浮船坞出运沉箱技术在船坞工程中的应用.pdf

第z 5 卷 第3 期 海 岸 工程 2 0 0 6 年9 月 文章 编号：1 0 0 2*3 6 8 2(2 0 0 6)0 3-0 0 2 2-0 7 浮船坞出运沉箱技术在船坞工程中的应用 张永霞，逢金 聚。(1 山东省筑港总公司 山东 青岛 2 6 6 0 3 2；2 中港第一航务工程局二公司 山东 青岛 2 6 6 0 7 1)摘要：采用气囊搬运沉籀上浮船坞和浮船坞坐底出遮沉籀的施工工艺。施工最率高且安全可 靠。谊工艺已在沉籀花工中得到了广泛应用蛄舍浮船坞修理改造后首次应用于渤海量工 3 O 万吨衄大型船坞工程实例。介绍 了浮船坞 出运 沉箱枝术 的工 艺流程和施 工要 点，对 类似工程 的 施工具有一定的参考价值。关键调：沉葙l 气囊；浮船坞 l 出运 中田分类号：U 6 5 5 4 文献标识码：A 1 工程概况 渤海重工 3 O万吨级大型船坞工程。包括造船坞、码 头、船体工场、车间等。造船坞长 5 0 0 m。宽 1 0 8 m。深 1 2 7 m。工程计划将在 2 0 0 7年完工并投入使用。造船坞结构 为重 力式沉箱结构。由 6 O多块沉箱组成。沉箱出运采用气囊搬运和浮船坞坐底工艺。该工艺的 顺利实施是船坞工程施工 的关键。2 浮船坞受力强度计算 气囊搬运沉箱上浮船坞。是国内近年来发展起来的一项新技术，由于工程实例较少，且浮船坞首次采用该工艺出运 l 7 0 0 t 大型构件，施工前期为确保施工和船舶安全。特进 行 甲板受力计算和强度较核。浮船坞、沉箱及气囊的主要计算参数如表 1所示。裹 1 浮船坞、沉箱殛气曩的主耍计算数 浮船坞主要参数及作业条件 沉箱及气囊主要参数 总长 船 长 船宽 坞 墙内竟 主甲板深 空载吃水 压藏泵排量 最大沉深 空藏拖航 沉浮作 业 风力 流建 渡高 4 8 m 4 7 m 3 2 m 2 6 m 3 8 m 0，9 5 m 8 4 0 m h x 2 1 S 8 m 近海航区 遮蔽水域 6级 1 m s o 5 m 沉箱重量 沉箱 尺寸(长 x宽 x高)气囊长度 L 直径 D 工作高度 H 数量 枕木尺寸(长x宽x高)1 7 0 0 t Z 0 m 1 2 m 1 1 3 m 1 6 m 1 m 3 0 c m 8个 l 5 c T r I 1 5 c m l O O C I I I 收稿 日期：2 0 0 6-0 4-2 5 作者简介：张永霞(1 9 7 2 一)女，程师 主要从 事船舶技 术管理 L作。(杜 素 兰 编辑)维普资讯 http:/ 第 2 S卷 张永霞，等：浮船坞出运沉箱技术在船坞工程中的应用 2 3 2 1 受 力分析 浮船坞甲板为纵骨架式结构，甲板将 受到的载荷重主要传递给纵骨，部分传给 横梁、纵桁、舷侧及横舱壁；纵骨受力后发 生弯曲，以反力的形式将力传给横梁或横 舱壁，于是将引起甲板板架的弯曲变形，：然后以反力的形式将力传给板架的支持：周界(舷侧及横 舱壁)。甲板结构 受力 和 传力过程大致如图 1 所示。2 2 甲板纵向强度计算：受压气囊横截面示意图如图 2所示，气囊承 载面宽 B一丌(DH)z：=3 1 4 卜 (1 _ 0 0 3)z 一1 0 9 9 1T I；承载 面积 S 一8 BL=8 1 0 9 9 1 6 1 4 O 7 1 T I ：图 1 甲板结构受力 和传 力过程图 压 强 P=；1 7 0 09 8 k N 1 4 0 7 1T 1 =1 1 8 4 k Pa 浮船坞由日本购进后 进行 了修理 和改造，更换 构 件及新加 的加强构件偏于安全，故计算 不予考虑，计算 选取原船构件且受力最为危险处进行弯曲强度较核。甲板初始厚度 1 2 mm，纵骨 间距 6 2 0 mm，横梁间 距 2 0 5 1 T I。甲 板 纵 骨 L 为 1 5 0 mm 9 0 mm 1 2 mm，可简化为两端刚性固定在强横梁上承受荷重 的单 跨梁(图3)，取气囊位于两横粱间时受力最为危险，甲 板纵骨受力 Q=1 1 8 4 k P a 2 0 5 m0 6 2 m=1 5 0 5 k N；弯距计算 M_-：旦 二 ；2 57 k N 1 T l o 剖面模数计算：考虑磨损，参考船体测厚报告，板 厚均取原值的 8 5 即 l O mm计算。