大型混凝土预制箱涵海上浮运拖带及半潜卸船的操作

摘要：本文介绍了香港口岸人工岛施工项目中关键的作业和施工项目，即大型混凝土预制箱涵海上浮运拖带及半潜卸船，内容包含箱涵装船，钢浮箱安装，半潜驳船海上和狭水道拖航运输，半潜驳船下潜作业，以及箱涵卸船作业，并特别介绍了箱涵海上浮运和拖带方式，提出了海上浮运的注意事项。

关键词：箱涵 浮运拖带 半潜卸船

0引言

香港人工岛D区位于人工岛西南角，是香港机场联通的通道，宽约150米，布置有五道箱涵用于过水。箱涵结构均为钢筋混凝土，浮运时全封闭水密。自重最大约5 800吨左右，在广东新会预制厂预制，通过半潜船运到香港之后半潜船下潜将箱涵浮起后卸船，然后水上浮运拖带至指定位置，就位后，灌水，沉底安装。

1半潜船出运

1.1箱涵装船

在预制厂通过气囊滚装将箱涵装运上“三航工5”半潜船，每个航次装载两件，往返于新会和香港之间。

1.2联络安排

两港安排人员，保持与代理、船检及香港调度联系，确保箱涵能及时出运。

1.3半潜船从新会预制厂至香港拖航运输

（1）外海拖航

一艘具备国际航行资质的5 000匹马力全回转大马力主拖船，海上主拖钢缆放长400米。

（2）高栏港进出、崖门水道航行及虎跳门水道

拖航由1艘主拖船再配置至少1艘3 200HP全回转拖船辅助、护航，引航员视当时气象及通航环境可能会增加1艘拖船，狭水道主拖钢缆放长100～150米。

（3）预制厂靠泊作业

两艘全回转辅助拖轮和一艘1 000匹马力锚艇。

“三航工5”到达码头前沿水域，先将船首链条锚抛下，以便于船舶掉头及绞锚离泊；之后松锚链，同时拖轮协助“三航工5”掉头并使艉部逐渐向码头靠拢；锚艇负责抛下“三航工5”艏部两只开锚，并将“三航工5”艉部两根钢缆送上码头套上系缆桩。“三航工5”调整各锚及钢丝绳，使尾部靠紧码头。

（4）香港港界至下潜锚地

半潜驳至香港港界后，由至少2艘香港全回转拖船将其拖至下潜位置。行程约9海里，2.5～3小时。

（5）半潜驳空载回航（同上反向）。

（6）从新会预制厂至香港整个航段航程约100海里，拖航时长约需20～24小时；满载出新会及空载回新会预制厂，航经高栏港、崖门水道及虎跳门，这些港内航段全程约23海里，航时约5～6小时。

2 半潜驳下潜作业

2.1 下潜坑布置

（1）捆绑钢浮箱的箱涵上浮所需水深计算

箱涵浮运吃水约5.6米，垫木厚度0.35米，“三航工5”型深7米，考虑0.5米富裕水深，则下潜后箱涵上浮所需水深为13.45米。

（2）未捆绑钢浮箱的箱涵上浮、横移所需水深计算

38.82米普通箱涵及C1-4/C1-5圆弧段箱涵未增加钢浮箱时，吃水约6.0米（考虑四角隔仓有0.1米残余水），垫木厚度0.35米，工5型深7米，考虑0.5米富裕水深，则下潜后箱涵上浮所需水深为13.85米。

（3）下潜坑选址

根据最新扫海结果，将在下图示区域进行半潜驳下潜作业，该区域海床面标高约为-13.0～-14.2 米。

捆绑钢浮箱的箱涵，需+0.45米以上潮位上浮。未捆绑钢浮箱的箱涵，需+0.85米以上潮位上浮、横移。

2.2 下潜前准备

2.2.1 扫海

首节箱涵安装前，安排测量船配置多波束测深仪对下潜坑区域及浮运路线上扫海，绘制精确的等深线图。

2.2.2 下潜、浮运安装时段选择

收集历年潮位、气象资料，结合箱涵吃水，下潜坑、浮运路线上水深，找出满足下潜、浮运水深要求的潮位时间段，以选择下潜、浮运、安装作业时间。

2.2.3 下潜、浮运、基槽口换缆作业时间分析

（1）下潜作业时间分析：“三航工5”半潜驳运输箱涵时吃水约4～5米（装载情况不同）左右，下潜约10米，需注水18 000立方左右，每小时注水量7 500立方左右，约2～3小时可下潜至要求深度，则半潜驳下潜、箱涵出坞作业预计耗时5小时。

