用充气胶囊在台车上顶升并运载沉箱出运方案的理论计算讲解
重型设备吊装充气顶升法
重型设备吊装充气顶升法充气顶升倒装法充气顶升倒装法已广泛用于大、中型拱顶贮罐的吊装，并在许多施工单位长期、打来能够的顶升实践中得以改进与完善。
至今，已达工艺成熟、方法多样、安全可靠、经济合理的至臻程度。
（一）充气顶升原理利用封顶罐在采取密封措施以后，可形成密闭空间的结构特点，用鼓风设备向此密闭空间强制送入大风量低压里的空气，在空气总浮升力大于罐体重量与动与不动壁板间的摩擦阻力后，罐体必定会顶升而上浮，至要求的高度。
事实上，充气顶升法的工作原理，酷似多塔气柜的工作过程。
（二）方法特点1）无高处作业、安全可靠，工作效率高；2）工艺成熟、方法简单、操作方便；3）不要大型吊装机具；4）措施材料耗量小，均需通常材质与常用规格，易于得到；5）施工进度快、质量好、经济合理；6）需用装置较多；7）若遇停电与发生安全事故。
（三）充气顶升法的要紧装置及其选用充气顶升法的要紧装置有鼓风装置、密封装置、稳升装置、限位装置、收紧装置、定型装置、固定装置、通讯与照明装置等构成，如下图所示。
1. 鼓风装置鼓风装置由风机、风管（风道）、软接管、风量调节插板、人孔等构成。
风道口开在罐底板处。
风机的风压、风量计算机器选择如下：（1）风压在理论上风压应按下式计算：P = (W + q + F) / A式中P——风压，kPa;W——顶升的罐体重量，kN;q——需随罐浮升装置的重量，kN;A——顶升面积，去罐的铅垂投影面积，m2,D——罐内径，m;F——动与不动壁板间的摩擦阻力，kN;因动与不动壁板间的磨擦阻力F与外层壁板的收紧程度、罐体壁板的椭圆度与粗糙程度的等因素有关、难于准确计算。
因此，常按下列经验公式计算风压：（2）风量理论上应按下式计算均有效风量：式中Q——平均有效风量，m3/h;P a——顶升前风压，kPa;P d——顶升后风压，kPa；V a——顶升前罐体容积，m3;V b——顶升后罐体容积，m3;T——每带壁板顶升时间，通常在T=10～40min之间选取。
沉箱码头中气囊出运技术的应用
图1 沉箱结构图
=2418×9.8×1000/103.6 =0.23MPa＜0.4 MPa。ADEMIC
（2）连接钢丝绳 将φ66短接钢丝绳一端挂在钢柱 上， 另一端 连接引出， 钢丝绳 所处位 置应在底模基础向上约1.0m左右处， 再连接φ32牵引钢丝绳 （见图6-13） 。 沉 箱 在 预制 厂水平段 移 运不设 置 后 溜， 靠两条牵引缓慢前进。 4.2沉箱顶升 首先将沉箱钢丝绳与牵引以及溜 尾卷扬机轮滑组系好， 同事打开卷扬 机确保钢丝绳处于受力状态， 之后再 稍微的放松。 接着将气囊与空气压缩 机之间的气管进行连接， 连接合格之 后开始进行气囊充气， 充气的过程应 该确保其缓慢和均匀， 等到气囊充气 压力 达 到沉 箱 预 定的顶 升初 始压力 数值时， 即 可停止 对气 囊的充气。 要 确保每一个气囊的高度是一致的， 并 且确保沉箱处于直立的状态， 气囊顶 升至距离地面41~43cm高， 使沉箱底 面完全脱离支承型钢， 气囊压力约为 0.24~0.25MPa。 实施时应根据实际情 况对气囊压力值进行适当调整， 使沉 箱保持平衡顶升状态。 4.3拖出支承工字钢 把 支 承 工字 钢 顺 直 拖 出 并逐 节 拆除， 抽工字钢使应保持工字钢与气 囊的距离， 防止工字钢刮伤气囊。 同 时派专人观察各气囊气压值， 如发现 气囊压力值过大或过小， 应泄气或充 气， 调节至0.24~0.25MPa。 4.4预制区行走及移运中气囊交替 待工字 钢 全 部 抽 出 并 检 查 沉 箱 底部及前方无尖锐物后， 主指挥发出 牵引指令， 开始前进。 指 挥人员通 过 对 讲 机与控制卷扬机的2名卷扬机 机手联系， 指挥沉箱移动。 沉箱移动 时， 保持前高后低， 前面保持约40cm 高度， 后面约 2 0 c m高度（3. 3已计 算 受力） 。 等到沉箱后方的气囊逐渐与沉箱 的尾部靠近时， 则可以将气囊的排气 孔打开， 使得气囊进行逐渐的放气， 等到气囊漏出沉箱尾部大约1/3时即 可快速的将气囊中的空气放出， 在整 个放气过程中注意保持沉箱的高度。 4.5斜坡段行走 当沉箱运行到距离预制区水平段 尽头约10m时停止移动， 连接后滑轮 组与后溜短扣钢丝绳， 张紧后溜卷扬 机钢丝绳， 前牵和后溜配合行 走， 后 溜 卷 扬 机手注 意保 持后溜 钢 丝 绳 张 紧但不会有反拉的倾势。 当沉箱进入 斜坡时， 后钢 丝绳受力， 前钢 丝绳保 持微张状态， 后溜钢丝绳慢慢放张， 直到 将沉 箱 移 到出运码 头 斜坡 段 最 前沿。 4.6沉箱上驳操作 沉 箱上驳 时， 用 浮 船 坞15 t 锚 机 卷扬机作前牵系统， 牵引钢丝绳采用 φ32×10 倍率固定在船尾地锚上， 通 过φ66短接钢丝绳连接到沉箱上。 当 潮 位 达 到 搭 驳 潮 位 0 . 8 m 时， 开始 搭 驳。 搭好驳 后， 带紧浮船坞上缆绳使 浮船坞紧靠出运码头， 利用船上锚机 卷扬机钢丝绳作前牵系统， 同时浮船 坞加压载水， 使浮船坞甲板面与码头 持平时。 待潮位 达到1.3m时， 启动船 上锚机牵引沉箱， 使沉箱通过出运道 20m的水平段到达浮船坞， 当沉箱底 部第1排气囊到达浮船坞上时， 浮船坞 前舱 开始排水， 在沉 箱的第5排气 囊 到达浮船坞上时（总共9排气囊） ， 前 舱所有的水必须排空， 与此同时， 需 5.结论 在沉箱码头施工中， 利用气囊出 运技术具有成本低、 施工工艺简单、 安全灵活等优势， 作为一种新型的施 工工艺被广泛的应用到沉箱施工中。 在沉箱气囊出运施工中， 为保证施工 效果， 需要根据实际情况， 采用行之 有效的技术方法， 严格按照施工要求 施工， 保证 施工质量， 提高企业经济 效益。 确认潮位是否达到1.5m， 如达到了则 可继 续上驳， 如没有达到， 则需要等 待潮涨至1.5m。 当沉箱到达浮船坞上 预定位置时， 用20cm×20cm×100cm 枕木在气囊间隙处进行支垫， 然后同 时打开各气囊排气阀缓慢放气， 使用 沉箱平稳搁置在支垫上， 全部放气， 抽出气囊， 解 除沉 箱牵引装置， 并用 C40砼填埋插销预留孔。