户，分别 为构件甲板处、腹 板及面板处 的截面 面积(以下同)。甲板纵骨剖面如图 4 所示。图 4 甲扳纵骨 剖面图 章 引方 图 2 受压气囊横截 面示意图 0 图 3 甲板 纵骨受 力分析 图 新面系数 6 2 0 x 1 0 一62 c m。1 5 Ox 1 0 1 5 c m：9 0 l 0 ，=9 c n 1 维普资讯 http:/ 2 4 海岸工程 号 (户+劬)l aw f ：!圭 !：圭 !圭 三三!：5：2。cm 6 2+至1-(1 5 、“N ram2=1 2 7 9 N ram2 第 3 期 由 浮船坞入级与建造规范 2 3 3 1可知，弯曲许用应力为 1 7 0 N ram2，故 甲板纵骨 弯曲应力满足强度要求。2 3 甲板横 向强度计算 甲板横梁：9 5 0 o+9 1 5 0 F B为两端刚性 固定在纵桁上承受荷重 的单跨梁，如图 5 所示，取跨距最大为 3 0 8 m的横梁进行受力计算：Q=1 1 8 4 k P a 2 0 5 I T I 3 0 8 IT I=7 4 7 6 k N 弯距计算：M_-Q_l _zL _-!：Q 墨 1 2 1 9 1 9 k N m 剖面模数计算：考虑磨损，参考船体测厚报告，板厚均 取原值的 8 5 ，甲板厚为 1 0 IT l m，T型材厚为 8 mm，甲 板横梁剖面如图 6所示。弯曲应力计算：图 6 甲板横；毕 l 剖面图 Q L=3 O 8m 图 5 甲板横粱受力分析 图 断面系数 t 2 0 5 0X l 0p一 2 0 5 c m。5 0 0 8 A；4 0 c m：1 5 0 x 8 ，=1 2 c m0 w，(卸+劬)+(卸+劬)一 1 卸+d 1 2(2 O 5+了 1 x 4 十了 14 O(2 O 5+14 O)2 O 5+1 4 O =l 21 9 3 c m。=M一 N ramz=1 6 6 7 N mm 5O 弯曲许可应力为 1 7 0 N ram ，故甲板横梁弯曲应力满足强度要求。由以上计算结果 可知，原船甲板纵骨、甲板横梁弯曲应力均满足强度要求。塾 罩 M一 一 维普资讯 http:/ 第 2 5卷 张永霞，等：浮船坞出运沉箱技术在船坞工程中的应用 2 5 3 沉箱 出运施工工艺 出运沉箱工艺流程为：准备工作一浮坞坐底对接一沉箱下放人气囊充气一取出支承 木一卷扬机牵引上船一垫支承木一气囊放气取 出一 浮坞拖离台座至下潜处一 浮坞下潜，同时沉箱注水一沉箱注水至稳定吃水，浮坞下潜，沉箱浮起一沉箱拖离浮坞至指定位置一 浮坞排水起浮，拖回预制场进行下一循环作业。施工平面布置图如图 7所示。(后牵引)(后牵引)图 7 施工平 面布置 图 4 主要工序施工要点 4 1 沉箱出运前的准备工作(1)检查浮船坞的发电设备、压载设备、液位监测 设备、锚泊设备 等均 处于正常工作 状态。(2)在预制好的沉箱上两侧设水尺，外侧设置铁爬梯。(3)安装沉箱进水阀门、阀门杆，进行开启、关闭调试。(4)检验供气系统和牵引系统，清扫出运通道及检查清理沉箱底部的尖锐物。(5)在沉箱底部放人气囊，注意排列整齐，相互平行。连接供气管路，连接牵引系统 4 2 浮船 坞 坐底(1)将浮船坞拖至沉箱预制场前沿，船首的 2只锚缆带在岸壁的带缆桩上，船尾 2只 锚下八字锚。(2)4只锚缆的钢丝绳缓缓收紧，浮坞靠 出运岸壁。(3)在合适的潮高时，浮坞进行粗就位，后用锚机微调船位，使浮坞与岸壁对接。(4)浮坞 开压载泵向压载舱注 水，浮坞开 始下沉，当浮坞距基础 面约 3 0 0 5 0 0 mm 时，调节压载泵流量，使浮船坞缓慢下沉，保证浮船坞稳座基础梁上，保证定位装置的吻 合，使浮坞与岸壁准确对接。4 3 沉箱上船(1)启动空压机同时向各个气囊充气，当充气压力达到预定顶升压力的 8 O 时停 止 供 气。维普资讯 http:/ 2 6 海岸工程 第 3 期(2)检查所有气囊的压力是否一致，不一致时可向单个气囊充气，使压力基本一致，然 后继续充气，直至沉箱离开支承木。(3)将气囊的进气阀关闭，停止供气。(4)拆除沉箱下支承枕木。(5)拆除所有的联接胶管，打开各个气囊的排气阀，进行缓慢放气。