（2）海上浮运：下潜坑至基槽口约4.2公里，拖轮保持1.5节航速，约2小时浮运至基槽口。基槽口驳船协助定位及换缆作业：预计2～3小时。

（3）机场码头高速客轮在7：30开始运行，箱涵能在此之前海上拖带浮运通过。

故箱涵下潜、出驳宜选择在0：00～1：00时开始作业，箱涵在6：00左右出驳进行海上拖带浮运，7：00左右通过机场码头海域。

2.3钢浮箱安装

（1）因混凝土箱涵自重大，剩余浮力较小，水上浮运吃水不能满足航道水深要求，故需要额外增加空舱以提供较大浮力，减小吃水。最后决定采取在水泥箱涵左右两边牢固的捆绑若干个自制的钢浮箱体。

（2）钢浮箱连接方式——箱涵钢浮箱夹绑在箱涵侧面，如图2-5示：

2.4 下潜工艺

2.4.1 卸船前

为防止同时起浮后移位，对第二件箱涵进行配重压载，以确保半潜驳下潜时该箱涵稳定。单节箱涵配8只30吨预制块，压载240吨重；四角隔仓注水1米高，约200立方，采用4台50立方/小时潜水泵注水，1小时可完成，约可增加215吨重量；共计可增加50厘米防上浮吃水深度，加上未配钢浮箱时有50厘米防上浮吃水深度，加载在半潜驳下潜时同步进行，因箱涵浮力增加可抵消压载重量，不会对半潜驳造成过载。如此，在半潜驳下潜、前节箱涵上浮时，基本能保持后节箱涵稳定，但需注意注水压载同时，半潜驳亦需调整压载水以适应载重变化。

2.4.2 半潜驳注水下沉

“三航工5”潜驳设压载泵4台，每台泵流量为1 900立方/小时，扬程：13米。四台压载泵可以在同一工况同时工作，即同时注入或同时排出。“三航工5”四台压载泵总量7 600立方/小时，在下潜时需动力注水约18 000立方，下潜时间约需3个小时，起升时需动力卸载约13 000立方，起升时间约需2小时。

2.4.3 箱涵上浮

半潜驳下潜前，先由起吊船“起7”、起吊船“起16”锚机上的φ38毫米锚车钢丝绳连接的φ28毫米小钢丝绳与箱涵顶部4个吊环用卸扣相连、轻微拉紧，箱涵上浮过程中，始终拉稳箱涵，确保其稳定。

2.4.4 箱涵出驳

起吊船“起16”布置在半潜驳北侧，起吊船“起7”布置在半潜船南侧。两艘起重船上卷扬机协同拉稳箱涵，将箱涵从半潜驳中间空当处缓缓往南侧拖出，并顺靠上起吊船“起7”。稳妥后视时间需要再交由两艘3 200HP拖轮拖带箱涵，进行海上浮运。

2.4.5 垫木防上浮措施

为防止箱涵起浮时半潜驳甲板上的垫木上浮，箱涵上驳前设置垫木时将每只垫木用扒钉钉牢，扒钉与细钢丝绳相连，钢丝绳再与浮船坞甲板相连即可。

2.4.6 后节箱涵配重块卸除

后节箱涵上浮、横移需要+0.85米以上水位方能浮起。在前节箱涵出驳后，半潜驳上浮2米，再进行后节箱涵隔仓抽水、配重块吊除。同时后节箱涵由起吊船“起7”和起吊船“起16”及半潜驳上卷扬机拉稳。

2.4.7 后节箱涵上浮、横移

待后节箱涵压载卸除后，半潜驳即可根据潮位，选择+0.85米以上持续潮位时间较长时，进行二次下潜及横移。

后节箱涵横移时，通过GPS做好测量定位，以确保箱涵位置与半潜驳甲板上垫木位置吻合。横移到位后，起吊船“起7”、起吊船“起16”拉稳箱涵，半潜驳再次缓缓上浮，使箱涵落在半潜驳甲板垫木上。

2.4.8 后节箱涵出驳与前节箱涵工艺相同。

2.5“三航工5”下潜及箱涵卸船作业

（1）起吊船“起16”提前在下潜点北侧30米处顺东西方向抛锚就位，起吊船“起7”提前在下潜点南侧至少100米处抛锚就位，或在“三航工5”到达之后，在“三航工5”南侧就近抛开锚。

