一种格型钢板桩大圆筒副格整打专用起重、振沉船.pdf

本发明公开了一种格型钢板桩大圆筒副格整打专用起重、振沉船，其包括整打专用起重船母船，该整打专用起重船母船上设置有专用起重装置以及专用振沉设备；专用起重装置固定在起重船母船上，采用T形双臂架构，由左右对称的两套起重装置组成；专用振沉设备与专用起重装置配合，用于格型钢板桩副格整体吊装与整体振沉。采用本发明提供的专用起重、振沉船，可以一次性完成钢板桩起吊、下桩与振沉的钢板桩振沉全过程的所有工序，不需要在钢板桩起吊、下桩后进行解扣、更换打桩锤，再进行咬口振沉，因而大大提高了工效。

1.  一种格型钢板桩大圆筒副格整打专用起重、振沉船，所述起重、振沉 船包括整打专用起重船母船，其特征在于，所述整打专用起重船母船上设置有 专用起重装置以及专用振沉设备；
所述专用起重装置固定在起重船母船上，采用T形双臂架构，由左右对称 的两套起重装置组成；
所述专用振沉设备与专用起重装置配合，用于格型钢板桩副格整体吊装与 整体振沉。

2.  根据权利要求1所述的一种格型钢板桩大圆筒副格整打专用起重、振 沉船，其特征在于，所述专用起重船母船为6000t级甲板驳船。

3.  根据权利要求1所述的一种格型钢板桩大圆筒副格整打专用起重、振 沉船，其特征在于，所述专用起重装置中的每套起重装置由象鼻梁及其联接横 梁、立柱、拉杆、撑杆、主起升绞车、副起升绞车、索具绞车、浪风绞车、主 起升吊钩与主钩钢缆、副起升吊钩与副钩钢缆组成。

4.  根据权利要求3所述的一种格型钢板桩大圆筒副格整打专用起重、振 沉船，其特征在于，所述专用起重装置中两套象鼻梁之间设有连接横梁，象鼻 梁采用变截面箱形梁结构，其上布置主起升定滑轮组2套、副起升定滑轮组2 套、索具钩4套；两套立柱之间设有连接横梁，立柱采用变截面箱形梁结构， 顶部设置绞座与象鼻梁铰接；两套拉杆，每套拉杆由2根圆管组成，拉杆上部 与象鼻梁铰接，下部与船体绞座铰接；两套撑杆，上部与立柱焊接，下部焊接 在船体甲板上，撑杆与立柱之间设连接结构。

5.  根据权利要求1所述的一种格型钢板桩大圆筒副格整打专用起重、振 沉船，其特征在于，所述专用振沉设备由钢板桩吊装体系与动力体系配合组成。

6.  根据权利要求5所述的一种格型钢板桩大圆筒副格整打专用起重、振 沉船，其特征在于，所述钢板桩吊装体系主要包括若干振动锤、弧形吊梁，所 述弧形吊梁与振动锤组成一个固定的吊装体系，由象鼻梁最前端的主钩起吊， 一起升降；弧形吊梁与起重船吊钩之间直接采用吊耳板连接，所述若干个振动 锤由钢丝绳悬吊在弧形吊梁下部吊钩上。

7.  根据权利要求5所述的一种格型钢板桩大圆筒副格整打专用起重、振 沉船，其特征在于，所述动力体系主要包括液压油管、动力站、油管吊梁，所 述动力站搁置在母船甲板面上，通过液压油管为振动锤提供动力，所述液压油 管联接振动锤与动力站，所述油管吊梁由起重船副钩起吊，随振动锤升降而升 降。