用充气胶囊在台车上顶升并运载沉箱出运方案的理论计算解析
用充气胶囊在台车上顶升并运载沉箱出运方案的理论研究（1）沉箱长30米，分2列台车出运，每列台车分四节，中间连接距离为0.5米。
则：台车每节的长度为：7.125m 430.530=⨯- 设打气嘴改为如图所示的顶（底）部，则每列台车可设计为8节。
则：每节台车上气囊的有效长度约为6.0m ，2列8节台车的气囊有效长度为6⨯8=48m ，沉箱重量按6000t 计。
气囊厚度10mm （30mm ），充气嘴法兰厚度20mm ，所以设定气囊在腔内的高度为0.1m 。
（2）若采用额定压力为0.6MPa 的高压气囊则每节台车上气囊的顶升宽度： B=m 08.260486000=⨯ 设气囊放在2.08m 的气囊钢腔内高度为0.1m ，则沉箱顶升高度为0.15m 时，气囊的总顶升高度为0.25m 。
校核气囊的直径：B ’=()m D 08.2225.0=-π则：D=1.58m需采用的气囊直径为1.58m顶升0.25m 时时气囊的自然最大宽度;=2.08+0.25=2.33（0.25m ） 自然状态气囊的宽度为：m D 48.22=π＞2.08m （0.4m ）（3）若采用额定压力为0.8 Mpa 的高压气囊则每节台车上气囊的顶升宽度： B=m 5625.180486000=⨯设定气囊放在1.57m 的气囊钢腔内的高度为0.1m ，则沉箱顶升高度为0.15m 时，气囊的总顶升高度为0.25m 。
校核气囊的直径：B ’=()m 57.1h D 2=-π则：D=1.25m顶升0.25m 时气囊的自然最大宽度=1.57+0.25=1.82m （0.25m) 自然状态气囊的宽度为：m D 9625.12=π＞1.57m （0.4m)（4）若采用额定压力为1.0MPa 的高压气囊则“每节台车上的气囊的顶升宽度： B=m 25.1100486000=⨯ 设定气囊放在1.25m 的气囊钢腔内的高度为0.1m ，则沉箱顶升高度为0.15m 时，气囊的总顶升高度为0.25m 。
大型沉箱出运工艺
大型沉箱出运摘要：本文介绍气囊搬运的大型沉箱出运工艺步骤及其监控要点。
关键词：气囊、沉箱、牵引The large caisson carryBy Liang junshengAbstract : This paper introduced the large caisson,s carriage , which is supported by a group of the pneumatic rubber sacs , the paper introduced also the supervision,s main points of it .Keywords : pneumatic rubber sac , caisson , traction某工程有大型沉箱44件，单件重量为2237t。
沉箱采用气囊出运（计划出运为每4至5天出运1件）。
具体出运顺序及数量根据安装计划要求进行。
一、气囊搬运工作原理气囊搬运重物与滚筒搬运的工作原理相同。
在重物底部与地面之间垫若干个气囊逐渐充气，顶升起重物。
用外力牵引重物使气囊向前滚动，从而使重物移动。
气囊与地面间受力面积大，受力均匀。
单位面积受力小。
气囊搬运对场地的适应性较强。
二、沉箱出运的工艺大致可分为分以下三大步骤：出运准备与横向牵引；更换气囊；纵向牵引与斜坡牵引。
三、工艺流程简要说明：（一）准备工作与横移（步骤1－16）1.出运准备出运时间由下列因素决定：一般要求沉箱砼的强度大于设计强度的75%；其次还要考虑潮位变化规律，决定沉箱上半潜驳时间。
出运前需认真进行下列检查并排除一切隐患：①检查空压机运转是否正常。
检查气囊充气各管件、阀门、压力表；②检查沉箱内腔是否有积水，若有积水并超过10cm的，必须把水抽至低于10cm，以免重心位置受积水的影响而偏移；③对牵引系统中的卷扬机、钢丝绳、滑轮组、导向轮及其卸扣、绳卡等，应逐项认真检查其运转是否正常、转动是否灵活、钢丝绳磨损是否超标，气囊是否漏气；④各地锚、卸扣是否磨损，是否超负荷；⑤备用空压机、电源是否处于良好状态。
气囊助浮方法在沉箱溜放、拖运中的应用
第２ ８卷第 ２ 期
２０ 年 ０７ ４ 月
水
道 港 口
ｖ０ ． ８ Ｎｏ． Ｉ２ ２ Ａｐ ｉ，２ ０ ｒｌ ０ ７
Ｊ ｕ ｌ ｆ ａｅｗａ ｎ ａ ｂ ｒ ｏ ｍａ ｔ ｒ ｙ ａ ｄ Ｈ ｒｏ ｏＷ
气 助 方 在 箱 放拖 中 应 囊 浮 法 沉 溜 、运 的 用
船 的经验 ， 经过精 心计算 和技术论 证 ， 用 了气囊 助浮溜放 沉箱 的方 案并获得 成功 ， 选 解决 了这个难 题 ， 使得 预 制厂 的使用 功能得 到充分 发挥 。 用 气囊助 浮沉箱 ， 就是 利用气 囊所产 生 的浮力 ， 抵 减沉 箱 的部 分 吃水 深 度 ， 般 可减 少 吃水 ２ ３ｍ， 来 一
