移动干坞预制沉管管节施工工法.docx

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1、半潜驳船移动干坞预制沉管管节施工工法1.前言随着近几十年来沉管法在世界各国的广泛应用，以及施工中关键技术的不断完善和创 新， 沉管隧道工法已逐渐成为现代大型水下隧道建设的首选施工方法。目前， 国内外现有的 几种管节预制方法大致分为固定干坞法、工厂法、移动干坞法。xx国际xxxx隧道工程， 江中沉管段全长为 460m， 共分 6 节管节， 节长 74.577m 不等，管节宽 22.1m，高 8.55m，采用 2.5m 长水下接头（设在 E5-1 与 E5-2 之间）。本隧道沉管段 采用两艘经改造后的半潜驳船分批次进行预制施工，较其他方法具有节省工期、降低工程造 价、减少对环境影响等优点。结合金x

2、x隧道工程的施工情况， 总结形成了半潜驳船移动干坞 预制沉管管节施工工法。2.工法特点2.1 船舶改造、租赁及场地租赁相较于固定干坞场地租赁、建设、回填处理等造价低； 同时移动干坞吃水深较小，可以大大减少拖航中河(海)道疏浚费。经济效益明显。2.2 利用现有的码头， 避免繁琐的征地、房屋拆迁等手续， 减少了开挖、场地建设、 回 填等工序，大大的缩短工期。2.3 利用移动干坞，避免了固定干坞开挖、水土治理等对环境的影响。3.适用范围本工法适用于无固定干坞施工条件，而具备移动干坞施工条件的工程。4.工艺原理选择合适的半潜驳船作为沉管隧道管节预制的移动干坞，通过对船体进行适当改造，使 其刚度和下潜稳

3、定性满足管节预制和下潜的要求。选择合适的码头用于半潜驳船停靠， 以半潜驳船为施工平台和运载工具，采用移动干坞 法进行沉管隧道管节预制施工。利用拖轮或其他方式将半潜驳船运至隧址附近已开挖好的下潜港池，在下潜港池内进行 管节试漏后，完成管节与移动干坞的分离，然后将管节浮运至临时寄放区寄放。5.施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程半潜驳船移动干坞预制沉管管节施工工法主要施工工艺流程见图 5.1-1。图 5.1-1 施工工艺流程图5.2 操作要点5.2.1 船舶检验结合半潜驳船自身条件及其作为管节的预制施工平台、管节的移运工具和半潜驳船下潜 使管节与其分离等工况要求，对驳船按相关规范要求进行结构

4、、稳定性、受压容器、主辅机、 电气设备、救生消防设备、信号设备和载重线等进行技术性检验。半潜驳船各项指标必须满足下潜深度 H 的要求：H=H1+H2+H3（5.2.1-1）式中 H1管节的吃水深度，取 8.4mH2半潜驳主甲板垫层，取 0.2mH3半潜驳与管节之间的安全距离，取 0.4m。得出 H=9m利用有限元分析软件，建立船体及其他附属结构的有限元模型并加以分析，模拟各种施 工工况，验证船体结构刚度及稳定性等性能要求。5.2.2 对半潜驳船进行改造结合工况对船体进行计算，对于船体刚度不满足要求的情况，需要进行结构加强。对于 下潜稳定性不满足要求的半潜驳船，可通过外加浮箱的方式进行改善。1.

5、提高船体刚度方面的改造为提高半潜驳船结构刚度，可采取在船舱内部增加纵向强框架的措施。纵向强框架一般 由甲板纵桁、横舱壁垂直桁、船底纵桁及支柱组成，支柱在纵向与横向强框架交汇处增加， 具体见图 5.2-1。图 5.2-1 “重任 1501”半潜驳船加强部位图2.提高船体稳定性方面的改造为提高半潜驳船的下潜稳定性，可根据需要在船头或船尾增设浮箱。浮箱安装在外飘的 托架上。浮箱布置如图 5.2-2 所示。图 5.2-2 “重任 1500” 改造平、侧图5.2.3 船况评测经过改造后的半潜驳船经评测应满足以下要求：1.满足管节预制对场地大小的要求；2.满足管节预制对船载重量的要求；3.满足管节预制对船