一种格型钢板桩大圆筒副格整打专用起重、振沉船
技术领域
本发明涉及一种格型钢板桩大圆筒副格的施工工艺，具体涉及一种用于格 型钢板桩大圆筒主格安装施工的起重船。
背景技术
人工岛一般为在近岸浅海水域中人工建造的陆地，作为进行海上作业或其 他用途的场所，大多有栈桥或海底隧道与岸相连。现代工业发达的沿海国家， 滨海一带人口密集、城市拥挤，使得进一步发展和建设新企业及公用设施受到 很大限制，原有城市本身的居住、交通、噪声、水与空气污染等问题也很难解 决。因此，兴建人工岛，改变或改善了上述难题。人工岛是利用海洋空间的方 式之一，也是一种新兴的海洋工程。
例如中国港珠澳大桥香港人工岛(HKBCF)是港珠澳大桥香港连接线的 一个重要组成部分，经过赤腊角机场连接屯门及大屿山，占地面积约150万平 米。该人工岛填海工程作为港珠澳大桥配套工程，工程的进度、质量和安全关 系到整个大桥的建设与发展，顺利的实施本项目，对整个港珠澳大桥的建设有 着坚实的铺垫作用。该人工岛通过在格型钢板桩大圆筒加防波堤形成的围堰内 回填填料而成。
参见图1和图2，该人工岛100为在格型钢板桩大圆筒101加防波堤102 形成的围堰内回填填料而成，占地面积约150万平米。其格型钢板桩岛壁结构 轴线长度约5.1km，共有格型钢板桩大圆筒(101a)134只，直径分别为26.9m 和31.194m。主格101a(即格型钢板桩大圆筒)与主格相连的副格101b共133 组，分别为：①直径26.9m主格之间的副格直径为10.976m，共55组(110片)， 单片副格由33块钢板桩组成；②直径31.194m主格之间的副格直径为15.96m， 共77组(154片)，单片副格由46块钢板桩组成；③直径26.9m主格与直径 31.194m主格之间的副格直径为16.296m，共1组(2片)，单片副格由47块 钢板桩组成。
同时，本工程采用YSP-FXL型直腹式钢板桩，材质为S355，长度23.6～ 37.1m，其公称宽度为500mm，腹板厚度为12.7mm，转角为10°，理论重量为 77.2kg/m。在进行格型钢板桩大圆筒施工前，应首先完成碎石垫层、土工布和 碎石桩的施工，待碎石桩施工一段作业面后方可进行格型钢板桩大圆筒的施 工，格型钢板桩大圆筒安装完成后，24小时内进行筒内填料回填工作。两只相 邻格型钢板桩大圆筒主格安装完成并回填完成后，方可进行副格施工。
上述工程在施工过程中主要有五大难点：1)施工区域限高。2)水深浅。 3)地质条件差，使得桩长较长。4)完全离岸作业，海上环保要求高。5)工 期紧。基于这种“上下左右都受限制”的现场条件及工期要求，格型钢板桩大 圆筒副格施工同时选择了一种整的工艺方法。该工艺通过专用运输船将在内陆 预先拼装的副格板桩运至施工现场，由振沉用起重船将副格从运输船上起吊， 然后再进行整体振沉。
对于格型钢板桩大圆筒副格的整打工艺，在限高条件下，且格型钢板桩一 般桩长达到37.1m，为目前国际之最，同时由此构成的格型钢板桩大圆筒副格 其整体重量非常之重，达到目前国际之最，故在航空限高、水深浅的条件下， 目前尚无合适的起重船一次完成一个格型钢板桩大圆筒副格整体吊起和振沉。
发明内容
针对受航空限高限制，现有海上起重装备均不能完成一个格型钢板桩大圆 筒副格整体吊起和振沉的问题，本发明的目的在于提供一种格型钢板桩大圆筒 副格整打专用起重、振沉船，以解决现有技术存在的问题。
为了能够达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种格型钢板桩大圆筒副格整打专用起重、振沉船，所述起重、振沉船包 括整打专用起重船母船，所述整打专用起重船母船上设置有专用起重装置以及 专用振沉设备；
所述专用起重装置固定在起重船母船上，采用T形双臂架构，由左右对称 的两套起重装置组成；