当气囊高度降至 出运高度时，关闭排气阀，并检查调整各气囊 的压力基本一致。(6)在指挥人员的统一指挥下，启动卷扬机，拉动沉箱缓慢向前移动。(7)当沉箱前面空 出 1个气囊 的间距 时，塞入气囊，并充气 到预定压力后，再 重新 牵引。(8)当后面移出的气囊快要离开沉箱时，打开气阀排气、并运送到沉箱前面预定位置 备用。(9)沉箱开始上船时，操作人员应保持高度警惕，观察浮坞吃水变化，通过调节压载舱 内的压载水，保持浮坞的水平。(1 0)沉箱移动过程中，通过调动气囊的摆 位、角度及每条气囊的气压来克服重心偏 移，从而保持或调整沉箱移动的方向，直至将沉箱移到船 中位置。(1 1)停止牵引，在沉箱底部 四周垫上支承枕木，然后所有气囊同时缓慢排气，使沉箱 平稳地落在支承枕木上。(1 2)待排气完毕，拖出气囊。4 4 浮坞离台座(1)开压载泵，将压载舱的压载水排出。(2)在排水过程中，应密切注意船舶四角吃水情况，及时调整各压载舱水量，保证船舶 正浮状态，保证平稳上浮。(3)浮坞上浮离岸后，解缆起锚，同时检查 主 甲板及可能淹没进水的开 口，是否关闭 严密。(4)用拖轮将浮坞拖至下潜坑，根据标记准确定位下锚。(5)按照顺流方向，调整船体位置，使船体与流向平行，再绞紧锚缆。4 S 沉箱下水(1)再次检查船上发 电设备、压载设备、液位监测设备、锚泊设备等均处于正常工作 状态。(2)船员按照分工各就各位，准备下沉。(3)开双泵压载泵按注水顺序依次向各压载舱注水，此时要密切注意船舶纵、横倾，观 察四角吃水，随时调整各舱进水，保证船舶始终处于正浮状态。(4)当船舶下沉至吃水距主甲板附近(距 主甲板约 2 0 0 3 0 0 ram)应 改变进水速度，减慢下沉速度，保证船舶安全平稳下沉。(5)主甲板开始入水时，船舶下沉速度会加快，此时应改用单泵小流量压载，避免下沉 过快和出现过大横倾、纵倾，对船舶的稳定性不利。(6)当沉箱开始入水时，改用两台压载泵注水。(7)当沉箱进水阀门淹没于水面以下后，开启阀门向沉箱舱格内洼水。维普资讯 http:/ 第 2 5卷 张永霞 等：浮船坞出运沉箱技术在船坞工程中的应用 2 7 (8)注水过程中，随时观测沉箱压舱水水位。当沉箱达到规定水位，满足稳定吃水后，关闭进水阀门停止注水。(9)当浮坞下潜至接近满足沉箱起浮稳定 的吃水时，再次改用单 泵小流量压载，指挥 拖轮提前靠近沉箱，系好拖带绳缆。(1 0)沉箱起浮，拖轮用慢车拖带沉箱缓缓离开浮坞，同时船上人员用 4根尼龙缆通过 锚机的副卷筒调整沉箱的位置，使沉箱保持平稳，避免沉箱碰撞坞墙。(1 1)沉箱拖离浮坞后，浮坞排水起浮，拖回台座前沿。进行下一循环作业 5 主要工艺安全技术措施 (1)浮船坞在作业时，船长应谨慎指挥，密切注意预报和作业区域的海况，根据周围环 境和气象条件，采用正确的操作方法，以保证船舶的安全(2)在海况恶劣、流速大和渡高大的情况 下严禁作业。风力大于 6 级及雨天不宜 出运。(3)应特别注意下沉作业地点的选择，应 尽量在气象好的天气、合适的水深和潮高下 进行下沉作业。(4)在进行沉浮作业时，应检查船上的发电设备、压载设备、液位监测设备、锚泊设备 等均处 于正常工作状态(5)浮船坞沉浮作业时，应将坞墙顶甲板及以下的所有舱 口、人孔、顶甲板室的风雨密 门和窗等关闭。(6)气囊充气速度不能过快，以免气囊压力突然升高，气囊充气咀前方不能站人，以防 气咀飞 出伤人。(7)沉箱出运时，牵引操作人员必须按 卷扬机安全技术操作规程 作业，掌握钢丝绳 的安全使用要点，听从指挥，起动时不应过于急速。钢丝绳两侧严禁 站人，后方操作人员 必须站在构件两侧操作，以防气囊滚出构件时伤人。(8)沉箱上船，位置应处在船中，抽出气囊，枕木四周支垫，减少因纵摇和横摇造成沉 箱的滑移和不稳定(9)在进行浮船坞沉浮作业 时，应 按规定 的注、排水顺序 进行操作，原则 上顺 流驻位 下潜。(1 0)浮船坞在装载沉箱下沉过程中，要控制下沉速度，尤其 当吃水在 3 8 5 O m时(即沉箱入水前)和沉箱接近漂浮时，应开单泵小流量压载，以控制下沉速度。(1 1)在拖航和下沉作业时，应密切注意四角吃水和各压载舱的水位，尽量减少 自由液 面对稳性 的影响(1 2)浮船坞在所有装载情况下应保持适航干舷。