（2）三艘船全部按东西顺水流方向就位后，起吊船“起16”、起吊船“起7”靠近“三航工5”，开始安装钢浮箱、轮胎靠把及其他设备。

（3）起吊船“起16”和起吊船“起7”侧面钢缆带上箱涵两侧，收紧，候潮。

（4）开始下潜，直至第一个箱涵浮起，另一箱涵注水、加配重块。

（5）起吊船“起7”开始绞缆，同时起吊船“起16”同步松钢缆，将箱涵缓慢的靠上起吊船“起7”，收紧起吊船“起16”解缆，起吊船“起7”开始绞锚，带着箱涵往南逐渐远离“三航工5”。

（6）留出有足够水域后，两艘拖轮择时带拖缆，起吊船“起7”解缆，进行水上拖运。

（7）之后，为稳定第二件箱涵，“三航工5”可适当起浮一点，或不需要，视情况而定。

（8）第二件出坞时间合适后，起重船继续配合“三航工5”，同时箱涵排水，起吊船“起7”协助去除配重块

（9）同样，两艘起重船按上次带缆要求，等第二件箱涵浮出后，绞锚移船，带动箱涵将其移出塔楼，往“三航工5”艏部方向拖动，“三航工5”前部绞车也可以带上钢缆一起牵引，以期放在合适位置。

（10）重复前个箱涵的准备工作，及出坞。

2.6注意事项

（1）如此作业方式的优点是，箱涵出半潜船比较稳，受水流影响也很小，只要潮位满足“三航工5”下潜水深了即可作业，甚至可以提前一天或一个潮水预先完成，对箱涵的系解缆距离大幅缩短，方便安全；且第二个箱涵移位也更稳当，亦不受水流、时间的限制。

（2）为便于系解缆，起重船绞车钢缆需连接约30米长、φ28毫米的小钢缆。

（3）为避免香港作业现场对箱涵做水上调头，包括保证轮胎靠把安装方向的一致，避免重复或过多增加香港沉放现场作业流程，新会箱涵落驳时，除安排好箱涵后装先卸的秩序外，还应规定好箱涵落驳方向。

（4）考虑到“三航工5”被拖带时的方向及进入下潜点的航线航向，预先将箱涵先进入槽内端统一称为前部，并在新会场内预先做好标记，如油漆或插旗。

（5）将要靠泊起吊船“起7”侧的钢浮箱外侧必须安装缓冲防撞轮胎，保护箱涵。

（6）做好出半潜船前的钢浮箱安装、设备调试、箱涵上浮、注水、压配重及带缆。

3 箱涵海上浮运

3.1 海上浮运外部条件

3.1.1 风浪、水流条件

为确保箱涵海上浮运稳定，应选择在浪高≤1.5米、流速≤1米时进行。

3.3.2 浮运水深条件

因浮运路线上海床面标高为-5.1米～-13.0米，浮运路线上大部分区域无须趁潮。

但A区、D区局部存在-5.1米浅点，箱涵浮运吃水5.6米，考虑0.5米富裕水深，需利用+1.0米以上潮位浮运通过浅点。D区箱涵基槽口附近，最浅处为-5.0mPD，考虑0.5米富裕水深，则需利用+1.0米以上潮位，在此完成换缆作业。故应提前根据潮位制定浮运时间，确保箱涵浮运通过浅点、至基槽口换缆时，潮位符合要求。

3.3.3 机场客运码头、货运码头影响

（1）机场客运码头影响解决办法

为不影响机场客运码头航道，在A区西侧海域浮运时，箱涵靠原A区西侧帷幕内侧运进（A区西侧帷幕建议内移，否则浮运安全宽度不够），根据海事通告的工地范围界限，使用浮标划分正常船只航区及施工区。

箱涵浮运前，需提前做好与机场客运码头的沟通工作，尽量选择无游轮通过时间将箱涵浮运通过，以防船行波造成箱涵浮运的不稳定。

（2）机场货运码头影响及解决办法

在安装C1＼C2段箱涵时，基槽口换缆作业会占用货运码头海域，影响其运行。箱涵进入基槽口前，提前2天通知机场码头管理局。

3.2海上浮运时间安排

C1-C4段箱涵海上浮运距离4.2公里（约2.3海里），拖轮航速不超过3.0节，考虑系缆、避让船只等因素影响，海上浮运由下潜点到基槽口约需1～1.5小时。故宜选择涨潮时，在涨潮至+1.0米之前提前1小时开始海上浮运，在+1.0米以上潮位通过A区南、D区局部-5.0米浅点区，利用+1.0米以上潮位在D区基槽口完成换缆作业。

