高壓氣囊搬運大型沉箱技術在港口工程中的研究和應用畢業論文-資料下載頁

　　

【正文】 的風力，箱涵會發生搖擺。氣囊具有自穩性，箱涵傾斜時，傾斜邊的氣囊與箱涵底部的接觸面積增大，氣囊給底部的作用力隨之增加，使箱涵恢復平衡。 箱涵下水箱涵下水是一個重要、關鍵的環節。箱涵下水的方法與縱(橫)移的過程類同，但要求高、難度大。本工程預制箱涵的水上運輸采用氣囊浮運。箱涵下水是一關鍵環節。設平均潮位高lm。修建下水坡道寬30m；長56m，其中水面以上長度約17m；坡度7，坡底標高為－。箱梁移到坡道上，擺放好接應氣囊，調整適當的氣壓，通過牽引把箱涵拖下水。箱涵下滑前面的接應氣囊主要起支撐和減速作用，按坡度7，最大的構件780噸，產生的下滑力達到95噸，但由于前邊接應氣囊內部剪切力和水阻力的作用，己經抵消了大部分的力，后方只需考慮1%的牽引力進行制動。為減少下滑力過大，亦可以調整氣囊的氣壓，使構件的重心轉移，減少下滑力。一、起浮力計算 箱涵下水前應進行起浮能力計算。浮力計算和助浮氣囊布置：根據現場的水深條件，箱涵的吃水深度按3米控制。以此作為箱涵下水浮運的主要控制指標。詳見箱涵基本參數表4－4。表4－4 箱涵起浮力基本參數表箱涵類型斷面面 積(混凝土體積()重量(t)箱涵長(m)箱涵寬(m)箱涵高(m)箱涵體積()吃水深(m)助浮后吃水深(m)助浮力(t)箱涵件數三孔引水15368雙孔引水1532雙孔排水15349單孔引水15535單孔排水155354注：這里的吃水深是指箱涵中填充了氣囊后的。二、箱涵助浮氣囊布局設計考慮氣囊未能全部填滿空腔，表中的“助浮力”能使箱涵的吃水深度保持在3m位。在箱涵兩側分別用捆綁帶固定住助浮氣囊，箱涵兩側底部分別預埋8個拉環，其抗拉強度根據助浮力的大小設定在10～2OOkN，可用于固定氣囊，亦可用來牽引箱涵橫移、縱移；捆綁帶的抗拉強度不小于200kN，它可使多個氣囊捆在一起，氣囊充氣后，氣囊組會具有良好的剛性。具體見表4－5。 表4－5箱涵類型（t）助浮氣囊規格填充氣囊規格直徑（m）長度（m）體積()每側條數總數直徑（m）長度(m)每孔數量總數三孔引水291427雙孔引水291418雙孔排水291424單孔引水29149單孔排水291412 箱涵下水流程箱涵下水的過程分四個主要的步聚：一是由水平的縱移通道進入傾斜的下水坡道(7度)；二是拆除前拉鋼絲繩和水下擺放移運氣囊；三是箱涵由陸上溜放進入水中；四是拆除后拉鋼絲繩，系拖帶纜，開始浮運。詳細的工藝流程如下圖：圖4－2 箱涵下水工藝流程圖配備的主要機具主要有：充氣泵站1座、卷揚機3臺(前拉一臺、后拉2臺)、移運氣囊13條(水上8條、水下4條，備用l條)、填充式助浮氣囊每孔9條、側掛式助浮氣囊10條、拖輪兩艘，交通艇2艘。配備的人員如下：指揮長1名、充氣泵站2人、每臺卷揚機操作員l人共3人、氣囊作業組20人，潛水員2名，船員12人，其它作業人員3名。當箱涵縱移至出運碼頭后方時，即把箱涵座落在擺放好的枕木上，然后進行以下各工序的作業：一、安裝前牽鋼絲繩和后拉鋼絲繩前牽和后拉鋼絲繩一端連接在箱涵頂部吊環上，另一端連接在滑車上，然后滑車組連接到卷揚機上，通過操作卷揚機來控制箱涵的前牽和后拉。安裝鋼絲繩時要注意避免損壞箱涵的止水帶和助浮氣囊。二、安裝助浮氣囊助浮氣囊包括填充氣囊和側掛氣囊。安裝氣囊時先預先疊好再一層一層安裝。充氣時先充上層氣囊，再充下層氣囊，而且一個氣囊不能一次充滿，而應待各氣囊均充有一定的氣體，讓各氣囊處于預定的位置后，再進一步把各氣囊充滿。充氣時同時觀測氣壓表，停止充氣。助浮氣囊的安裝詳見圖3－8“取水箱涵填充氣囊、側掛氣囊安裝示意圖”、圖3－9“排水箱涵填充氣囊、側掛氣囊安裝示意圖”。填充氣囊充完氣后，再連接一根5m長的高壓氣管，氣管都用管卡緊緊固定在氣囊上，因為有氣管上設有倒牙，因此氣管不會脫落。管子的另一端連接浮子，箱涵下水后氣管能浮出水面便于氣囊補氣和放氣。