所述专用振沉设备与专用起重装置配合，用于格型钢板桩副格整体吊装与 整体振沉。
在该专用起重、振沉船的一优选方案中，所述专用起重船母船为6000t级 甲板驳船。
在该专用起重、振沉船的另一优选方案中，所述专用起重装置中的每套起 重装置由象鼻梁及其联接横梁、立柱、拉杆、撑杆、主起升绞车、副起升绞车、 索具绞车、浪风绞车、主起升吊钩与主钩钢缆、副起升吊钩与副钩钢缆组成。
进一步的，所述专用起重装置中两套象鼻梁之间设有连接横梁，象鼻梁采 用变截面箱形梁结构，其上布置主起升定滑轮组2套、副起升定滑轮组2套、 索具钩4套；
两套立柱之间设有连接横梁，立柱采用变截面箱形梁结构，顶部设置绞座 与象鼻梁铰接。
两套拉杆，每套拉杆由2根圆管组成，拉杆上部与象鼻梁铰接，下部与船 体绞座铰接；
两套撑杆，上部与立柱焊接，下部焊接在船体甲板上，撑杆与立柱之间设 连接结构。
在该专用起重、振沉船的又一优选方案中，所述专用振沉设备由钢板桩吊 装体系与动力体系配合组成。
进一步的，所述钢板桩吊装体系主要包括若干振动锤、弧形吊梁，所述弧 形吊梁与振动锤组成一个固定的吊装体系，由象鼻梁最前端的主钩起吊，一起 升降；弧形吊梁与起重船吊钩之间直接采用吊耳板连接，所述若干个振动锤由 钢丝绳悬吊在弧形吊梁下部吊钩上。
进一步的，所述动力体系主要包括液压油管、动力站、油管吊梁，所述动 力站搁置在母船甲板面上，通过液压油管为振动锤提供动力，所述液压油管联 接振动锤与动力站，所述油管吊梁由起重船副钩起吊，随振动锤升降而升降。
本发明提供的副格整打专用起重、振沉船具有如下的优点。
1)本发明的起重船采用平板驳船作为母船进行改造，使得船舶吃水小于 同类吊重起重船，因而水上作业适用范围大大增加。
2)本发明的专用船起重吊臂采用象鼻梁结构，即水平伸臂结构，可以大 大降低起重吊臂高度，满足现场限高要求。同时可以最大限度地降低吊索具高 度，使得吊重物长度尽可能长，本工程下节桩长度可以达到25.1m。
3)本发明的专用船起重吊臂采用水平伸臂结构，可以大大提高起重幅度， 比常规起重船在同样吊重情况下吊得更远。
4)本发明的起重船采用左右对称的两套起重装置，起重作业时的稳定性 大大优于单臂架的起重船。
5)采用专用起重、振沉船，可以一次性完成钢板桩起吊、下桩与振沉的 钢板桩振沉全过程的所有工序，不需要在钢板桩起吊、下桩后进行解扣、更换 打桩锤，再进行咬口振沉，因而大大提高了工效。
6)本发明的专用起重、振沉船具有吃水浅、吊重大、高度低、舷外吊距 大的特点，是一种海上人工岛施工的有效工具，适用范围远大于其它同等吨位 起重船所适用的水域。对于中国港珠澳大桥香港人工岛(HKBCF)工程来说， 目前国际上的各种类型的起重船，在限高紧、水深浅、板桩长、吊重大的多重 条件约束下，均不适用。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
图1为人工岛钢板桩格栅岛壁结构平面图；
图2为人工岛中钢板桩格栅平面布置图；
图3为本发明中整打专用起重、振沉船的俯视图；
图4为本发明中整打专用起重、振沉船的侧视图；
图5为本发明中整打专用起重、振沉船的立面图及本整打专用起重、振沉 船进行副格整打下桩示意图。
图中标号含义：
100人工岛；101格型钢板桩大圆筒；101a主格钢板桩；101b副格钢板桩； 102防波堤；
1甲板驳船；1.1箱形船体；1.2甲板；1.3甲板上配套的工作、生活设 施；1.4新增居住室；1.5移船绞车；1.6移船锚；1.7柴油发电机组；
2专用起重装置；2.1象鼻梁(水平臂架)2.2联接横梁；2.3立柱；2.4拉 杆；2.5撑杆；2.6主起升绞车；2.7副起升绞车；2.8浪风绞车；2.9主钩；2.10 副钩；2.11主钩定滑轮；2.12副钩定滑轮；2.13主钩钢缆；2.14副钩钢缆；