6、刚度的要求；4.满足下潜稳定性的要求。移动干坞所用半潜驳船甲板面预制区域检验指标如表 5.2-1 所示。表 5.2-1 半潜驳船甲板面预制区域检验指标项目控制值检测频率检验方法范围点数承载力满足设计要求每施工段2承载力试验平整度3mm20mm33m 靠尺标高10mm20mm2光学经纬仪差异沉降1L，且20mm20mm2光学经纬仪注：L 为施工段长度。5.2.4 测量控制系统建立半潜驳船漂浮在水面上，在进行管节预制施工过程中要进行精度控制，这是一个动态测 量的过程，便需要在半潜驳船甲板面上建立一个独立测量控制系统。1.在半潜驳船甲板上找平行面。在半潜驳船甲板上建立第一个测量基准点，引出其它基 准

7、点，并对基准点进行闭合性调整和检验，通过这些基准点建立一个固定在半潜驳船甲板面 上的独立于岸上系统的测量平面，见图 5.2-3。aABaAEHDFGC图 5.2-3 半潜驳船甲板上测量控制点布置示意图2.直角和标高的闭合测量与调整，为了管节各部位施工的准确性，将设置一些校核点并 做好定期校核工作，确保关键部位测量数据准确性。3.半潜驳船上水准测量与定线测量（水准测量及其台座标高确定、船上的定线测量）， 船上水准测量先把经纬仪在岸上调平，竖直度盘调置 90并锁紧竖直度盘和水平度盘，搬 到船上任意一个控制点上安置，浇筑地台砼形成基准面。结构施工过程中，通过这些基准点 进行结构横向、竖向的控制。4.

8、沉管管节沉放控制点测量（管内控制点的引测、管顶控制点引测），当管节即将制作 完成时，在管内两端水密门的对应通道上(靠近水密门位置但不能影响人员进出水密门)头尾 各做一个测量点，管节预制完成后，在管的顶面中轴线靠两端壳以及管的中间位置引测三个 控制点，并测定里程，标高等数据。实现对半潜驳船上移动式干坞预制沉管管节的精准测量。5.2.5 管节预制管节采取纵向分段竖向分层的方法施工。管节纵向每 1820m 为一个节段，水平施工缝 按设计要求设在隧道截面中弯矩和剪力较小的位置。管节底层可不设后浇带，顶层设 1 个后 浇带（1.5m ）。管节分段施工见图 5.2-4，分层施工见图 5.2-5。图 5.2

9、-4 管节分段施工示意图图 5.2-5 管节分层施工工序示意图管节预制由中部向两端逐节段进行。同时，结合夹板下舱位及舱内水位的调节，对半潜 驳船甲板面的变形进行控制调节，使其满足构件预制精度要求。5.2.6 管节出运步骤一：半潜驳绞移出港首先解掉半潜驳之间的连接缆，拖轮、绞车、甲板等位置人员就位，完成绞移准备工作， 等候潮水。 当潮高1m 时（涨潮流，水流速0.8m/s），将半潜驳向外侧平移约 20m，暂停 移船候潮。图 5.2-6 半潜驳拖航步骤一步骤二：船头拖轮就位并接拖当潮高1.5m 时（涨潮流，水流速0.8m/s），半潜驳继续向外向前绞移约 15m， 船头拖轮就位并接拖。图 5.2-7

