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摘要：在日照港岚山港区30万吨级矿石码头工程施工中，我公司使用了经技术改装后的奔腾诚基工7号半潜驳出运高28米、重3800吨沉箱，积累了出运超高沉箱成功经验，在此做出总结，以供交流。
关键词：半潜驳；技术改装；浮箱结构；超高沉箱；沉箱出运；浮游稳定；最大下潜深度
中图分类号： TU74文献标识码：A 文章编号：
2009年以前，国内码头建设及水工建筑物所使用的沉箱，其高度还没有超过28米。日照港岚山港区30万吨级矿石码头工程开工后，沉箱在尺度有了较大的突破，沉箱高度达到了28米，在整体预制出坞的情况下，目前水工市场上，能够满足沉箱浮稳出坞下潜深度要求的施工船舶只有奔腾诚基工7号半潜驳，但经对该船干舷高度、总纵强度、局部强度、拖航稳性和下潜稳性等性能参数进行了计算校核后，发现除下潜稳性不足外，其他性能全部满足要求。为此，我项目部对沉箱出运船“奔腾诚基工7号”进行了改装，使其能满足28米高沉箱的出运要求。
1超高沉箱主要参数
长度:20.71米, 宽度:14.2米, 高度: 28米, 重量:3800吨,重心高度: 12.6米, 浮游稳定吃水: 18.6米。
2沉箱出运条件
2.1沉箱预制场
结合工程所在港口总体规划，从出运船舶的能力、出运船舶与预制场的配套、沉箱出运作业以及沉箱拖带等综合因素考虑，沉箱预制设置在厂区内，距日照港岚山港区30万吨级矿石码头现场2海里。
2.2沉箱出运半潜驳
2.2.1半潜驳的主要技术参数
船长：54米，船宽：33米，型深：4.5米，最大潜深：23.5米，举力：4500吨，空船重量2700吨。
2.2.2半潜驳出运沉箱作业条件
出运沉箱应在6级风以下、波高0.8m以下、流速1.0m/s以下、涌浪小且能见度良好的气象大气进行。
3半潜驳出运沉箱工艺简介
采用半潜驳出运沉箱，主要分为五个大的作业过程
1）陆上平移沉箱上半潜驳；
2）半潜驳载运沉箱至下潜坑抛锚就位；
3）半潜驳下潜；
4）沉箱浮起并拖离出运船；
5）半潜驳排水起浮、起锚和拖回出运台座，循环沉箱出运。
4沉箱出运方案的选择
“奔腾诚基工7号”原设计出运能力为4000t，沉箱重量小于4000t；但沉箱重心高度12.6米，超出了原设计值10.26米。
解决沉箱出运的方法：1）“奔腾诚基工7号”半潜驳不改装出运方案，即控制沉箱预制高度，沉箱下水后进行二次接高；2）改装出运方案，提高其出运能力，使沉箱直接一次性预制并出运。
沉箱二次接高需要支模板、拆模板、模板倒运、材料运输、沉箱二次起浮和沉箱二次拖带等施工工序较多，需要建设专用接高泊位。沉箱接高作业时，工艺复杂，又需要起重船、运输驳、拖轮、拌和船等多船种配合作业，效率低，安全隐患多，风险大，施工周期长，成本较高，极不经济。
因此，对“奔腾诚基工7号”半潜驳拟出运超高沉箱所存在的技术问题进行计算分析，根据问题对症下药，寻求解决方法并制定最佳船舶改造方案，成为实现出运超大型沉箱技术突破的关键。
5拟出运超高沉箱技术分析
沉箱出运船的出运能力受沉箱重量、重心高度和浮游稳定吃水等参数的制约。由于28米沉箱为细高型、重心高、浮游稳定吃水大，出运难度大，对“奔腾成绩工7号”半潜驳的稳性要求高；因此，应结合两种超高沉箱的出运方案进行技术分析。