3专用振沉设备；3.1振动锤；3.2振动锤吊装钢丝绳；3.3弧形吊梁；3.4 液压油管；3.5油管吊梁；3.6动力站；3.7钢板桩风浪缆绳。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解， 下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
本实例中，提供一“副格整打专用起重、振沉船”，用于实施现场整打吊装 振动锤及副格板桩。
根据航空限高、海床泥面高程、振动锤吊高及副格下节钢板桩组装片吊装 工艺需求和船体稳性要求等因素，因此，在本实例中，副格整打专用起重、振 沉船采用6000t级甲板驳船作专用起重船母船。
整打专用起重、起重船可以最大限度地降低吊索具高度，使得下节桩长度 尽可能长，本工程下节桩长度25.1m。
参见图3、图4、图5，其所示为本实例提供的副格整打专用起重、振沉船 的结构示意图。
由图可知，该副格整打专用起重、振沉船，由起重船母船(含系泊设备和 锚设备)1与专用起重装置2、专用振沉设备3三部分共同构成。
起重船母船1采用6000t级甲板驳船，驳船自身包括箱型船体1.1、甲板 1.2、甲板上配套的工作、生活设施1.3，及原驳船的系泊设备和锚设备，改造 后系泊设备和锚设备有所增加。母船设施用于船舶的航行与生活、锚泊及起重 时船体平衡。
起重船母船的大小根据现场水深条件(船舶吃水条件)、现场水文条件下 的船舶稳定性、及起重量要求进行选择；原有系泊设备和锚设备根据现场水文 条件及起重量要求进行计算复核，不足时进行增加或改造。
起重船母船甲板上配套的工作与生活设施具体布置为：在船的中部区域的 两舷各设置了两层甲板室。其中左舷甲板室设置了厨房、餐厅、粮库、卫生间、 更衣室。并设有通向上下层的梯道；机舱的通风、排气装置设置在左舷。右舷 甲板室设置了居住舱室1.4、卫生间、浴室和洗衣间。并设有通向上下层的梯 道。起重船母船的船舱内设置有柴油发电机组1.7。
起重船母船系泊设备布置：1)配置4根镀锌钢丝绳、4根高强丙纶绳系泊 索；2)全船设足够数量的钢质焊接带缆桩供本船系泊及海上作业需要；3)全 船设足够数量的羊角单滚轮导缆器供系泊用。
起重船锚设备布置：1)8台移船锚绞车1.5分别布置在本船主甲板的首尾 两舷，移船锚绞车为电动变频控制，其中4台带边卷筒；2)设海军锚8只， 移船锚1.6不设锚托架，不用时放置在甲板上的适当位置；3)设8根镀锌钢索 (钢芯)拉锚索。
专用起重装置2采用T形双臂架构，由左右对称的两套起重装置组成，每 套起重装置由象鼻梁(水平臂架)2.1及其联接横梁2.2、立柱2.3、拉杆2.4、 撑杆2.5、主起升绞车2.6、副起升绞车2.7、索具绞车、浪风绞车2.8、主起升 吊钩2.9与主钩钢缆2.13、副起升吊钩2.10与副钩钢缆2.14等组成。专用起重 装置固定在起重船母船上，用于起重作业。
专用起重架构高度根据现场限高条件、起重物高度要求进行确定；起重架 构舷外伸距(即水平臂架外伸长度)根据起重物重心及安装伸距要求进行确定； 起重架构结构根据起重物重量及安装伸距要求进行设计与计算。
在具体设置时，本专用起重装置中设置象鼻梁2套，两套象鼻梁之间设有 连接横梁。象鼻梁采用变截面箱形梁结构，其上布置主起升定滑轮组(2.11)2 套、副起升定滑轮组(2.12)2套、索具钩4套等。
设置立柱2套，两套立柱之间设有连接横梁，立柱采用变截面箱形梁结构， 顶部设置绞座与象鼻梁铰接。
设置拉杆2套，每套拉杆由2根圆管组成，拉杆上部与象鼻梁铰接，下部 与船体绞座铰接。
设置撑杆2套，上部与立柱焊接，下部焊接在船体甲板拿上。撑杆与立柱 之间设连接结构。