10、 半潜驳拖航步骤二步骤三：应急拖轮就位，协助拖航应急拖轮就位，协助调整好船组航向，开始拖航，按既定计划到达目标水域。应急拖轮航行方向沉管管节 应急拖轮图 5.2-8 半潜驳拖航步骤三5.2.7 管节试漏、起浮半潜驳在下潜坑抛锚就位后，通过对半潜驳压水下潜，分阶段进行管节浸入水中不同深 度的试漏及检查工作。试漏完成后再通过半潜驳压水及管内压载水箱排水的方式使管节起 浮。第一天：管节试漏步骤一：连接好半潜驳四角浮箱绞车与管节系缆桩之间的缆绳，检查确认管节水密门密 封情况，完成半潜驳下潜前的相关检查与准备工作。步骤二：对半潜驳压水，使半潜驳和管节下潜至管节浸入水中 6m 时停止，进行管节浸 入水中

11、6m 深度时的试漏工作。步骤三：完成管节 6m试漏工作后，半潜驳及管节同时压水，通过调节管内压载水箱水 量的方式，保证该过程管节和半潜驳不分离； 当半潜驳下潜至管节顶面没水 0.5m 时停止， 进行管节试漏工作。步骤四：管节试漏完成后，半潜驳排水缓慢起浮，起浮至管节顶板露出水面时，启动管 内排水系统， 同步排出管内压载水直至排空， 当半潜驳起浮至管节露出水面高度 3m 时停止 排水，待第二天再进行管节起浮。第二天：管节起浮步骤一：在当日高平潮前约 23 小时，首先将半潜驳预压至待潜状态（当管节浸入水中 约 8m 时暂停下潜，等待潮水），做好半潜驳和管节下潜前的检查工作，连接好半潜驳和管 节之间

12、的缆绳。步骤二： 当潮水涨至潮高1.5m 时，重新对半潜驳进行压水下潜，该过程通过调节半 潜驳艏艉的压水速度，使位于半潜驳船尾的管节 A 端先起浮（有 GINA 止水带），管节 B 端 后起浮，完成管节起浮工作。5.2.8 管节浮运至寄放区半潜驳下潜至预定吃水深度，完成管节试漏工作后，管节自浮，通过浮箱卷扬机将管节 移至船尾。半潜驳尾部的两个绞车（200m 左右，工程船上出绳）出缆绳连接管节尾部两侧； 管节移出主甲板 2/3 左右，适时解除 1、3 号浮箱缆绳，缆绳控制将管节拉出半潜驳甲板，2、 4 号浮箱缆绳留尾；缓慢将管节绞移至寄放区进行寄放。管节由下潜区绞移至寄放区流程如 下图所示。步骤

13、一：首先 “驳船 1”和 “驳船 2”按预定位置抛锚就位，连接好各浮运缆，并在半潜驳船尾浮箱内侧安装好防撞装置，做好浮运前的准备工作。图 5.2-9 管节寄放步骤一步骤二：开始浮运，收紧两艘驳船主拖缆，放松半潜驳船头浮箱，预留尾钢丝绳，通过 管节头尾横调钢丝绳把控管节方向，将管节缓慢向前移动约 25m。图 5.2-10 管节寄放步骤二步骤三：继续向前绞移约 10m，当管节中部到达半潜驳船尾时暂停绞移；更换半潜驳船 船尾限位缆过桩位置，解除管尾抓/松缆。图 5.2-11 管节寄放步骤三步骤四： 当管节尾部浮运经过寄放锚块 M3/M4 约 30m 时，暂停管节绞移，连接 M3/M4 的两条寄放缆，

14、连接好 M3/M4 之后继续绞移进入寄放区；M3/M4 寄放缆受力后，解掉半潜驳 与管节之间的浮运缆绳，半潜驳排水起浮。图 5.2-12 管节寄放步骤四步骤五：收紧 “驳船 1”和“驳船 2”主拖缆，使 M3/M4 与管节之间的寄放缆相对收紧，稳定管节位置，安装管节与 M1/M2 之间的两条寄放缆，管节的浮运寄放工作完成。管节系泊 完成后，按内河通航规范相关要求，及时在管面布置闪灯、号旗等标识，并按水上施工监管 的要求，及时申请布设管节寄放期间的导助航标志。图 5.2-13 管节寄放步骤五5.2.9 半潜驳船返港半潜驳船返回预制港池，继续预制下节管节。5.3 劳动力组织合理的劳动力组织是保证施