5.1存在的技术问题
就“奔腾诚基工7号”半潜驳拟出运的沉箱，项目部委托武汉理工大学船舶设计研究所对干舷高度、总纵强度、局部强度、拖航稳性和下潜稳性等性能参数进行了计算校核。
根据计算结果，下列技术参数满足出运要求:
5.1.1奔腾诚基工7号”半潜驳载运3800t沉箱时，如参照执行《浮船坞入级规范》[2]，干舷为500mm，大于300mm,满足要求；
5.1.2在核算船体稳性时，核算了满载拖航出港；满载拖航到港；最大下沉吃水；压载拖航出港；压载拖航到港；满载下潜4.0m～17.2m吃水6种状态下船体稳性；其中前5种状态均满足《船舶与海上设施法定检验规则一国内航行海船法定检验技术规则》02004)]要求；
5.1.3载运3800t沉箱时，总纵强度满足《钢质海船入级规范》02009要求；
5.1.4只要在+1.5m以上潮位出运沉箱，座底台座基梁的实际承载力小于设计值。
而根据计算结果，出运28米沉箱时，满载下潜4.0m～21.2m稳性都不满足。
5.2存在技术问题的解决方法
从稳性的计算结果看，下潜稳性不足存在于半潜驳装载28米高沉箱整个下潜过程，初稳性高度为负值，不满足规范要求。这是因为主甲板入水后，船舶水线减小而惯性距突变，急剧减小，船舶重心较大，虽然沉箱入水后，沉箱的水线惯性距对半潜驳的稳性起好的作用，但稳性仍然不能满足。
因此，解决“奔腾诚基工7号”半潜驳下潜稳性不足就要从增加主甲板以上水线从而增加惯性矩入手，即通过增加浮力箱来实现。
6“奔腾诚基工7号”半潜驳实施改造
经过以上技术问题分析，找到了解决问题的方法，项目部委托武汉理工大学船舶设计研究所进行了改造设计。在半潜驳四个塔楼外侧各加设一浮箱，尺寸为13.4m×7.2m×2.5.6m（长×宽×高）；新增设的四个浮箱设进水口(与邻近压载舱相通)、透气管和人孔盖等。
图1浮箱平面位置图
6.1浮箱结构设计
6.1.1设计计算标准
本船为钢质半潜驳船坞墙上挂置的浮箱，浮箱结构按CCS《国内海船入级规范》(2006)和对沿海航区施工作业，近海航区调谴的半潜驳有关要求进行设计计算。
6.1.2浮箱主尺度
长度Loa=7.20m
宽度B =2.50m
深度D1 = 12.50m（外舷）D Z=13.4m（外舷）
6.1.3结构型式与骨材间距
浮箱结构型式为横骨架式，骨材间距为600mm。
强骨材间距底部和顶部为1.5m，舷侧及两端为2.35m，4.5m。
6.1.4构件规范计算
浮体构件尺寸按（国内海船入级规范）（2006）半潜船沿海航区的要求确定。构件的有效带板及剖面几何要素，如表1所列。
表1构件的有效带板及剖面几何要素
图2浮箱结构图 图3浮箱连接支撑结构图
6.1.5各构件强度（按“2006规范”）校核计算
浮体板壁厚度
所有承受载荷（实际浮体不承受载荷，因下沉过程中浮箱内充满水）浮体板壁的板厚t应不小于按下式计算，且应不小于7.5mm：
式中：s―扶强材间距，s=0.60m；
h―水压头，h=2.5m；
实取： t＝8 mm。
6.1.6浮体扶强材（底部、顶部、舷侧、端部）
浮体扶强材（普通骨材）最小剖面模数W应不小于按下式计算：
=6.28×0.60×2.5×2.352 ＝52.02cm3
式中：s―扶强材间距，s＝0.60 m；
l―扶强材跨距，l＝2.35m；
h―水压头，h＝2.5m；
实取： L100×63×8 W=73.40cm3
