沉箱出运码头的设计及作业管理

沉箱出运码头的设计及作业管理

杨晓安子超

山东港湾建设集团有限公司山东省日照市276800

摘要：港口工程的沉箱出运码头为工程措施性项目，具有专用性、临时性等特点，其建设需在满足必要的使用功能和安全的前提下，尽量节省投资，做到安全、适用、经济。结合某项目沉箱出运码头的工程实例，介绍了大型沉箱出运码头的设计条件、平面布置方案以及结构设计方案，并对沉箱出运码头的设计以及作业过程的管理要求等进行了总结。

关键词：沉箱；出运码头；设计

引言：

沉箱结构的水上工作量小、施工速度快、整体稳定性好，被广泛应用于码头工程，而近年来随着码头泊位的大型化发展，3,000t级及以上的大型沉箱越来越多地被采用。为了满足大型沉箱的出运装驳，出运码头的设计、建造就成为施工方案中重要的一环，出运码头需紧密结合大型沉箱的出运装驳工艺来设计，既要满足施工的使用要求，又需考虑其临时性、专用性等特点。本文结合某电厂15万t级煤码头工程3,000t级沉箱出运码头的工程实例，对其设计标准、结构方案、以及施工和作业管理的要求等进行了探讨和总结。

1码头设计

1.1设计工况

出运码头为临时结构，其功能较单一，但使用荷载较大，针对这一特点，对码头的使用工况给予了限制，结构按短暂组合进行承载能力极限状态设计，使用期2年，安全等级为Ⅱ级。码头的使用荷载简化为土压力、自重、半潜驳搭板的搁置力等几种荷载，其余荷载如船舶系缆力等另设地锚墩解决。同时将出运码头的使用管理与沉箱上驳作业方法也纳入码头设计的整体方案中，沉箱上驳作业采用半潜驳与出运码头平接的方式。

1.2总平面布置

（1）码头前沿的确定。预制场选址于在建的3,000t综合码头北侧，边缘距综合码头约7m，长160m、宽50m，占地面积8,000m2。预制场共设置9个沉箱胎模，沉箱按一次性预制考虑。沉箱出运码头设置于预制场西端临海侧，垂直于综合码头布置，出运码头及预制场的平面布置如图1所示。（2）码头长度的确定。出运码头长度主要考虑沉箱上驳作业所需的作业宽度和门吊作业所需的宽度，最终确定为40m。（3）码头面高程的确定。根据沉箱平接上驳的要求，码头面高程应与预制场高程一致。高程确定需考虑的因素如下：1）半潜驳的载重吃水，以及搭板的厚度；2）沉箱乘潮上驳时的潮位要求，以及潮位历时能满足沉箱上驳作业所需的时间；3）预制场高程需高于设计高水位，尽可能减少浸水的次数与时间，以免影响预制场的正常作业及用电安全。根据上述的条件与要求进行了码头面高程分析：1）结合乘潮的需要，分阶段平移沉箱，即先平移沉箱至码头区，再候潮上驳。通过预计候潮点到半潜驳的沉箱寄放区的距离，估算沉箱上驳作业所需的时间为5~6h。2）根据沉箱上驳作业所需的预估时间，可确定在平均水位+1.13m以下的潮位历时能满足上驳作业的需要。3）根据沉箱的重量确定半潜驳的吃水为3.4m左右，搭板厚1.2m、长1m、宽22m，需考虑搭板入水0.1m，即码头面高程可为+2.23m，大于+1.92m的天文大潮，也能满足预制场少浸泡水的要求。考虑到当地的潮汐为不规则日潮，为了尽可能延长沉箱上驳的作业时间，预制场的高程取+2.1m，码头面标高为+2.05m，码头上的搭板搁置槽宽度为80cm，标高为+0.8m，即沉箱上驳的作业潮位应在+0.9m以上。沉箱上驳时要求船甲板面与码头面齐平，按照该设计标高，按涨潮时开始上驳，可确保退潮至+0.9m水位前沉箱到位，并使半潜驳的调水能力满足沉箱上驳的要求。（4）码头前沿水深的确定。由于半潜驳搭板搁置于码头面的搁置槽，码头前沿的水深由船的型深控制，底标高应在-2.5m以下，最终确定为-2.7m。港池的底标高取与码头前沿停泊水域一致。