氣管不宜連接在氣囊遠離海的一端，以防箱涵下水時，水下移運氣囊從箱涵后端突然冒出水面時對氣管造成破壞。三、擺放移運氣囊接應氣囊按6米的間距擺放，由于氣囊與箱涵的移動速度比為1：2，箱涵移運至氣囊上方后，氣囊的間距變成3米，如此箱涵底部有4－5條氣囊支承箱涵。擺放移運氣囊使用現有的l噸卷揚機牽引，使用鋼管固定卷揚機橫穿氣囊。氣囊擺放位置要盡量居中，讓兩端超出箱涵的長度要大致相等，同時保證充氣一端的順利操作。當現場無合適的條件便于卷揚機作業時，則采用人工擺放氣囊。氣囊的擺放應在箱涵進入斜坡前完成，避免在箱涵進入斜坡后在箱涵前面擺放氣囊的做法，以防止箱涵后拉系統發生意外時形成箱涵下沖傷人事件。在水中預先安裝好定位樁，直接將氣囊固定在定位樁上。氣囊兩頭安有360度旋轉快接頭，在快接頭上連接高壓氣管，用管卡緊緊固定，接頭有倒牙，可以防止氣管脫離，氣管大約5m長，另一端連接一個浮子，使之能夠在水面上浮起便于充氣和放氣。四、移運氣囊充氣，箱涵頂升，準備出運氣囊充氣要逐次加氣，先充前面的，當氣囊有一定的壓力時，再充中間，最后充后面，預充后再按照前面的順序依次將氣囊加氣，直至氣囊把箱涵頂起離開枕木，即將氣囊的泄氣閥關閉，停止供氣，拆除枕木。拆除所有的充氣管，再打開各個氣囊的排氣閥，進行緩慢放氣，當氣囊高度降至移運的適宜高度時，關閉排氣閥，并檢查調查各個氣囊的壓力基本一致。五、下水牽引箱涵進入出運碼頭陸上段在指揮長的統一指揮下，啟動前牽卷揚機，拉動箱涵緩慢向前移動。當箱涵下面第一個氣囊離箱涵前端空出一定的距離，并且箱涵前端到達接應氣囊(未充氣)上方時，即停止牽引，對接應氣囊進行充氣并達到預定壓力后，再重新牽引。重復上面的程序直至箱涵由水平的縱移通道進入出運碼頭陸上段。拆除前引鋼絲繩。箱涵進入出運碼頭陸上段后，其下滑力大于摩擦力，不需要前牽引力即能自動下滑。所以應在箱涵下水前解除前引鋼絲繩。箱涵進入水中箱涵在自重力作用下繼續下滑進入水中，其操作步驟和方法與陸上移運類同，但由于水下作業的特殊性，必須注意以下幾個方面：必須保證出運碼頭水下斜坡段的表面平整度，且不能有各種會對氣囊造成損壞的雜物。每一件箱涵下水前都必須做好這一項工作，這一項工作通過潛水員來進行檢查。箱涵完全起浮前如果發生栽頭、觸底，將是非常難處理的的問題，而箱涵栽頭、觸底的現象只會在氣囊破損漏氣的情況下才會發生，所以在箱涵下水過程中，必須保證自始至終有4條以上的氣囊支承箱涵。當萬一有某一條氣囊漏氣時，尚有3條以上氣囊支承箱涵，能保證箱涵保持平衡狀態。此時箱涵必須馬上停車，對漏氣的氣囊進行維修。如果氣囊無法維修，則必須更換氣囊，更換氣囊主要由潛水員完成，但潛水員絕對不能潛入箱涵底部，只能通過水下潛水員穿線，陸上卷揚機拖拉的方法擺放氣囊。如此處置妥當之后，才能繼續溜放箱涵。箱涵開始入水后，禁止任何人員，船機停留、經過箱涵后方水域，防止移運氣囊從水中冒起時掀翻船機，造成船壞人傷(亡)事故的發生。箱涵完全起浮前，必須系好拖纜，箱涵完全起浮后，才能解除后拉鋼絲繩，以防箱涵起浮后無足夠的牽引系統，引起箱涵在風流壓作用下漂流，造成箱涵靠岸擱淺、損壞氣囊，甚至碰撞海上其它船舶的安全事故。 箱涵浮運 概述由于施工現場附近海域海灘平緩，大型船舶如500t浮吊，2000t駁船、萬噸半潛駁航行作業困難或不具備作業條件。通過現場詳細考查和周密分析，決定采取水上浮運的方法將大型構件運至現場，然后采用氣囊放氣的方法沉放施工。構件浮運主要利用海水浮力將構件浮起，通過分析起浮方式有兩種，一種為將箱涵兩端封口后起浮，安放好后潛水員水下拆除，一種為氣囊充氣起浮，安放好后放氣抽出膠囊。通過周密分析、計算和試驗，決定采用膠囊充氣浮運，其主要優點有：原理簡單，施工方便，一般不需要潛水員水下作業。發生意外，中途沉管后，可采取補救措施即給備用膠囊充氣，可繼續起浮浮運，而采用封端口時若發生意外中途沉管后難以處理。沉放時接口容易處理，安放質量好，并可隨時充氣再次安放，因膠囊端頭沒有伸出涵箱，對涵箱安放的端頭處理沒有影響。