3.3箱涵海上浮运、拖带方式

按最大的箱涵：长38.84米，宽22.7米，吃水5.5米（然后再加上钢浮箱后），静水中拖航阻力如下：

2m/s—（约3.9节）航速 拖航阻力：36吨

1.5m/s—（约3.0节）航速 拖航阻力：20.2吨

1m/s—（约2.0节）航速 拖航阻力：9吨

0.5m/—（约1.0节）航速 拖航阻力：2.0吨

注意：拖航时须考虑流向、流速，控制矢向合力（水流阻力，风阻力忽略）不超过20吨（约3.0节航速范围内），随时调整到计划拖航速度，并全程关注箱涵顶部拉环受力情况，防止对其造成损坏。

2艘3 200HP拖轮拖带箱涵由下潜坑浮运至D区基槽北侧，航行拖运速度保持在3.0节以下。

拖带采用（由拖轮出尼龙主拖缆及龙须缆，便于系解缆）φ38毫米钢丝绳、φ80毫米尼龙绳，通过40吨卸扣与箱涵顶部吊环连接。

3.4海上浮运注意事项

（1）每次作业，须至少提前一天（两天）告知机场客运和货运码头，避免相互影响。

（2）因作业的特殊性以及箱涵规格的不同，加上气候环境的差异化，每次作业须提前开工前交底会，针对不同环境和要求，适当完善、补充和改良施工作业方式、方法，不断提高作业过程的可靠性和安全性。

（3）现场作业人员应相对固定，避免人员调换，包括拖航的外租拖轮船长亦应固定，保持所有人员的作业熟练，提高功效及安全性。

（4）船队在拖航过程中，项目部相关人员应保持在前后两艘拖轮上指挥航行，包括拖轮之间、及拖轮与箱涵之间的航行应急处理。

（5）航经岛西北侧与客运航道大角度转弯处，提醒拖轮船长及进出航道的客、货船，协调安全避让，同时应提请快船减速，避免箱涵顶部上浪，造成其上人员伤害及损坏机电设备。

（6）围绕整个流程制定出详细可行的人员组织架构。

（7）必须落实从箱涵落驳后出运直至箱涵进入安装点沉放，要有专人负责，包括各个作业环节负责人、指挥人员、协助人员及作业人员。

（8）各环节各分项的分工：①新会与香港海上往返拖航作业。②“三航工5”下潜前箱涵上的准备工作，包括钢浮箱安装、防撞垫安装、注水、排水、配重块安放等。③“三航工5”下潜、箱涵出坞、水上浮运、槽口靠泊、就位。④设备、设备调试、船机保障。⑤现场每个分项的安全监督。⑥制定《年度防台应急预案》以确保台风季节的防台保障。

（9）商务及两港资源保障。航次主拖拖轮、新会进出港护航拖轮、香港箱涵浮运时租拖轮、两港代理等，各方面做好商务沟通、每次提前做好对外船机租用和协调，以确保船舶能够每次及时到位，保障各个环节的运作顺畅、不脱节。

4结束语

混凝土预制件单件重量大，易受损，无法吊装卸，需要用气囊搬运及水上助浮的特殊方式进行。半潜船在海上定位下潜过程中，船及箱涵都会同时在受到风、流和波浪共同作用的影响下产生起伏、漂移，如操作不当势必会造成两个箱涵间及与半潜船平衡塔体三者之间相互碰撞，而混凝土结构相对比较脆，很容易损坏。所以，半潜船的下潜深度、速度要严格控制，四个海上定位锚须机动，随时作出松紧调整，而箱涵亦需要提前带缆稳定且能随时调整缆绳，这样才能确保相互间的位置保持不变，避免碰撞损坏；同样，因施工区浮运拖带水域狭小、并有两次大角度（大于90度）的转向，且受其他船舶航行作业干扰大等因素影响大，并且在浮运拖带过程中的拖缆系解缆作业及航行期间也要求做好防止箱涵与拖轮间接触靠碰。因此，在整个装、卸和水上浮运拖带之前预先对所有人员进行工前安全教育及作业交底。作业期间，每次工作界面的衔接、交接及过程中每个细小的环节都必须做到谨慎、小心，每道工序都必须要有统一的指挥协调。