板從空間狹小的碼頭運輸至船舶設計位置處進行安裝,操作簡易高效,僅用半個工作日即完成全部吊裝運輸任務,且運輸過程中未發生任何安全事故,施工人員和機械設備得到有效安全保障。

4結語

相比于臨時橫梁牽拉法,水浮運輸法無需對現狀碼頭進行修整,無需多次倒運攤鋪板,可忽略水位變化的影響,最大限度地降低了外部環境對吊裝作業的不利影響,而且,該方法操作難度低,用時少,既顯著降低作業成本,又大大減少安全隱患,可供類似涉水運輸及安裝工程借鑒和參考。

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[5]郭少斌,吳華藝,陳浩明.PCCP管水浮運輸法在隧洞工程中的應用[J].廣東水利水電,2014(1):11-13.

作者:陳先義 楊鵬 單位:廣東省水利水電第三工程局有限公司