电厂取水系统头部沉箱浮运优化方法

电厂取水系统头部沉箱浮运优化方法

易浩浩

上海电力建设有限责任公司 200031

【摘要】电厂建设过程中，取水系统施工因水源、地质、水文气象条件影响，做出安全可靠的方案需要建设者反复论证。由我司承建的印尼SULBAGUT-1（2×50MW）燃煤电站工程项目，在取水头部的沉箱大件浮运施工中，综合相关因素影响，采取了取水管线与循环水泵房接口位置“干作业”制作、破除围堰后采用起重船浮运的方式，安全得到了保障，解决了大件远距离运输的困难。

【关键词】取水头 沉箱 浮运 干作业 围堰

【正文】

1 工程概况

印尼SULBAGUT-1（2×50MW）燃煤电站工程项目取水系统位于厂区循环水泵房东侧，取水头部布置在取水管线210.5m，海深20m处，平均高潮位2.078m，平均潮位1.356m，平均低潮位0.63m。取水头部基床地质主要为淤泥质粉质黏土、中细砂、残积土层。

取水头部长宽高尺寸为7×7×11m，重约435吨的钢筋混凝土沉箱结构。

2 取水头预制优化

本工程取水头预制场地的选择经过多次论证修改，方案一：从国内预制完成后发运至现场，但会产生大额船机调遣费用；方案二：现场临时码头一侧，但处于海域迎风面，风浪大，安全得不到保障；方案三：循泵房东侧临时回填场地，考虑到违反建设环评，修改环评手续复杂，影响工期；方案四：制作位置布置在循泵房基坑底部，“干作业”法施工，解决了上述三种方案的弊端。

取水头“干作业”预制开始                取水头预制完成

由于取水头高度有11m，并布置有HDPE管道接口、钢格栅，应采取多次分层预制的方法。预制完成后，对取水套管接口采取临时封堵措施，在取水头结构外壁标注水位标识，以便出运。

3 围堰破除

根据围堰地质条件，采取机械开挖或低当量炸药爆破等方式拆除围堰。

爆破+机械开挖                          围堰开挖

4 试吊

出运前，安排起重船试吊一次取水头，以确定起重船起重能力是否满足施工要求。起重船试吊重量120 t。

沉箱自重： 混凝土 165 m³， 强度C45（密度按2.35 t／m³计算），取水头钢筋 46 t，加取水格栅，总计435t（不包括盖板重，盖板最后水下安装）

底板混凝土：52 m³，底板浮力：52 t;垫层面标高－4.8m,高水位＋2.0m,水深 6.8m。

试吊方案一：完全空仓时所受浮力:52（底板浮力）＋6.2（侧墙高度）×7×7（沉箱长宽）＋6（管口内浮力）＝361.8 t

(435-120-52-6)/7×7=5.24m，6.2-5.24=0.96m

在水位＋2m时（水位在墙高6.2m时),加水深度 0.96 米,试吊重量 120t。

试吊方案二：水位＋1.04时（水位在墙高 5.24m时),试吊重量120t。

试吊方案根据现场条件确定，但需满足浮力计算、起重机械工况范围。

5 出运

5.1出运前对取水管线范围的开挖需满足起重船浮运取水头吃水面、深度要求。

5.2 基床处理施工流程：挖泥基槽验收→基床分层抛石→基床分层夯实→补抛块石夯实→抛石基床验收

取水头区域基槽开挖：采用抓斗式挖泥船进行基槽挖泥，船舶通过 GPS 定位，抛锚就位后，基槽挖泥宜分层进行，开挖弃土就近堆放，用于后续管线回填，其中开挖原土中的粘土禁止用于回填管道四周。完成后及时验收并准备回填，有浅点的地方及时补挖清除。验收主要项目有标高验收、平整度验收，验收测量时，每隔 5～10m 布置一个断面，2～5m 布置一个测点进行。

基床夯实:在基床分层抛石后，就进行夯实施工，根据沉箱基床施工经验，采用 4~5t 夯锤，锤底直径 1.0~1.2m，锤底面压强为 40~50kPa，落距选3m左右，保证每夯的冲击能量为 120kJ/㎡ 以上即可。通过潜水员探摸后，打夯效果若不明显，可选用更大重量的夯锤。

打夯施工流程：立标定位→打夯船就位→按规范要求采用邻接压半夯打一遍→回头用相同方法打第二遍→基床夯实验收→必要时补抛复打。

基床整平施工流程：测量定位→整平船驻位→水下导轨铺设→补抛石料→潜水员下水用刮尺水下整平→复核测量导轨→基床验收。

出运就位流程：气囊充气就位→外排取水头存水→基槽、控制点、航线等条件就绪→起重船托运→注水下沉→座地后的调整→拆除辅助设施→就位验收

5.3 浮力计算

沉箱自重：混凝土165m³，强度C45（密度 2.35t／m³），取水头钢筋46t，加取水格栅， 总计435t（不包括盖板重,盖板最后水下安装）。

底板受力吊环采用直径 36mm 的圆钢,每面设3个。侧墙每面设3个辅助吊环。

捆绑方式三点捆绑，采用4根主要受力吊带＋2根斜拉受力吊带，每根吊带工作吨位为20t（绑扎所有材料由厂家配套提供）。在35t气襄顶部及辅助吊环上，每边增加2个4t小气囊，总计8个小气襄32t。每个小气囊使用 3个4t以上吊带悬挂。