6 结 语 随着港I Z l 工程的深水化发展，沉箱 等重型构件的搬运成为工程必须解决的难题，本工 程借鉴国内已有经验，采用气囊搬运、浮船坞坐底 出运的成功 实践表 明，所采取的施 工技 术合理 可行，在作业工况较狭窄和船舶操纵要求较高的情况下，沉箱顺利的出运为整 个工 程的优质、提前完工打下了坚实基础 为今后沉箱码头的施工建设提供了宝贵的经验。维普资讯 http:/ 2 6 海 岸 工程 第 3期 参考文献：1 王杰德 杨永谦 船体强度与结构设计 M 武汉：武汉水运工程学院出版社 1 9 9 2 2 陈铁云，陈伯真 船舶结构力学 M 上海；上海交通大学出版社t 1 9 9 1 Ap p l i c a t i o n o f F l o a t i n g Do c k Tr a n s p o r t i n g T e c h n i q u e o f Ca i s s o n t o Do c k En g i n e e r i n g Z HA N G Y o n g-x i a ，P A N G J i n-j u。(1 S h a n d o n g Po r t Co n s t r u c t i o n Ge n e r a l C o r p o r a t i o nQi n g d a o 2 6 6 0 3 2，Ch i n a l 2 S e c o n d E n g i n e e r i n g C o mp a n y，Fi r s t Na v i g a t i o n E n g i n e e r i n g B u r e a u Qi n g d a o 2 6 6 0 7 1 C h i n a)Ab s t r a c t：Th e c a i s s o n t r a n s p o r t i n g t e c h n i q u e i n c l u d i n g t r a n s p o r t i n g c a i s s o n o n t o f l o a t i n g d o c k b y me a n s o f g a s b a g s a n d t r a n s p o r t i n g c a i s s o n b y s i n k i n g f l o a t i n g d o c k o n t o b o t t o m h a s b e e n wi d e l y a p p l i e d t O t h e c a i s s o n c o n s t r u c t i o n d u e t O i t s h i g h e f f i c i e n c y a n d r e l i a b i l i t y I n t h i s p a p e r，t h e t e c h n o l o g i c a l p r o c e s s a n d k e y p o i n t s o f c o n s t r u c t i o n o f f l o a t i n g d o c k t r a n s p o r t i n g t e c h n i q u e o f c a i s s o n a r e i n t r o d u c e d b y t a k i n g a l a r g e-s c a l e d o c k e n g i n e e r i n g a s a n e x a mp l e，wh i c h wi l l b e o f r e f e r e n t i a l v a l u e t o t h e c o n s t r u c t i o n o f s i mi l a r e n g i n e e r i n g s Ke y wo r d s：c a i s s o n；g a s b a g；f l o a t i n g d o c k；t r a n s p o r t a t i o n 维普资讯 http:/