２ 气囊助浮溜放沉箱下水工艺
２ １ 工艺流程 ．
溜放前准备一穿拉带 、 连接气囊一气囊 充气 一沉箱 注水压 载一沉 箱起浮一 调整 平衡一沉 箱脱
ｍ ，
气囊 助浮力 为 １６３ ３ ．０ｔ 。 在 实 际应用 中为 了保证 沉箱起 浮的稳 定性采
用了较为保守的压载水 ， 实际效果为 ： Ｂ型沉箱四 舱压水 １ ， ． ｍ 稳定吃水为 １ ． ， ８ ２７ ｍ 定倾高度为 ８ ０４ Ｉ ． Ｉ ２Ｔ 。满足了本沉箱预制厂吃水限制的下水水 深条件 要求 。 ．
１２ ２ 施 工中压水 高度 的选 用 ．．
—
３ ～ —
曼
通过 对 大连港新 港改 扩建 工 程 １ ５＃、６＃泊 １
位 Ｂ型沉箱采用气囊助浮后 的浮游稳 定性计算
（ ２可 以看 出 ， 用气 囊 助 浮后 ： 沉 箱稳 定 表 ） 采 Ｂ型 吃水 为 １．５ｍ， 少 吃水 １６ 减 少 压 水 ０６ ２５ 减 ．５ｍ， ．
沉箱出运、安装专项方案
沉箱出运、安装专项方案(1)沉箱出运方案一、概述本工程的沉箱型号有3种，A型沉箱高度9m共15个，Ⅰ型沉箱高度9m共8个，Ⅱ型沉箱高度6.2m共5个，总共28个，砼总方量为5029方。
各种沉箱尺寸如下表所示：本工程沉箱计划采用气囊水平移运至出运码头,500t起重船起吊后直接放到海上进行浮拖运安装。
气囊水平移运时需先顶升沉箱，再把气囊放在需要移动的沉箱下面，气囊充气后将沉箱顶升，然后用小牵引力拉动沉箱，即可完成沉箱的水平运输。
二、设备选择沉箱出运使用设备一览表三、施工方法1、施工流程2①、准备工作维修保养、供气系统和牵引系统，并经检验合格。
清扫出运通道及检查、清理沉箱底部的尖锐物。
②、将沉箱底部清除，放入高压气囊，在工字钢的间距之间放置一条，相互平行，连接供气管路。
③、顶升沉箱：顶升工艺：采用3根Φ80cm胶囊同步顶升沉箱，顶升高度25~30cm；因顶升高度考虑为25cm，（沉箱单件重考虑为465 t/件）；所以计算简图如下所示：（顶升高度h=25m，气囊高度H =25cm）计算：1)：取H=25cm时：胶囊接触地面宽度：B=(80π－Hπ)/2=π(80－25)/2=86.35cm(按单个气囊接触地面面积为8.85m×0.864m计算)胶囊内的工作气压值为：Q=4650KN/(3×8.85×0.864)m2=203KN/ m2=0.203MPa胶囊内气压Q<0.21MPa2)：取H= 30cm时：胶囊接触地面宽度：B=(80π－Hπ)/2=π(80－30)/2=78.5cm(按单个气囊接触地面面积为8.85m×0.7855m计算) 胶囊内的工作气压值为：Q=4650KN/(3×8.85×0.785)m2=223KN/ m2=0.223MP胶囊内气压<0.23MPa所以，胶囊内的工作气压值为：0.21~0.23 MPa，偏大在高压φ800mm气囊放入沉箱底部工字钢顶升位置后，用风压机打冲满气囊，力表提升到0.23mpa，即可升高到30㎝高标（在砼面位置计起），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。
单条高压气囊单边顶升及气囊滚动平移沉箱工艺探讨
箱 只需 设 置 一 条顶 升槽 即 可 ， 台座 建 设
，
强 度０ ６ ５ Ｍｐ ａ） 。 准 备好 垫木后 ， 用３ ｍ３
气 囊 顶升 出运 沉 箱技 术是将 气 囊 穿 顺 利 完成了沉箱 的出运任 务。 过 沉箱 底部 ， 用气囊顶 升沉 箱离 开地面 ，
沉箱 顶 升完 成 后在 沉 箱四 周支 垫 垫木 ， ２ ． 单边 顶升沉 箱及平移工 艺简述
周放 置 垫 木 支撑 ， 沉 箱 底 部垫 木全 部放 好 并 检 查 合格 后 ， 高 压气 囊 放 气 并从 沉 箱 底部 抽 出。 气 囊 在 此 过 程 两 次充 气 放
了大量预制厂沉 箱 ， 用 时较 少效 率
较 高， 此项 目使 用单条高压气囊单边顶
升 及使 用 普 通气 囊 滚 动 平移 沉 箱 工艺 ，
图１ ： 沉箱 台 座 断面图
７２ ， ” ） … 。 ｉ ｊ ｗ
１ ． 工程概 况 漳 州 港 东 山 港 ２＃泊 位 工 程 共
置） 塞入 垫 木进行 支撑 ， 支 垫到位 后高压 ． 与其它出运沉箱 方法优缺 点比较 气 囊 放气 ， 此 时 远 离气 囊 的沉 箱 另一 侧 ３
． １ 单 条 高压气 囊 单边 顶 升工艺 与其 它顶 需预 制 沉箱 ２ ７ 个 ，沉 箱 长 ｔ 宽 高 翘 起 。 此 时在 翘 起端 沉 箱 底部 均 匀放 置 ３ 为： ８ ． ５ ｍ＇ ７ ． ９ ５ ｍ＊ ｉ ２ ９ ｍ， 单 个 沉 箱 重 量 枕 木 （ 垫 木间 距２ ． Ｏ ｍ） 。 高 压气 囊再 次 充 升工艺优缺 点 比较
浅谈气囊助浮技术在搬运沉箱中的应用
