复杂施工环境下的进水塔安装

2020-10-22于文津杨连佼

港工技术 2020年5期

关键词：起重船沉箱浮力

于文津，杨连佼

（中交三航局第二工程有限公司，上海 200122）

引言

位于经济欠发达地区的海外工程，施工条件普遍较差。如果再遇到恶劣的自然环境，施工就相当困难。若按常规施工方法，成本将急剧增加。本例在近海施工一条取水管涵，海侧端头部分安装一个预制进水塔。其中进水塔的安装施工难度最大，具体有两点：

1）现场不具备先整体预制，后采用大型起重船一次安装就位的条件；

2）现场不具备常规浮运安装的条件。

项目部经过对多种方案比较、研究，最后创新性的采用了半浮运、半吊装的方法，花费了最小成本成功解决了安装难题。

1 工程概况

本工程位于印度尼西亚Batam岛，为新建燃煤电厂的取水工程。主要包括两部分：陆上段和海上段。

陆上段采用现浇混凝土管涵型式，管涵单节长度 10 m，管节之间设置橡胶止水带连接。引水管设计底高程-4.2 m，单节管涵高 3.2 m、宽5.9 m，设置双孔（每孔2 200 mm×2 200 mm），壁厚500 mm。施工采用陆上开挖基坑，现浇施工。

水上段包括引水管和进水塔。引水管采用预制混凝土沉管型式，管涵单节长度 6.38 m，高度3.0 m，宽度 5.6 m，壁厚 400 mm。沉管水下安装，并通过管节之间的密封橡胶圈进行止水，单件重120 t。

进水塔采用圆形钢筋混凝土沉箱型结构，壁厚400 mm，底板厚500 mm。直径9.8 m，顶高程-5.9 m，底高程-16.45 m。在高程-6.9～-9.5 m范围沉箱侧面安装铜合金进水格栅。整个进水塔重900 t。进水塔底采用1 m厚的块石基床，安装进水塔完成后抛填护肩块石，确保其稳定。

2 施工技术难点及解决思路

2.1 施工技术难点

1）工期紧，施工条件差

燃煤电厂调试、发电需要用水。整个取水设施开工较晚，导致取水设施工期只有3个月。印尼当地既无大型水上起重设备，又无专业的预制、浮运安装单位，施工条件差。

2）出运、落驳和安装难度大

进水塔底部基床顶高程为-15.45 m，须水上安装。结合有限的现场条件和贫乏的施工资源，进水塔的出运、落驳和水上安装，难度很大。

2.2 解决思路

因工期紧张，现场条件有限，我部首先与设计进行沟通，通过优化将进水塔由 900 t减小为500 t左右。同时将进水塔顶板改为预制、二次安装，塔体重量进一步减小为370 t。

我们首先考虑采用预制、起重船水上吊装的方案，但在印尼没有足够的大型浮吊实施，如从境外调遣，成本会很高。若采取沉箱浮运的方法，当地又无能够预制、出运大型构件的预制厂。若在施工现场陆域开挖基坑预制，然后放水以沉箱浮运的方法安装，又有进水塔太高（10.5 m），开挖浮运通道（近岸水浅、且为珊瑚礁）困难、且时间长的难题。

综合以上情况，结合管涵安装需用的300 t起重船，我们经过仔细考虑，最终制定了起重船起吊和沉箱浮运相结合的方案：

1）在施工现场护岸外侧以最佳的出运航道为条件确定浮运平台位置。最终确定在护岸外侧修建0.5 m高程的浮运平台，航道水深在最高潮位时最小4 m，当地最高潮位为2.5 m。进水塔没入水中部分产生浮力为157 t，再配合300 t固定式浮吊起吊，可以满足出运。高潮时，水深也能满足浮吊的进位要求。