图1出运码头及预制场的平面布置图

2胶囊台车沉箱出运新工艺

针对传统沉箱出运及安装工艺对特大型沉箱施工的局限性，一种新型沉箱出运工艺方案被设计出来，该工艺称为“胶囊台车顶升、运移沉箱出运工艺”，由中交集团一航局二公司发明。

2.1工艺系统构成

胶囊台车沉箱出运工艺所用设备主要由三大系统构成：胶囊台车系统，胶囊注水系统以及液压顶推系统。其中，高压胶囊注水顶升沉箱部分是关键技术。结合气囊出运工艺和台车出运工艺的优点，高压注水胶囊与台车共同组成了顶升、运移系统，从而使顶升和运移两道工序合二为一，这是该工艺区别于传统工艺的一个特点。与之配套的胶囊注水系统和大推力液压夹轨器顶推系统，是该工艺系统自动运转的动力保证。

2.2工艺技术方案

工艺实施时，可根据沉箱的重量及平行于台座方向的尺寸来确定每列台车组的节数，按照胶囊台车标准节和调节段的长度，将两列台车对称布置在沉箱下面的地沟内。根据测算，一般出运3,000t级沉箱每列需设置6~7节台车，5,000t级以上的特大型沉箱需11~13节台车。

该工艺的注水系统、动力系统的电控操作台以及水泵、水箱、液压泵站等均设置在沉箱后的移动控制车内，水、油管线分别与地沟内的台车中的胶囊和油缸连接，构成完整的顶升运移作业系统。移动控制车安放在与两列台车组后端相连的支撑架上，随沉箱同步前移，直至台座前沿的坐底半潜驳上。

3胶囊台车工艺用于特大型沉箱出运的可行性分析

下面以青岛港某矿石码头工程为例，对胶囊台车顶升、运移沉箱出运工艺用于特大型沉箱工程的可行性进行分析。

3.1某矿石码头工程概况

某矿石码头工程位于青岛市胶南市泊里镇辖区的琅琊台湾，工程建设规模为一个接卸40万t散货船的铁矿石进口专业化泊位。卸船泊位为沉箱重力墩式结构，由17个椭圆形沉箱组成，其中A型沉箱（19m×34.05m）15个，重6,050t，B型沉箱（19m×24.51m）2个，重4,238t，沉箱高度均为27.5m。

3.2沉箱出运工艺技术经济分析

通过现场试验进行技术经济测算，与采用千斤顶组顶升沉箱、牵引台车运移等传统出运工艺相比，胶囊台车出运工艺在工程造价、使用成本、出运效率、安全可靠性等方面有以下特点。

胶囊台车出运方案一次性投入大，建造成本稍高，但沉箱出运效率最高，安全可靠，使用成本较低。台车搭岸方案一次投入较大，使用成本最低；沉箱出运效率稍低，技术成熟可靠，略有风险。气囊出运方案一次性建设投入较少，但需考虑下水船舶改造费用；气囊出运方案使用成本高，效率低，安全风险大，影响因素多。

胶囊台车出运方案在出运效率、安全可靠性方面优势明显，在使用成本方面占有优势，在工程造价方面不占优势。综合考虑工艺的安全可靠性在工程施工中的重要意义，以及该工艺在未来某港区建设中潜在的长期经济效益，选用胶囊台车出运方案是经济、合理的。

结语：

大型沉箱出运码头为临时性建筑，针对其使用要求和荷载情况，应在设计时对码头的使用工况给予限制，以达到经济、适用的目的。（2）在出运码头设计时，应将其使用管理的要求及沉箱上驳工艺纳入码头设计的整体方案中，并针对码头的使用功能与荷载特点合理确定荷载的标准值。（3）新型沉箱出运工艺是对传统沉箱出运工艺的一项革新，对提高沉箱运移的安全稳定性、缩短沉箱构筑物的建设工期提供了重要的技术保证。

参考文献：

[1]王正全，马宗田.10,000t沉箱出运船（半潜驳）的研制及应用[J].船舶工程，2012，34（3）：14-17.

[2]李桂发.沉箱出运与安装关键技术.江西建材杂志，2016（14）