４ ． １ 沉箱 溜放 前 的准备 助浮气囊、充气 等设 备以及民船等 船 只在沉 箱溜 放前 是要 准备好 的 ，并且 还 要保 证其 可 以正常运 行 ；将沉 箱从 平 台上 移 到塔 吊运行 的范 围 内 ，并在 沉箱 的预 埋 铁板 上焊 接上 气囊 拉环 。 将气 囊进行 充 气 ， 当达 到指 定 的压强 之后将 其按 照规 定好 的 位置 吊起 来 ，并用沉 箱外 部 的拉环 把它 固 定住。 ’ 在 全部气 囊安 装完 毕之 后 ，要 对沉 箱 封 仓盖 板 的密封性 和进 水孔 、过 水孔 、 螺 栓孔 的工 作状 态进 行检 查 ，之后要 挂好 软梯。然后把沉箱移到斜架车上，并将其 准 备 溜放 。准备 好空 压机 和对应 的风 管 ， 并 放在 民船 上备 用 ；如果 天气 、风浪 等都 符 合 要 求 ， 可 以 通过 浮漂 把 空 压 机风 管 拴 好 留待备 用 ，在沉 箱起 浮的地 点通 过 民 船 向四个角 的方 向放 置 四 口锚 ，下锚 距离 大 约在 １ ０ ０ 米 ，并 将锚 缆端 头拴 好浮 漂待 用 ，而 且 民船 上 的所有 相关 工作 人员 要穿 好救 生衣 随 时待命 。 ４ ． ２沉箱 注水 压载 、连接 气囊 在 准 备 工 作 做 好 之 后 ，根 据 先 前 技 术人 员计 算 的压水 数据 ，起 重人 员开 始进 行 压 水 。在 沉 箱 注水 时 ， 民船 靠 近 沉 箱 把 风管连 接到 气囊 各充气 口 ，并且 通过 连 接 的气压 表来 检查 处 于底 层 的气囊 内的气 压是 否在 指定 压强 的范 围之 内 ；还 要检 查 各拉 带是 否在 正确 的位 置上 。包括 检查 各 条拉 带 的均匀拉 紧性 ，是 否处 于正 确 的位 置 ，卡环 是不 是拧 紧 了以及气 囊 的漏 气 问 题等 。拴在 沉箱 顶 面的 吊环上拴 着 的是 四 角锚 缆 ，每条缆 绳要 有两 个人 进行看 护 ， 使其 随沉 箱 的移 动 收放缆 绳 。 ４ ． ３ 沉箱 起 浮 必须对所有气囊的充气情况和风管 、 拉带 、 压力 表 的运 行状 况进 行严 格 的检查 ， 并 对沉 箱 的压水 准确 值进行 复核 。在 确保 切运行 正 常后 ，继续 将沉 箱往 下溜 放 ， 直 到沉 箱达 到起 浮状态 。在 沉箱 起浮 后 ， 有 时还 会 由于其 他的 因素产 生偏 移 ，使斜 架车上还有沉箱的 １ 个或 ２个角。这个时 候我们可以通过调整气囊的气压来实现沉 箱 的平衡 。而且在 气囊 气压 进行 调整 时 ， 要注意的一点是 ：给低位的气囊充气之前 要先 对高 位 的气 囊进 行 少量 的放气 。 因为 气囊 所形 成 的浮力力 臂 比较 大 ，所 以调 整 沉箱的偏斜也可以采用给气囊充放气的方 法 以改变 气囊 的浮力 力矩 来进 行 ，这种 方
两种不同沉箱出运工艺的特点分析
187智能施工NO.08 2020智能城市 INTELLIGENT CITY 两种不同沉箱出运工艺的特点分析康 鹏（山东港通工程管理咨询有限公司，山东 烟台 264000）摘 要： 气囊出运和胶囊台车出运为两种比较常见的沉箱出运方式，在工艺流程方面都有各自的特点，文章从沉箱出运的安全性、施工效率、智能性和经济性等几个方面进行两种工艺的对比分析，总结两种不同出运工艺的特点，为今后类似工程沉箱出运方面的工艺选择提供更为科学的理论依据。
关键词： 沉箱出运；气囊；胶囊台车烟台港西港区地理位置优越，水深域阔，最大水深达到-28 m，是中国北方沿海为数不多的适宜建设大型深水码头的港址。
港区经过十几年的发展建有多座大型化码头以满足各种船舶停泊需求。
码头建设所需的沉箱预制场从建港以来，预制了大大小小上百个沉箱，沉箱形式各种各样，沉箱重量也从几百吨到上万吨不等，沉箱出运主要采用了气囊出运和胶囊台车出运两种方式。
气囊出运属于传统工艺，工艺成熟、可控性好，大部分沉箱出运可采用此法，但随着国内大型泊位的建设，沉箱规格大、数量多的码头在施工能力允许时，多采用胶囊台车出运。
如果再考虑其安全性、经济性、施工工效等方面，在选择出运工艺时难以抉择，本文在综合大量沉箱出运工艺特点的基础上，总结出两种不同工艺的特点，为沉箱出运工艺选择提供了一定的理论依据。
1 沉箱出运工艺流程简介1.1 气囊出运沉箱气囊出运沉箱的工作原理与滚轮搬运物体的原理基本相同，是在沉箱下面放置可充气的圆形胶囊作为滚轮，通过空压机充气加压顶升沉箱，再利用卷扬机提供的牵引力，使气囊沿既定路线滚动，从而达到搬运沉箱的目的[1]。
其主要工艺流程为：千斤顶顶升/掏出沉箱底部支垫间填砂→穿插气囊→卷扬机就位→沉箱系牵引和后溜钢丝绳→启动卷扬机使前后钢丝绳处于受力状态→各气囊充气至沉箱达到运行高度→横移沉箱至纵移轴线→横向气囊切换纵向气囊→纵向移运至出运设备上。
气囊出运沉箱如图1、2所示。
沉箱顶升出运台车用胶囊[实用新型专利]
![沉箱顶升出运台车用胶囊[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/f391c1e80740be1e640e9a7e.png)
专利名称：沉箱顶升出运台车用胶囊
专利类型：实用新型专利
发明人：刘德进,张宝昌,曲俐俐,陆连洲,张祚森,刘庆凯,赵建明,付大伟,范新堂,马淑文,史修章,于洪明,王天增,韩
先良,稽焕晓
申请号：CN200920278999.0
申请日：20091113
公开号：CN201554030U
公开日：
20100818
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型涉及一种沉箱顶升出运台车用胶囊，所述的胶囊由上至下依次包括顶片、边框、底片，以及边框上设置的进水嘴，所述边框呈长方体，但是在其四个端角为减小应力的圆弧过渡，并且顶端和低端均设置有向内部延伸的倒角粘和增强部。
胶囊的四个顶角为圆弧状的过渡，可以减小胶囊应力，在充水顶升过程中可以防止将胶囊体的撕裂、漏水情况出现；其次，在边框与顶片和底片的粘接处均设置有倒角粘合增强部，进一步的保证胶片之间的粘结牢固度，保证了充水顶升工序的顺利进行。
申请人：中交一航局第二工程有限公司,青岛橡胶制品有限责任公司