专用振沉设备3用于格型钢板桩副格整体吊装与整体振沉，所配备的专用 设备一般情况下不进行拆除使用，与起重船合为一体。专用振沉设备由钢板桩 吊装体系与动力体系组成，钢板桩吊装体系主要包括多个振动锤3.1、弧形吊 梁3.3。弧形吊梁3.3与振动锤3.1组成一个固定的吊装体系，由象鼻梁最前端 的主钩2.9起吊，一起升降。弧形吊梁3.3与起重船吊钩2.9之间直接采用吊耳 板连接，多个振动锤3.1由钢丝绳3.2悬吊在弧形吊梁3.3下部吊钩上。
动力体系主要包括液压油管3.4、动力站3.6、油管吊梁3.5。动力站3.6 搁置在母船甲板面上，通过液压油管3.4为振动锤3.1提供动力。液压油管3.4 联接振动锤与动力站，由于采用多个液压锤，每个锤的液压油管很长，会影响 吊装作业，因此专门设计制作了油管吊梁3.5，用于油管的空中搁置与检修， 油管吊梁由起重船副钩起吊，随振动锤升降而升降，基本同步即可。
专用振沉设备中振动锤及其液压油管与动力站根据大圆筒副格长度与钢 板桩振沉深度进行选择与计算；弧形吊梁根据据大圆筒副格弧度与重量、振动 锤重量进行设计与计算；油管吊梁根据大圆筒副格弧度、钢板桩振沉工艺要求、 振动锤检修要求、振动锤液压油管重量等进行设计与计算。
本工程范例中，根据大圆筒副格46根钢板桩的特点，采用6台振动锤分 别配7只或者8只夹具同时整体吊装与整体振沉46根钢板桩，每台振动锤分 别配备相应的液压油管与动力站。每套振动锤油管在船首甲板面固定压码，以 便施工作业时油管稳定。由于视线以及操作便利性，6台振动锤遥控器放置位 置初步定于在船首抱桩器控制室前，并安装简易遮阳及避雨平台。
参见图5，其所示为上述副格整打专用起重、振沉船进行副格整打下桩示 意图。由图可知，副格整打专用起重、振沉船沉桩作业流程如下：
1)水平吊臂专用起重船靠近副格钢板桩运输船后，通过移船绞车1.5缓慢 移船，象鼻梁2.1前端位于预拼的钢板桩101b顶部时，下放主格，采用振动锤 3.1直接咬住每根钢板桩101b吊装副格组装片。
2)为防止吊装过程中组装片摆动，采用风浪缆绳3.7分别拉住副格两端部 钢板桩。
3)在振动锤3.1夹头夹住钢板桩后，作为保险，工人在运输船支架顶部将 钢板桩(或者挂钩钢板)上的备用吊耳使用钢丝绳与振动锤上的吊耳连接。
4)专用起重、振沉船将副格钢板桩从运输船运输工装上取下，移船至需 要安装的位置。
5)工人站在放在主格内的浮排上，通过2只5吨的手拉葫芦将副格的边 桩拉近Y桩锁扣。手拉葫芦的一边连接副格边桩的吊耳上，另外一边连接在主 格钢板桩101a上的吊桩孔上。
6)起重船下放主钩2.9，缓慢下降副格钢板桩101b直至进入Y桩锁扣。 先对一边锁扣再对另外一边。
7)副格钢板桩101b安装及自重下沉到位后，动力站调节启动，采用6台 振动锤同时整体振沉钢板桩。
8)随着振动锤及钢板桩的下降，同时下放起重船副钩2.10，下降油管吊 梁3.5，尽量使得液压油管3.4随振动锤一起升降，高差不大时，油管不易摆动。
9)钢板桩整体振沉至设计标高，工人站在副格工装底层平台，解除钢板 桩与振动锤之间的保险钢丝绳，打开振动锤夹具，拆除挂钩钢板，专用起重、 振沉船撤点，进行下一副格的施工。
由上述流程可知，采用专用起重、振沉船，可以一次性完成钢板桩起吊、 下桩与振沉的钢板桩振沉全过程的所有工序，不需要在钢板桩起吊、下桩后进 行解扣、更换打桩锤，再进行咬口振沉，因而大大提高了工效。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业 的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中 描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明 还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本 发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。