2）浮运过程中，按照倾覆稳定性计算，采取压水措施后，倾覆稳定能够满足要求。

3 工艺实施

3.1 浮运平台修筑及进水塔预制

该水域潮位变化在0.5～2.5 m之间，浮运平台利用块石修筑，上铺碎石垫层，用反铲挖机在最低潮位时进行整平，高程为0.5 m。同时趁最低潮位时，利用挖机将散落在平台外侧的块石清理掉。因浮运平台长期位于水下，如果全部预制在浮运平台上预制，大部分工作将赶潮水作业，严重拖延工期。所以我们在浮运平台旁边较高位置再修建一块预制平台，进水塔第一层在预制平台预制完成后，由电厂已有的250 t履带吊车，吊放在浮运平台上，在浮运平台上，继续接高预制进水塔，直至完工。

因进水塔高近 11 m，接高预制时须沿周边搭设围护脚手架。脚手架按照常规双排搭设，通道及施工层面满铺木跳板，上下设通道。脚手架按规定设连墙点。

整个进水塔在预制完成并达到100 %的强度方可出运。

3.2 起吊、出运

预制完毕后，进水塔准备起吊、出运、安装。因吊装、出运需利用进水塔在水中的部分浮力，所以进水塔预制完毕后，底部侧面引水管起始端需用钢板临时封堵，要确保进水塔出运时，不漏水。

起吊出运选在3个月的最大高潮位时进行，最高潮位2.5 m，起重船完成各项准备工作后，由拖轮及自身锚缆进位。靠近出运平台，大钩起吊进水塔使其脱离预制平台，缓缓往海域方向移出后，大钩松力至受力约50 t状态。

1）起重船选择

起吊出运时，趁高潮位时进行。按2.5 m潮位计算，则进水塔没在水中的高度为2 m，所产生的浮力为 157 t，原构件为 370 t重，减去浮力后为213 t。

安装时，整个进水塔将全部没入水中后，产生浮力为148 t，减去浮力后构件为222 t，所以起重吊装应以222 t考虑船机设备。

根据300 t浮吊性能参数，起重船吊重等完全满足要求，满载时吃水为2.25 m，航道最高潮位时水深（4 m）也满足其吃水要求，平台靠海侧的宽度也能满足船舶进位要求。

2）起吊钢丝绳计算

进水塔吊装采用四点吊，吊点位置及吊环设置按照设计要求预埋，钢丝绳采用4根等长钢丝绳，钢丝绳与垂直线的夹角为 30°。最大吊重时，每根钢丝绳受拉力为：

根据建筑施工计算手册表13-6，6股61丝，直径83 mm，公称抗拉强度为1 550 kN/mm2的钢丝绳，破断总拉力不小于4 005 kN。钢丝绳选取满足要求。

3.3 进水塔在水中的稳定性验算

进水塔在水中浮运时，须考虑其倾覆稳定性问题。进水塔重心高度计算见表1。

表1 沉箱重心高度计算

通过对进水塔底部侧面进行封堵后，其从最底部计 6.95 m高度内为不透水状态，进水塔整体重为370 t，在水中没入4.95 m时产生的浮力即可达到平衡状态，故可以起浮。但按此状态计算倾覆稳定性，定倾高度h=ρ-A=-0.581<0.2 m，如果在进水塔筒身内灌水1.0 m后，此时沉箱吃水5.95 m，浮心高2.975 m，重心高3.72 m，干舷高1 m。

偏心距 A=4.47-2.975=0.745；惯心距I=9.84π/64=453；定倾半径 ρ=I/V=453/449=1.009；定倾高度h=ρ-A=0.264>0.2 m，稳定满足要求。

因进水塔离安装现场距离较近，且进水塔在出预制平台后，起重船吊着（大钩处受力状态），然后在筒身内先灌水 1 m高，用缆绳与起重船固定，拖轮缓慢拖运至安装现场，所以在运输过程中的倾覆稳定性没有问题。

3.4 安装

安装时，以工作船作为定位船使用。测量棱镜放置于工作船，由岸上全站仪定出安装位置。进水塔运至施工现场后，根据安装位置，由拖轮辅助抛锚就位。另根据预先设置在进水塔顶部的定位标杆，精确控制安装位置及角度。起重船大钩缓慢下落，为避免进水塔没入水中时大钩受力突然加大，在进水格栅进入水中时大钩先暂停下落，等水充满进水塔后，大钩再继续下落，直至进水塔坐落于抛石基床上。因存在水流影响，进水塔要超前下落，位置不正确时，可反复调整，直至满足要求。