6.1.7强骨材（桁材）按底部计算
浮体强骨材支持扶强材的桁材的最小剖面模数W应不小于按下式计算：
＝6.28×3.6×2.5×2.5×2.5＝353.25cm3
式中： b―强肋骨、强横梁或桁材支持宽度，b＝3.6m；
l―强骨材或桁材跨距，l＝2.5m；
h―水压头，h＝2.5m；
实取： ⊥400×8/150×10W=952.80cm3
6.2浮箱制作安装
浮箱在加工厂定制，分体运输至现场拼装，半潜驳改造在沉箱出运码头进行，半潜驳坐在座底梁上，使用80t汽车吊整体吊装，人工焊接固定。历时20天完成全部改造工作。
7超高沉箱出运
半潜驳经改造后，沉箱采用了常规的出运船出运工艺，只是在下潜注水过程中，按照浮箱结构设计要求，控制四个浮箱内外水头差不超过2米，严格按操作说明书要求的注水顺序采用自然注水的方式进行注水，并特别注意船舶横倾的调整，横倾控制在3。。最终圆满完成33座沉箱出运任务。
8结束语
通过对“奔腾诚基工7号”半潜驳拟出运28米高沉箱存在的技术问题进行分析研究，寻求解决方法并制定改造方案，通过实施简易改造，完成超高沉箱的出运，与沉箱下水二次接高相比，具有投资少，效率高，简单易行，实现了沉箱出运技术的创新和突破。
[参考文献]
[1]国营海东造船厂半潜驳船体说明书。2007年
[2]中国船级社浮船坞入级规范<2009) [S]北京人民交通出版社，2009
[3]中国海事局船舶与海上设施法定检验规则一国内航行海船法定检验技术规则(2004) [S]北京人民交通出版社，2004
[4]中国船级社钢质海船入级规范<2009) [S]北京人民交通出版社，2009
[5]武汉理工大学船舶设计研究所半潜驳拖航及下潜状态稳性计算书，2010年
[6]日照港岚山港区30万吨矿石码头工程沉箱浮游穩定计算书，2010年
关键词：半潜驳；技术改装；浮箱结构；超高沉箱；沉箱出运；浮游稳定；最大下潜深度
中图分类号： TU74文献标识码：A 文章编号：
2009年以前，国内码头建设及水工建筑物所使用的沉箱，其高度还没有超过28米。日照港岚山港区30万吨级矿石码头工程开工后，沉箱在尺度有了较大的突破，沉箱高度达到了28米，在整体预制出坞的情况下，目前水工市场上，能够满足沉箱浮稳出坞下潜深度要求的施工船舶只有奔腾诚基工7号半潜驳，但经对该船干舷高度、总纵强度、局部强度、拖航稳性和下潜稳性等性能参数进行了计算校核后，发现除下潜稳性不足外，其他性能全部满足要求。为此，我项目部对沉箱出运船“奔腾诚基工7号”进行了改装，使其能满足28米高沉箱的出运要求。
1超高沉箱主要参数
长度:20.71米, 宽度:14.2米, 高度: 28米, 重量:3800吨,重心高度: 12.6米, 浮游稳定吃水: 18.6米。
2沉箱出运条件
2.1沉箱预制场
结合工程所在港口总体规划，从出运船舶的能力、出运船舶与预制场的配套、沉箱出运作业以及沉箱拖带等综合因素考虑，沉箱预制设置在厂区内，距日照港岚山港区30万吨级矿石码头现场2海里。
2.2沉箱出运半潜驳
2.2.1半潜驳的主要技术参数
船长：54米，船宽：33米，型深：4.5米，最大潜深：23.5米，举力：4500吨，空船重量2700吨。
2.2.2半潜驳出运沉箱作业条件
出运沉箱应在6级风以下、波高0.8m以下、流速1.0m/s以下、涌浪小且能见度良好的气象大气进行。