15、工质量和进度的关键，施工人员必须经过项目部安全技术交 底后上岗，特殊工种、特种设备作业人员须取得相应资格后上岗，现场组织紧张，施工范围 有限，投入人员数量大，各工序、各工种人员在现场必须听从管理人员统一调配。该工序人 员组织见表 5.3-1。表 5.3-1 劳动力配备表序号班组工种人数备注1半潜驳船 改造班组杂工2钢材卸料、堆码、钢材加工、钢材半成品搬运2焊工8钢板焊接3司索工1履带吊起重指挥4司机1履带吊司机5管节预制 班组杂工1材料装卸、堆码、现场文明施工6钢筋工9钢筋加工、半成品转运、钢筋绑扎7混凝土工6混凝土浇筑、养护、施工缝凿毛8焊工4钢端壳安装9安装班3预埋件安装10木工班5模板加

16、工、安装、拆卸11司机1起重吊装司机12司索工1起重吊装指挥13技术服务及后勤保障人员领工员1文明施工、劳动力安排14技术员2技术服务、质量检查、资料完善15测量组2测量放样16质检工程师1质量控制17机电管理员1场内设备、 电器维修保养18库管员1过地磅、原材料收发、库房管理19专职安全员1施工安全管理20试验员1现场试验、原材取样6.材料与设备6.1 材料半潜驳船体改造项目众多，刚度改造主要进行新增甲板纵桁、新增舱壁垂直桁、新增船 底纵桁、换板等方面；稳定性改造主要进行浮箱、浮箱支撑结构、浮箱内档等方面；附属设 施改造主要进行机舱渗漏及艏楼渗漏、围壁、卸货绞车平台、增设电动绞车等方面。半潜

17、驳 船体改造主要材料见表 6.1-1。表 6.1-1 现场使用主要材料表序号名称型号与规格单位数量备注1H 型钢H400*400*13*21m按设计2钢板12mm按设计3钢板20mm按设计4钢板22mm按设计5角钢L50*50*3m按设计6无缝钢管60012m按设计7无缝钢管450*10m按设计8无缝钢管219*8m按设计9无缝钢管140*6m按设计10电焊条E50XXkg按需6.2 设备配置根据施工技术要求和施工作业条件确定设备选型，按照施工进度计划指标配备设备台 数，生产能力留有余地，力求均衡施工，同时考虑突发性事件所需的工程抢险应急设备，现 场主要设备有半潜驳船、履带式起重机、 电焊机等

18、，具体见表 6.2-1。表 6.2-1 主要施工设备表序号设备名称规格型号单位数量1半潜驳船泰安口艘12船头主拖轮L36.8m B10m D4.6m，4000hp艘13应急拖轮L39.9m B9.6m D4.8m，3200hp艘24驳船重任 202艘15驳船南天柱艘16履带式起重机QUY80A台17发电机250KW台18水泵扬程 20m，流量 1m。/h台19装载机ZL50C台110光学经纬仪J2-2台111交流电焊机BX-500 型台412地磅318m，100t台113平板车13m 长辆114航吊5t台17.质量控制在施工中必须严格按船体设计图纸及施工技术规范要求作业，除此之外还需要做好以下

19、 几点：7.1 半潜驳船改造完成后，需经专人验算、质检人员检查及试验合格后方可投入使用。7.2 由于半潜驳船在水面上处于浮动状态，为保证管节精确测量，在半潜驳船上建立独 立测量控制系统，进行动态测量。7.3 节段钢筋、预埋件，特别是混凝土浇筑之前，需将重量及分布情况与半潜驳驳长说 明，驳长通过调节半潜驳船舱内水体分布以达到控制船体稳定及控制变形。7.4 半潜驳船在管节预制过程中，变形是绝对存在的，但通过采用纵向分段，竖向分层 的施工工艺，从中部向两头施工，从而尽量减小半潜驳船中部夹板变形。7.5 在半潜驳船及沉管管节上预埋沉降变形监控点，在钢筋绑扎成型、大吨位预埋件安 装、混凝土浇筑等重要工序