地址：266071 山东省青岛市市南区福州南路16号
国籍：CN
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1101胶囊台车顶升与运移大型沉箱工艺
在充分调研国内外各类沉箱出运工艺的基础上，按照 “沉箱顶升、运移合二为一，取消台座千斤顶沟，能够出
运 6 000 t 以上大型沉箱，基本实现机械化、自动化操作， 且适合在固定的沉箱预制场推广应用”的方案设计原则， 研发了“胶囊台车顶升、运移大型沉箱工艺”，并在 青 岛
收稿日期：２０１０－０７－２６
修回日期：２０１１－０１－０５
图1胶囊台车系统示意图a顶升前b顶升后图2胶囊台车单元结构车架组装断面图图3注水系统核心部分示意图活塞垫块活塞腔车架止动把h20x30车轮轮轴轴承124013851200120活塞垫块活塞腔车架止动把h20x30车轮轮轴轴承230120012401465电控箱右2水泵截止阀阀门高压注水胶囊台车右1水泵左2水泵左1水泵压力传感器sp1现场仪表左1分水器左2分水器压力传感器sp2左联络阀左1放水阀压力传感器sp3现场仪表左1放水阀总联络阀右1分水器右2分水器现场仪表右联络阀压力传感器sp4右1放水阀现场仪表右2放水阀ym准263准263准263602011年第1期13液压顶推系统液压顶推系统用来驱动胶囊台车水平运移沉箱上船取代传统的卷扬机牵引系统主要由夹轨器油缸顶推装置液压泵站和电控仪表3部分构成如图4所示
来实现的，所以胶囊能否耐受高压膨胀而不破坏最为关
心，如图 3 所示，位于移动控制车内，主要由 4 台并联高
键。为确保胶囊的可靠性，首先对多种不同材料组分的橡
气囊搬运沉箱技术重点难点分析-2010.4
科技创新广东省粤电惠来（靖海）电厂一期工程煤码头及港池航道疏浚工程位于广东省惠来县靖海镇，建设规模为7万吨级（结构为15万吨级）泊位一个。
煤码头单位工程采用9个独立墩组成重力墩式结构，靠船平台长208米，码头面宽25米。
靠船墩采用单件沉箱重3010吨（尺寸为L26.5×B13.5×H20.8米）的钢筋混凝土矩形沉箱结构，对于这些大型沉箱的预制、安装工艺采用预制厂预制、陆上气囊托运至临时码头前沿进入半潜驳、由半潜驳运至基床进行安装的成套工艺运用越来越广泛，因此高压气囊搬运技术在大型沉箱施工中的应用成为现阶段成熟施工工艺，从实际施工中总结出气囊的技术参数，重点对气囊的选用和助浮问题进行探讨。
气囊搬运大型沉箱技术参数选择1.气囊直径的选择随着大型沉箱的在国内重力式码头的不断应用,气囊平移沉箱的技术已经趋于成熟。
在选择气囊作为平移沉箱时,不仅要考虑安全可靠，同时也要兼顾其经济性。
根据众多参与沉箱平移的施工单位的实践经验，选择气囊直径D＝1000mm来进行沉箱平移出运，技术成熟,操作安全性高，成本合适，配套设施(空气压缩机、压力表、充气管、连接件等)市场充足。
2.在不同工作状态气囊高度的选择现有预制沉箱的底模处理方式有两种：第一种采用底模铺设型钢或枕木，中间填冲砂，表层铺一层木板的方式，顶升沉箱时，气囊的工作高度建议按40CM考虑，方便撤除底模型钢或枕木有足够空间，平移沉箱时气囊的工作高度按30CM计算气囊的工作压力，搬运时沉箱稳性高，沉箱重心低，安全性高；另外一种底模采用预留管沟槽（一般高度为200MM），顶升沉箱时气囊的工作高度建议按450MM考虑，平移沉箱时气囊的工作高度按30CM计算气囊的工作压力。
3.气囊长度的计算气囊长度的选择是根据气囊的承载面长度和气囊公称直径而定，气囊的承载面长度与沉箱的底板尺寸有关，按气囊在沉箱放置方向计算长度，同时，应考虑气囊囊头伸出沉箱部分不宜过长，一般伸长长度按略大于气囊直径计。
气囊出运沉箱施工要点
气囊出运沉箱施工要点在谈论气囊出运沉箱之前，先介绍一下几种常见的沉箱出运下水方式，以便对气囊出运沉箱在整个沉箱出运下水施工中发挥的作用有所了解。
干船坞方式：在干船坞内预制沉箱，待沉箱预制完成后，向船坞内注水，沉箱漂浮，打开坞门，拖轮拖带沉箱出坞。
这种方式下水，不存在沉箱在场地内的平移问题，施工效率高，安全性好，几乎无安全风险。
缺点是：投资大；干船坞一般是为造船而修建的，平面尺寸较大而水深较浅，不适合预制高沉箱。
船台滑道预制下水方式：在船台上预制沉箱，采用台车沿滑道下水，至水深满足要求时，沉箱漂浮。
投资仅次于干船坞，不能预制大型沉箱。
吊装下水方式：在沉箱顶部预留吊孔或预埋吊环，采用起重船吊沉箱下水。
施工效率高，安全风险大，只适合1000吨以下的小型沉箱。
浮船坞下水方式：沉箱在陆地台座上预制后，采用气囊或台车移运沉箱至浮船坞上，浮坞排水离开出运码头搭岸或坐底梁，至较深水域，浮坞注水下潜，至满足沉箱浮游稳定的水深，沉箱漂浮在拖轮拖带下离开浮坞。
浮船坞可购买或租赁，预制场的投资较低，适应范围广，综合成本低。
是目前国内沉箱下水的主要方式。
缺点是：若采用气囊移运沉箱，风险较大；若采用台车出运，台车的投资较大。
采用吊装方式或浮船坞下水方式，受码头前沿线的限制，都要解决沉箱自台座移至出运码前沿或浮坞甲板上的问题。
气囊出运沉箱虽然存在安全风险，但是对地基承载力要求低，场地适应性好，成本较低，因此应用广泛。
本次结合烟台港西港区防波堤二期工程，对于气囊出运沉箱需注意的几个问题或者说施工要点，结合自己的心得体会，与大家共同探讨。
一、顶升地沟为什么要有顶升地沟？顶升地沟的作用，就是在顶升沟内穿入高压顶升气囊，采用高压顶升气囊将沉箱顶离地面，以便穿入行走气囊。
有没有别的方法实现这个目的？可以用斤顶顶升沉箱，但是千斤顶顶升沉箱只适合顶升3000吨以下的沉箱。