碰到臺風或其它突發事件可隨時放氣沉放，安全后可再次充氣繼續浮運和其它工序的施工。滿足水深要求的水域不需特別大，僅沿挖好的基槽拖運即可，不需要加寬基槽。表4－6 箱涵浮運、陳放船機設備配置表序號船機或設備名稱規格型號數量備注1加氣泵站1座用于浮運氣囊充氣起浮，在臨時碼頭岸邊設置2拖輪600hp1艘用于拖運箱涵3工作船1艘4錨艇1艘5交通快艇1艘6方駁400t1艘配5t卷揚機7其它配套設備 見圖4－3，箱涵浮運和安裝放工藝流程框圖：. 圖4－3 箱涵浮運、安裝工程圖 箱涵起浮試驗和計算一、概述：將氣囊放入混凝土構件孔中充氣(如不滿足，外掛助浮氣囊)，當氣囊的充氣體積(排水量)十構件自身浮力構件的自身重量時，構件即會浮在水面。將構件牽引浮運至安裝位置，將氣囊放氣，構件即沉入水中，然后將氣囊抽出，以備下次再用。二、起浮計算經過箱涵利用氣囊起浮的理論，通過對各種構件的自身浮力、自重、以及氣囊的浮力計算，論證了構件起浮的氣囊的個數、充氣量的要求，充氣的氣囊對箱涵構件硅壁的影響，氣囊充氣量與箱涵構件的起浮的線性關系。 表4－7 箱涵基本技術參數箱涵類型斷面面積()混凝土體積()重量(t)箱涵長(m)箱涵寬(m)箱涵高(m)箱涵體積()吃水深(m)助浮后吃水深(m)助浮力(t)三孔引水153雙孔引水153雙孔排水153單孔引水1553單孔排水1553表4－8 箱涵的助浮、填充氣囊布局箱涵類型助浮力助浮氣囊規格填充氣囊規格（t）直徑(m)長度(m)體積()每側條數總數直徑(m)長度(m)每孔數量總數三孔引水2927雙孔引水2918雙孔排水2924單孔引水299單孔排水2912考慮氣囊未能全部填滿空腔，表中的“助浮力”能使箱涵的吃水深度保持在3m位，在箱涵兩側分別用捆綁帶固定住助浮氣囊(見附圖)，箱涵兩側底部分別預埋8個拉環，其抗拉強度根據助浮力的大小設定在10～2OOkN，可用于固定氣囊，亦可用來牽引箱涵橫移、縱移；捆綁帶的抗拉強度不小于200kN，它可使多個氣囊捆在一起，氣囊充氣后，氣囊組會具有良好的剛性。具體見圖4－11《引水箱函助浮、填充氣囊布局示意圖》、圖4－12《排水箱函填充助浮氣囊布局示意圖》。三、試驗論證做內孔長8m，寬2m，(相當于A構件一孔尺寸的1/2)模具，共兩層，每層3只，先充下層氣囊，氣囊開始鼓起并互相靠擾時暫停，再充上層氣囊，氣囊鼓起并相互靠擾時暫行，再充下層、上層，循環均勻充氣2－3次，，氣囊與模具四壁己密切接觸，氣囊相互之間也己塞的很緊，只有模具四角和氣囊之間有很小空隙。充填量能達到95%以上。四、結論通過試驗證明，試驗結果與理論計算基本相符，所以混凝土構件采用氣囊浮運和安裝是完全可行的，而且是安全可靠的。臨時碼頭與沉放現場相距約3km，計劃1小時拖到，平均船速3km/小時。根據有關資料，本海區的海流以潮流為主，潮流為不規則半日潮流，最大值即v=。拖帶力按下式計算。式中：A=B(T+)B—構件寬度(m)，即B=；T—構件吃水(m)；—浮運時涌水高度(m)；浮運時按構件前端被水覆蓋，即T+=k為擋水形狀系數，對矩形取k=。 拖纜和拖輪選擇為保護構件，便于施工，本方案的拖纜擬采用合成纖維的尼龍纜或錦綸纜。根據公式： 式中：Ps－安全強度；W－重量；D－纖維纜直徑(mm)；g－；K－安全系數；KK2－分別為重量和強度系數見表4－9。 表4－9 各種合成纖維纜的KK2系數表系數白棕錦綸滌綸乙綸丙綸維尼綸強度系數K2～重量系數K1～取安全系數K＝6時，按錦綸K2＝ ，K1=則拖帶力X安全系數＝＝223(KW)取破斷力達235KN的8股錦綸纜，(直徑d=50mm)則Ps=(KN)F，W=302(kg/200m)。根據有關船舶資料顯示：，考慮到本工程距離短，故選用我們600hp的拖輪。 浮運航道的選擇水深要求箱涵的吃水深度和出運保證率決定航道的深度。()，根據進度要求，出運保證率必須達到75%，對應的潮位為－，所以浮運航道的底高程應為(－