20、，需增加监控量测频率，如果数据出现异常，立即停止施工，查 明原因，危险解除后方可继续施工。7.6 夹板沉降观测是沉管管节预制工作顺利推进的重要保障，在监测过程中必须保证： 采用相同的观测线路和观测方法；观测时应选择晴朗状况相同的天气；使用同一台仪器和设备；固定观测人员，减少人为误差；每次观测前，对所用仪器设备进行检验校正，并做详细记录；保证观测数据的真实性，保存原始观测数据， 以备核查；按国家有关测量规范进行观测。8.安全措施施工过程中除应严格遵守国家有关施工安全技术规则外，还应注意以下事项：8.1 船舱改造及管节预制施工过程中，所搭设临时操作平台必须牢固可靠。8.2 现场所有起重吊装工作由专

21、职司索工统一指挥，包括构件绑扎和其中信号，以确保 设备及人员安全。8.3 成立专门安全领导小组，工地设立安全监督小组，班组设安全员，明确安全责任， 形成健全的三级安全保证体系，负责工地日常安全工作，定期组织安全检查。8.4 定期检查用电设备，施工机械的安全状况， 以及现场文明施工情况。8.5 明确各管理人员、施工技术人员和生产工人在本工程中安全责任。8.6 施工场地周围应清除易燃易爆物品，或进行覆盖、隔离。8.7 当日作业完毕后，应及时进行场地清理，保持工作面整洁，做到工完场清。8.8 工作结束，应检查施工作业面并切断所使用的电源，确认无起火危险后，方可离开。8.9 施工作业区设安全标志，防止

22、无关人员进入施工现场。8.10 施工时 6 级以上大风天气停止作业，避免因大风大雾引发安全事故。9.环保措施9.1 严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护法律、法规和规章，加强对工程材料、 设备、施工的控制。9.2 建立施工环境保护小组，按照 “谁主管、谁负责”的原则，在组织施工生产的同时 必须组织实施环境保护。9.3 对施工现场环境保护实行不定期检查，对不符合环保要求的采取 “ 三定”原则（定人、定时、定措施）予以整改，落实后及时做好复查工作。9.4 科学规划工期，编制合理的施工方案，选用大型、高效设备，减少同时施工的船舶、 设备数量。9.5 采用产生悬浮物较少的挖泥船作业，减少开挖作业对

23、底质的搅动强度和范围，所有 施工船舶都必须符合环保要求。9.6 对所有进场施工设备进行严格检查， 禁止尾气排放、噪声监测不合格或漏油、漏泥 设备进入施工现场。对使用的工程机械和运输车辆安装消声器并加强维修保养，降低噪音。 机械、车辆途径居住场所时减速慢行，少鸣喇叭。10.效益分析10.1 经济效益1. 据同期施工固定干坞初步估算得出：建造一个可供 2 节管节同时预制的固定干坞， 工程造价要 7400 万元，而xx国际xxxx隧道项目对两艘半潜驳船进行改造，花费约 2200 万， 考虑管节预制过程中的场地以及半潜驳船租赁 140*10*6/2 万=4000 万， 节约成本约 1200 万。2.