另外可用H型钢围成框架中间填砂的方法，代替顶升沟的作用。
这种方法钢材使用量较多，预制沉数量较多时，建议采用顶升地沟工艺。
气囊出运专项方案
沉箱出运安全施工专项方案1．沉箱出运工艺流程2．工艺参数选择2.1 千斤顶千斤顶选用500t顶，按照沉箱的重量确定布顶个数，布顶要求在平台两边对称布臵。
2.2 气囊2.2.1 牵引力牵引力按照重力×摩擦系数×坡道夹角的余弦其中摩擦系数取0.04，坡道夹角的余弦取12.2.2 气囊选型2.3 垫木垫木抗压强度至少达10MPa。
3．现场安全管理制度3.1 项目部现场安全组织机构及其职责3.1.1 安全管理的组织机构施工现场成立以项目经理领导下的由项目副经理、项目总工程师和安全部、质检部、技术部等负责人组成的施工安全管理领导小组，项目经理任组长，对工程全过程的安全负第一责任。
基层出运班组负责人是施工安全直接责任者，对工序的安全施工负直接领导责任。
班组设一名兼职安全员，在质量安全部的监督指导下负责本部门的日常安全管理工作。
项目部工程技术部门在制定施工方案时，其中必须有明确的安全防范措施。
项目部对班组进行经常性的安全教育和技术培训，提高职工的安全意识和自我保护能力，坚持培训后上岗。
项目部对安全施工必须做到奖惩严明，并贯彻安全与经济挂钩的原则，对安全生产做出成绩和有突出贡献的单位和个人给予奖励，对造成事故的应组织调查处理，对事故责任人应给予经济处罚、行政处分直至追究刑事责任。
对事故单位也要依据事故情节给予经济处罚。
坚持开展一年一度的质量安全月活动，每月一次安全生产检查，建立每周一次安全日活动制度。
做到时间、人员、内容、效果的落实。
为了作好工程建设的安全管理工作，必须高度认识到：“领导是关键，教育是前提，设施是基础，管理是保证”的重要性。
施工安全组织机构安全工作程序框图，见下页图所示。
安全组织机构安全工作程序框图3.1.2 安全管理部门的主要职责施工安全组织领导小组的主要职责：定期或不定期召开安全管理工作会议，研究项目施工现场安全生产情况，发现不安全的问题及时分析研究，找出不安全的因素及时解决处理，并相应制订出预防措施；实行逐级签订施工安全承包合同，使各级明确自己的安全目标；制订好各项安全规划、安全制度、具体安全操作规程、技术规范及技术要求；必须达到施工企业全员参加、全面安全管理的目标；充分体现“安全生产、人人有责”的原则。
气囊工艺应用
气囊工艺的应用摘要：以唐山港曹妃甸港区通用码头北段工程沉箱预制为例，介绍2 000 t以上大型沉箱利用高压气囊的滚动方式在预制场内进行拖运的工艺。
关键字：沉葙气囊出运1.工程概况唐山港曹妃甸港区通用码头北段工程位于河北省唐山市滦南县境内曹妃甸，采用沉箱重力式结构。
本工程沉箱共计36个。
A型沉箱16个，B型16个，C型2个，异型沉箱2个。
A、B、C沉箱外型尺寸为：长18.95m、宽14.13m、高21.3m，内有12个隔舱，分别：前后仓为4×4.5m8个，中仓4×3.93m4个；箱底为65cm厚，前趾均为1.3m。
沉箱前墙顶口4.2m 以下部分厚为40cm，以上为60cm；侧墙、后墙为35cm，横隔墙为30cm、纵隔墙为25cm。
沉箱预制分段浇注，A、B、C型沉箱各分6段，前五段采用C30混凝土，第六段采用C35F350混凝土浇注。
空箱重2675t。
沉箱陆上出运采用气囊工艺。
2.预制厂设置预制厂为秦皇岛港航预制厂，拥有东西两条预制平台，每线各有6个台座，共有12个台座。
平台的承载能力为3000t，平台的顶面标高为+2.60m。
码头前沿水深-3.0m, 码头总宽80m，为重力式方块码头,其中半潜驳坐底基础长56m，宽57.2m；东西两侧距坐底设施4.5m处各布置25t系船柱1个。
台座平面布置图3.气囊拖运原理及主要设备的配备3.1气囊拖运原理气囊“滚筒”拖运沉箱的工作原理与滚筒拖运重物的工作原理基本相同。
在沉箱底部与地面之间垫若干个气囊并充气顶起沉箱，再通过外力牵引沉箱使气囊滚动，从而带动沉箱移动。
与传统滚筒比较，气囊在沉箱重量作用下可以产生较大变形。
增加气囊与地面的接触面积，使单位面积的压力减少，且受力均匀，对场地的适应性强。
3.2气囊的结构及特点3.2.1结构形式气囊为长圆柱形，由橡胶和锦纶帘子布分3层构成。
内外层均为橡胶层，中间是锦纶帘子布层。
3.2.2特点(1)气囊是以独特的整体缠绕工艺成型，其囊壁无接缝。
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用充气胶囊在台车上顶升并运载沉箱出运方案的理论研究（1）沉箱长30米，分2列台车出运，每列台车分四节，中间连接距离为0.5米。
则：台车每节的长度为：7.125m 430.530=⨯- 设打气嘴改为如图所示的顶（底）部，则每列台车可设计为8节。
则：每节台车上气囊的有效长度约为6.0m ，2列8节台车的气囊有效长度为6⨯8=48m ，沉箱重量按6000t 计。
气囊厚度10mm （30mm ），充气嘴法兰厚度20mm ，所以设定气囊在腔内的高度为0.1m 。
（2）若采用额定压力为0.6MPa 的高压气囊则每节台车上气囊的顶升宽度： B=m 08.260486000=⨯ 设气囊放在2.08m 的气囊钢腔内高度为0.1m ，则沉箱顶升高度为0.15m 时，气囊的总顶升高度为0.25m 。