3半潜驳出运沉箱工艺简介
采用半潜驳出运沉箱，主要分为五个大的作业过程
1）陆上平移沉箱上半潜驳；
2）半潜驳载运沉箱至下潜坑抛锚就位；
3）半潜驳下潜；
4）沉箱浮起并拖离出运船；
5）半潜驳排水起浮、起锚和拖回出运台座，循环沉箱出运。
4沉箱出运方案的选择
“奔腾诚基工7号”原设计出运能力为4000t，沉箱重量小于4000t；但沉箱重心高度12.6米，超出了原设计值10.26米。
解决沉箱出运的方法：1）“奔腾诚基工7号”半潜驳不改装出运方案，即控制沉箱预制高度，沉箱下水后进行二次接高；2）改装出运方案，提高其出运能力，使沉箱直接一次性预制并出运。
沉箱二次接高需要支模板、拆模板、模板倒运、材料运输、沉箱二次起浮和沉箱二次拖带等施工工序较多，需要建设专用接高泊位。沉箱接高作业时，工艺复杂，又需要起重船、运输驳、拖轮、拌和船等多船种配合作业，效率低，安全隐患多，风险大，施工周期长，成本较高，极不经济。
因此，对“奔腾诚基工7号”半潜驳拟出运超高沉箱所存在的技术问题进行计算分析，根据问题对症下药，寻求解决方法并制定最佳船舶改造方案，成为实现出运超大型沉箱技术突破的关键。
5拟出运超高沉箱技术分析
沉箱出运船的出运能力受沉箱重量、重心高度和浮游稳定吃水等参数的制约。由于28米沉箱为细高型、重心高、浮游稳定吃水大，出运难度大，对“奔腾成绩工7号”半潜驳的稳性要求高；因此，应结合两种超高沉箱的出运方案进行技术分析。
5.1存在的技术问题
就“奔腾诚基工7号”半潜驳拟出运的沉箱，项目部委托武汉理工大学船舶设计研究所对干舷高度、总纵强度、局部强度、拖航稳性和下潜稳性等性能参数进行了计算校核。
根据计算结果，下列技术参数满足出运要求:
5.1.1奔腾诚基工7号”半潜驳载运3800t沉箱时，如参照执行《浮船坞入级规范》[2]，干舷为500mm，大于300mm,满足要求；
5.1.2在核算船体稳性时，核算了满载拖航出港；满载拖航到港；最大下沉吃水；压载拖航出港；压载拖航到港；满载下潜4.0m～17.2m吃水6种状态下船体稳性；其中前5种状态均满足《船舶与海上设施法定检验规则一国内航行海船法定检验技术规则》02004)]要求；
5.1.3载运3800t沉箱时，总纵强度满足《钢质海船入级规范》02009要求；
5.1.4只要在+1.5m以上潮位出运沉箱，座底台座基梁的实际承载力小于设计值。
而根据计算结果，出运28米沉箱时，满载下潜4.0m～21.2m稳性都不满足。
5.2存在技术问题的解决方法
从稳性的计算结果看，下潜稳性不足存在于半潜驳装载28米高沉箱整个下潜过程，初稳性高度为负值，不满足规范要求。这是因为主甲板入水后，船舶水线减小而惯性距突变，急剧减小，船舶重心较大，虽然沉箱入水后，沉箱的水线惯性距对半潜驳的稳性起好的作用，但稳性仍然不能满足。
因此，解决“奔腾诚基工7号”半潜驳下潜稳性不足就要从增加主甲板以上水线从而增加惯性矩入手，即通过增加浮力箱来实现。
6“奔腾诚基工7号”半潜驳实施改造
经过以上技术问题分析，找到了解决问题的方法，项目部委托武汉理工大学船舶设计研究所进行了改造设计。在半潜驳四个塔楼外侧各加设一浮箱，尺寸为13.4m×7.2m×2.5.6m（长×宽×高）；新增设的四个浮箱设进水口(与邻近压载舱相通)、透气管和人孔盖等。
图1浮箱平面位置图