F-4助浮气囊：气囊总长度5.5m，有效长度3.7m，直径 1.2m，工作压力0.2Mpa,3倍安全系数，净浮力4t。F-35助浮气囊：气囊总长度8m，有效长度6m，直径 2.5m，工作压力 0.2Mpa,3倍安全系数，净浮力35m。适用于F-35助浮气襄的捆绑固定，涤纶绳编织网兜，吊点：四条主力吊带＋2条斜拉主力吊带，吊带工作吨位20t, 安全系数4倍。

4面气襄应处于同一高度，气襄捆绑在进水口HDPE管顶部。气襄顶距离沉箱底高6m。出运时空仓，以气襄顶刚没入水中为宜，此时浮力435t，满足出运要求。

其最终浮力： 435-165-35*4*0.95-4*8*0.95=107t

将12个气囊预冲气1次，充气至气压压力值，保持2小时以上，记录压力值是否变化。同时记录好气囊充气至额定压力位需要的时间，并熟悉气囊的捆绑方式。气囊捆绑方式均由厂家提供，F-35气襄捆绑材料由厂家配套发出，F4气襄采用4t以上吊带捆绑，吊带应扁平，每个气囊在固定位置绑扎3根吊带。

5.4 拖运、就位下沉

5.4.1 拖运：起重船通过锚缆拖动沉箱沿通道向安装区域浮运。在此过程中 ，吊装钢丝绳处千收紧但处于不受力状态。浮运过程必须缓慢，在浮运过程中注意观察各种设备、沉箱及气囊的状况，注意调整出运方向，保证在已开挖完成的出运通道内。如过程中发生局部搁浅，起重船可适当起吊配合。

5.4.2 就位下沉：在拖运至安装区域后 ， 解除拖运钢丝绳， 起重船收紧钢丝绳， 并使钢丝绳处在基本不受力状态，主要用于控制沉箱位置，水泵向沉箱内加水，随着沉箱内水位上涨，沉箱缓慢下沉，此时沉箱内浮力作用下，吊装钢丝绳随沉箱下沉，保持一直处于收紧但不受力的状态。当沉箱顶口与水面线接近时，收紧钢丝绳使钢丝绳受力，并保持沉箱顶略高于水平面。随水泵向沉箱内注水，沉箱内水位逐渐上涨， 起重船吊重逐渐增加，严禁沉箱直接下沉，海水沿沉箱顶口四周迅速涌入沉箱的清况发生。

在沉箱完全没入水中后，起重船慢松钩下沉安装，在下降过程中不再停留，直接座底。在座底后测量复核数据，起重船根据侧量数据再次起吊调整。直至调整安装 完成。在调整过程中，可以从主吊环上引两个缆绳到起重船锚机，用于控制沉箱微调。

安装完成后，潜水员下水解钩。气襄放气，回收气囊，严禁直接解钩使气囊上浮。气囊放气必须缓慢，注意安全。最后拆除封堵钢板。在以上工作完成后，隔天安装沉箱顶部盖板。

              起重船出运取水头                         取水头下沉就位示意图

6 经验总结

6.1 取水头结构尺寸、自重大，属于大件运输，编制科学可行的施工方案需结合工程地质、气象水文、机械力能、人员配备、主辅材质量、工期要求、经济效益等多因素综合考虑。本工程采用“干作业”法选择取水头预制场地，节约了大型船机调遣、运输费用，是对工程实际条件充分研判后的一次成功尝试。

6.2 取水头采取气囊浮运的方式，需要确保浮力计算无误，配备合格的气囊、工况稳定的船机起重设备、吊具等设备材料，科学的技术方案、严密的施工组织是确保取水头浮运成功的关键。

【参考文献】

中交第三航务工程勘察设计院有限公司【R】印尼SULBAGUT-1(2×50MW)燃煤电站工程项目码头工程岩土工程勘察报告,(2018年5月)

中交天津港湾工程研究院有限公司【M】《水运工程混凝土施工规范》（JTS 202-2011）

中交天津航道局有限公司，中交天津港航勘察设计研究院有限公司【M】《水运工程测量规范》（JTS 131-2012）      

【作者简介】

本文作者：易浩浩

出生年月：1986年6月

性别：男

毕业院校：三峡大学科技学院

学历：本科

主要研究方向：土木工程专业毕业，自参加工作以来，长期在电力施工企业生产一线从事项目管理工作。