校核气囊的直径：B ’=()m D 08.2225.0=-π则：D=1.58m需采用的气囊直径为1.58m顶升0.25m 时时气囊的自然最大宽度;=2.08+0.25=2.33（0.25m ） 自然状态气囊的宽度为：m D 48.22=π＞2.08m （0.4m ）（3）若采用额定压力为0.8 Mpa 的高压气囊则每节台车上气囊的顶升宽度： B=m 5625.180486000=⨯设定气囊放在1.57m 的气囊钢腔内的高度为0.1m ，则沉箱顶升高度为0.15m 时，气囊的总顶升高度为0.25m 。
校核气囊的直径：B ’=()m 57.1h D 2=-π则：D=1.25m顶升0.25m 时气囊的自然最大宽度=1.57+0.25=1.82m （0.25m) 自然状态气囊的宽度为：m D 9625.12=π＞1.57m （0.4m)（4）若采用额定压力为1.0MPa 的高压气囊则“每节台车上的气囊的顶升宽度： B=m 25.1100486000=⨯ 设定气囊放在1.25m 的气囊钢腔内的高度为0.1m ，则沉箱顶升高度为0.15m 时，气囊的总顶升高度为0.25m 。
校核气囊的直径：B ’=()m D 25.1225.0=-π则;D=1.05m顶升0.25m 时气囊的自然最大宽度=1.25+0.25=1.5m ＞（0.25m ） 自然状态气囊的宽度为：m D 6485.12=π＞1.25m （0.4m ）(5)拟采用额定压力为1.2MPa 的高压气囊则：每节台车上的气囊的顶升宽度： B=m 05.1120486000=⨯ 设气囊放在1.05m 的气囊钢腔内的高度为0.1m ，则沉箱顶升高度为0.15m 时，气囊的总顶升高度为0.25m 。
①气囊不伸长使用时校核气囊的直径：B ’=()m D 05.1225.0=-π则：D=0.92m顶升0.25m 时气囊的自然最大宽度=1.05+0.25=1.3m （0.25m ） 自然状态气囊的宽度为：m D 44.12=π＞1.05m （0.4m ）②气囊膨胀伸长使用时校核气囊的直径和额定压力：（即气囊在钢腔内平放自然状态（不折叠）的宽度为1.05m 时）A ：校核气囊的直径m D 05.12=π 则：D=0.67mB ：校核气囊的额定压力顶升高度0.25m 时：不膨胀时气囊顶面的宽度为：B ’=()225.067.0-π=0.6594m 使用时须膨胀至1.05m 宽。
不膨胀气囊的周长（不变）为：L=πD=3.14×0.67=2.10m 需膨胀后的气囊周长为：L 1=0.25×2+1.05×2=2.60m气囊的伸长率为：L L ∆=238.01.21.26.2=-=23.8% 设定气囊橡胶的弹性模量E=5.4MPa设定气囊的橡胶壁厚b=10mm ，则设定单位宽度a=1000mm 的气囊橡胶壁的面积A=10000mm 2。
根据虎克定律，气囊单位宽度a=1000mm ，伸长率为0.238时所需的轴向拉力N=EA LL ⨯∆=0.238×5.4×10000=12852N设定该轴向拉力N 全部由气囊内的气体压力产生，则气压： P 1=a L N ⨯1=1000260012852⨯=0.005 Mpa=0.05Kg/cm 2 气囊的顶升宽度为1.05m 时，要顶起沉箱需要的额定压力： P=1.2+ P 1=1.2+0.005=1.205 Mpa结论：在①、②两种气囊方案中，第②种方案由于气囊在使用中需不断地伸缩，影响使用寿命，且气囊充气嘴必须固定在气囊正中心，所以建议采用第①种方案（缺点是气囊在钢腔内需两边各折叠0.2m ，气囊的设计顶升高度比第②种方案须高2倍气囊的壁厚约20mm ）。
实际确定气囊的顶升宽度需设定沉箱底板在最不利的情况下，在1.5 Mpa 的线荷载的作用下的最小宽度决定。
然后反算需气囊的额定气压。
（6）气囊充气需每列并联使用，且可单控；放气（水）也必须做到同时。
必须达到计算压强后才能同时起升。
不可在浮船坞上用气囊长久支撑沉箱出运下水。
（必须放气后用支墩支垫沉箱出运下水或气囊放气后用钢腔两侧的箱壁支撑沉箱出运下水）（7）计算侧壁摩擦力对顶升力的减少（温度的变化）（8）需要探讨的问题：①能否做到额定压强为0.8Mpa 以上的高压气囊，额定压强为0.8Mpa 在六面约束的情况下是否可使用到1Mpa ？②能否加工时做到如图所示的气囊充气口在顶（底）部？③在两边折叠0.4m 的情况下，其内部的最大高度0.1m 的空间能否满足？（0.8Mpa 的气囊的壁厚是多少？）④顶升高度0.15m 的情况下，两线支撑沉箱运行中能否失稳而需要设计支垫？是否需加顶升限位装置？⑥气囊的使用寿命是多少？⑦充气胶囊的上（下）垫可用木材或混凝土的，建议用木材的。
（8）沉箱宽22米方向出运（横移），分2列台车出运，每列台车分7节，每节3.0m ，中间连接距离为0.15米。
则：每节台车上气囊的有效长度为：3.0-0.31×2=2.38 m ，2列14节台车的气囊有效长度为L=2.38×14=33.32m ，沉箱重量按6000t 计。
气囊厚度10mm （30mm ），充气嘴法兰厚度20mm ，所以设定气囊在腔内的高度为0.1m 。
设定气囊的顶升宽度为 1.0m ，校核顶升沉箱需的额定压力（计算压强） P1=0.132.336000⨯=180t/m 2=1.8Mpa 若在运行中每列台车各有一个气囊损坏，出运还要进行，校核顶升沉箱需的额定压力（设计压强）L=2.38×12=28.56m P2=0.156.286000⨯=210t/m 2=2.1Mpa （9）沉箱长30米方向出运（纵移），分2列台车出运，每列台车分9节，每节3.0m ，中间连接距离可为0.375米。