6.1浮箱结构设计
6.1.1设计计算标准
本船为钢质半潜驳船坞墙上挂置的浮箱，浮箱结构按CCS《国内海船入级规范》(2006)和对沿海航区施工作业，近海航区调谴的半潜驳有关要求进行设计计算。
6.1.2浮箱主尺度
长度Loa=7.20m
宽度B =2.50m
深度D1 = 12.50m（外舷）D Z=13.4m（外舷）
6.1.3结构型式与骨材间距
浮箱结构型式为横骨架式，骨材间距为600mm。
强骨材间距底部和顶部为1.5m，舷侧及两端为2.35m，4.5m。
6.1.4构件规范计算
浮体构件尺寸按（国内海船入级规范）（2006）半潜船沿海航区的要求确定。构件的有效带板及剖面几何要素，如表1所列。
表1构件的有效带板及剖面几何要素
图2浮箱结构图 图3浮箱连接支撑结构图
6.1.5各构件强度（按“2006规范”）校核计算
浮体板壁厚度
所有承受载荷（实际浮体不承受载荷，因下沉过程中浮箱内充满水）浮体板壁的板厚t应不小于按下式计算，且应不小于7.5mm：
式中：s―扶强材间距，s=0.60m；
h―水压头，h=2.5m；
实取： t＝8 mm。
6.1.6浮体扶强材（底部、顶部、舷侧、端部）
浮体扶强材（普通骨材）最小剖面模数W应不小于按下式计算：
=6.28×0.60×2.5×2.352 ＝52.02cm3
式中：s―扶强材间距，s＝0.60 m；
l―扶强材跨距，l＝2.35m；
h―水压头，h＝2.5m；
实取： L100×63×8 W=73.40cm3
6.1.7强骨材（桁材）按底部计算
浮体强骨材支持扶强材的桁材的最小剖面模数W应不小于按下式计算：
＝6.28×3.6×2.5×2.5×2.5＝353.25cm3
式中： b―强肋骨、强横梁或桁材支持宽度，b＝3.6m；
l―强骨材或桁材跨距，l＝2.5m；
h―水压头，h＝2.5m；
实取： ⊥400×8/150×10W=952.80cm3
6.2浮箱制作安装
浮箱在加工厂定制，分体运输至现场拼装，半潜驳改造在沉箱出运码头进行，半潜驳坐在座底梁上，使用80t汽车吊整体吊装，人工焊接固定。历时20天完成全部改造工作。
7超高沉箱出运
半潜驳经改造后，沉箱采用了常规的出运船出运工艺，只是在下潜注水过程中，按照浮箱结构设计要求，控制四个浮箱内外水头差不超过2米，严格按操作说明书要求的注水顺序采用自然注水的方式进行注水，并特别注意船舶横倾的调整，横倾控制在3。。最终圆满完成33座沉箱出运任务。
8结束语
通过对“奔腾诚基工7号”半潜驳拟出运28米高沉箱存在的技术问题进行分析研究，寻求解决方法并制定改造方案，通过实施简易改造，完成超高沉箱的出运，与沉箱下水二次接高相比，具有投资少，效率高，简单易行，实现了沉箱出运技术的创新和突破。
[参考文献]
[1]国营海东造船厂半潜驳船体说明书。2007年
[2]中国船级社浮船坞入级规范<2009) [S]北京人民交通出版社，2009
[3]中国海事局船舶与海上设施法定检验规则一国内航行海船法定检验技术规则(2004) [S]北京人民交通出版社，2004
[4]中国船级社钢质海船入级规范<2009) [S]北京人民交通出版社，2009
[5]武汉理工大学船舶设计研究所半潜驳拖航及下潜状态稳性计算书，2010年
[6]日照港岚山港区30万吨矿石码头工程沉箱浮游穩定计算书，2010年