24、对两艘半潜驳船同时进行改造仅需 50 天左右， 可迅速为管节预制提供施工工作面。 一个能同时预制两节管节固定干坞施工周期在 200 天左右相比，节省了大量施工准备时间。 对于 77m 长的管节， 主体结构施工仅需 140 天左右， 按照 6 节管节对比， 较一般的固定干坞 法可节约 25 天/管节。3. 变形控制设备和方法简单有效， 可省去大量基础处理及变形控制措施费用。改造后 的半潜驳船一次投入能长久使用， 固定干坞在管节预制后则一般不能作其他用途， 需对其进 行回填。结合本工法，相比于一般的固定干坞预制，可直接节约 1200 万成本，节约工期 150 余 天。因此， 本工法的应用， 具有节

25、省投资、缩短工期、减少工程对环境的影响、避免环境对 工程的制约、减少征地拆迁、节约土地资源等诸多优势。10.2 社会效益运用本工法， 对半潜驳船改造及移动干坞预制沉管管节中遇到的问题、解决及优化措施 进行阐述， 解决这一领域内的难题， 树立良好的企业信誉和形象。进一步丰富和完善企业在 本领域内的施工经验和技术水平，为以后同类工程施工开创新的施工思路， 为公司扩展市场， 树立品牌起到了良好作用。11.应用实例11.1 xx国际xxxx隧道工程11.1.1 工程概况xx国际xxxx隧道工程位于xx区， 是xx两岸联系的主要通道。线路位于地铁四号线下游（距离约 275m）与其平行，工程起于规划金xx

26、大道与兴业大道交叉路口以北 K0+390，下穿 xx终于大学城外环路东西两侧接地点，里程分别为 RK3+100、LK2+820，左右线分别长2430m、2710m。金xx隧道工程由北岸明挖段、过xx沉管段、南岸明挖段与矿山法段组成， 包 括南大干线 C、D 匝道和预留滨河路 A、B 匝道， 水下段采用沉管法施工。金xx隧道工程沉管段全长 460m， 共分为 6 节管节， 其中 E1 管节长 75m， E2E3 管节长 77m，E4+E5-1 管节长 74.5m，E5-2 和 E6 管节长 77m，最终接头设在 E5-1 与 E5-2 之间，采 用 2.5m 长水下接头。管节重量因预制的结构长度

27、和附属设施的不同而有所变化，约13400 14000 吨。11.1.2 工程施工情况本工程沉管管节设计为 6 节，采用 2 艘经改造后的半潜驳船分 3 批次进行预制施工。在 配齐设备和熟练人员后，管节每节段生产线的生产效率提高至每条生产线 15 天/节段。该工 程管节预制均采用移动干坞法施工。项目总体工期于 2018 年 4 月 20 日开工，预计 2022 年 6 月 25 日施工完成，总工期为 50 个月。11.1.3 应用效果及存在的问题1.应用效果本项目以经改造后的半潜驳船作为管节预制平台，漂浮于水面上，过程中经历多次暴雨、 台风及其他多种恶劣天气，管节预制各生产线均经受住各种严峻的考

28、验，未出现任何影响管 节使用寿命等相关问题，沉放对接的管节未出现漏水现象，保证了管节质量，节约了施工工 期，降低了工程成本。通过对半潜驳船的改造和运用，显著地减少了实际施工临时用地，对市政项目土地资源 稀缺的情况起到缓解的作用，减少工程施工对环境的影响。综合使用多种变形控制方法提高 了管节预制精度的要求。本工法施工效率高，土地资源占用率小，具有较高的经济和社会价 值。通过xx国际xxxx隧道工程沉管预制施工，证明了这种工法的有效性和实用性。11.2 施工图片图 11.2-1 船体改造材料到场图 11.2-3 测量控制点布设图 11.2-2 半潜驳船甲板纵桁改造图 11.2-4 测量控制点闭合测量图 11.2-5 焊接管节底部防水钢板图 11.2-7 安装管节顶板模板图 11.2-9 半潜驳船浮箱安装图 11.2-11 管节出运图 11.2-6 绑扎管节地板侧墙钢筋图 11.2-8 浇筑顶板混凝土图 11.2-10 管节预制止水带安装图 11.2-12 管节出运图 11.2-13 管节下潜试漏图 11.2-15 管节浮运至寄放区图 11.2-14 管节下潜试漏图 11.2-16 管节寄放