则：每节台车上气囊的有效长度为：3.0-0.31×2=2.38 m ，2列18节台车的气囊有效长度为L=2.38×18=42.84m ，沉箱重量按6000t 计。
气囊厚度10mm （30mm ），充气嘴法兰厚度20mm ，所以设定气囊在腔内的高度为0.1m 。
设定气囊的顶升宽度为 1.0m ，校核顶升沉箱需的额定压力（计算压强） P1=0.184.426000⨯=140t/m 2=1.4Mpa 若在运行中每列台车各有一个气囊损坏，出运还要进行，校核顶升沉箱需的额定压力（设计压强）L=2.38×16=38.08m P2=0.108.386000⨯=158t/m 2=1.58Mpa （10）校核伸长与不伸长使用时气囊的直径①气囊不伸长使用时校核气囊的直径：B ’=()m D 0.1225.0=-π则：D=0.89m 自然状态气囊的宽度为：m D 40.12=π＞1.0m （0.4m ）②气囊膨胀伸长使用时校核气囊的直径和额定压力：（即气囊在钢腔内平放自然状态（不折叠）的宽度为1.0m 时）A ：校核气囊的直径m D 0.12=π 则：D=0.637mB ：校核气囊的额定压力顶升高度0.25m 时：不膨胀时气囊顶面的宽度为：B ’=()225.0637.0-π=0.608m 使用时须膨胀至1.0m 宽。
不膨胀气囊的周长（不变）为：L=πD=3.14×0.637=2.0m 需膨胀后的气囊周长为：L 1=0.25×2+1.0×2=2.50m气囊的伸长率为：L L ∆=25.00.20.25.2=-=25% 设定气囊橡胶的弹性模量E=5.4MPa设定气囊的橡胶壁厚b=10mm ，则设定单位宽度a=1000mm 的气囊橡胶壁的面积A=10000mm 2。
根据虎克定律，气囊单位宽度a=1000mm ，伸长率为0.25时所需的轴向拉力N=EA LL ⨯∆=0.25×5.4×10000=13500N 设定该轴向拉力N 全部由气囊内的气体压力产生，则气压： P 1=a L N ⨯1=1000250013500⨯=0.0054 Mpa=0.054Kg/cm 2 气囊的顶升宽度为1.00m 时，要顶起沉箱需要的额定压力： P=1.4（1.8）+ P 1=1.4（1.8）+0.0054=1.4054（1.8054） Mpa结论：在①、②两种气囊方案中，第②种方案由于气囊在使用中需不断地伸缩，影响使用寿命，且气囊充气嘴必须固定在气囊正中心，所以建议采用第①种方案（缺点是气囊在钢腔内需两边各折叠0.2m ，气囊的设计顶升高度比第②种方案须高2倍气囊的壁厚约20mm ）。
实际确定气囊的顶升宽度需设定沉箱底板在最不利的情况下，在1.5 Mpa 的线荷载的作用下的最小宽度决定。
然后反算需气囊的额定气压。
（11）校核沉箱底版的受冲切承载力：①显浪沉箱的情况：沉箱重2800t ，需台车长15m ，宽0.6m ；相当于93t/m 的线荷载（1.55Mpa 的面荷载）。
底版钢筋φ25×φ25 ，@250；底版厚0.7m 。
②此次校核沉箱底板的厚度为0.55m 即h 0=0.5m ，底板钢筋φ25×φ25 ，@250。
调查气囊生产厂家的生产工艺情况，和我们的现有额定供气压力13.8Mpa 的空压机情况，决定气囊的顶升宽度为b=1.15m ，长度a=2.38m （计算冲切时不计顶部钢板的扩散宽度）根据《高桩码头设计与施工规范》（JTJ291-98）A ：横移时：a ：若荷载不均衡系数K=1.2，共14节台车承担6000t 沉箱，则每节台车承担的荷重F1u=1460002.1⨯=514.29t=5142900N F1u=d γ1εf t u m h 0 1.11×0.7×1.5×〔（b+500）×2+（2380+500）×2〕×500=5142900 0.9545×（2b+6760）=10285.8b=2008mm=2.008m 即此时混凝土底版的抗冲切宽度应为2.008m b ：若荷载不均衡系数1.15，共12节台车承担6000t 沉箱，则每节台车承担的荷重F1u=12600015.1⨯=575t=5750000N F1u=d γ1εf t u m h 01.11×0.7×1.5×〔（b+500）×2+（2380+500）×2〕×500=5750000 0.9545×（2b+6760）=11500b=2644mm=2.644m 即此时混凝土底版的抗冲切宽度应为2.644m B ：纵移时：a ：若荷载不均衡系数K=1.2，共18节台车承担6000t 沉箱，则每节台车承担的荷重F1u=1860002.1⨯=400t=4000000N F1u=d γ1εf t u m h 0 1.11×0.7×1.5×〔（b+500）×2+（2380+500）×2〕×500=4000000 0.9545×（2b+6760）=8000b=810mm=0.81m 即此时混凝土底版的抗冲切宽度应为0.81m b ：若荷载不均衡系数K=1.15，共16节台车承担6000t 沉箱，则每节台车承担的荷重F1u=16600015.1⨯=431.25t=4312500N F1u=d γ1εf t u m h 0 1.11×0.7×1.5×〔（b+500）×2+（2380+500）×2〕×500=4312500 0.9545×（2b+6760）=8625b=1138mm=1.138m 即此时混凝土底版的抗冲切宽度应为 1.138m ＜1.15m 满足要求c ：在沉箱运移上半潜驳途中且沉箱尾部还在纵移台座上气囊全部破裂的偶然情况，需用钢箱的侧壁支撑沉箱才能保证不出现沉箱尾部落在台座上而无法移动的事故，所以须在纵移时钢箱的侧壁上端从两端放置方木保护支垫。