[发明专利]应用于深海远洋的混凝土浮岛现场建造装置及施工方法

说明书

本发明提供一种应用于深海远洋的混凝土浮岛现场建造装置及施工方法。该应用于深海远洋的混凝土浮岛现场建造装置包括：模板沉浮控制装置、模板面和内外水压平衡装置；模板沉浮控制装置设置于模板面上，用于控制模板面在液体中上浮、下沉或悬停；内外水压平衡装置设置于由至少一个模板面围成的浇筑空间中，用于维持浇筑空间的内外压力平衡。本发明可以在水下进行混凝土浮岛的浇筑施工，进而提高施工安全、施工效率和施工质量，降低了施工成本。

技术领域

本发明涉及建筑施工技术领域，具体地，涉及一种应用于深海远洋的混凝土浮岛现场建造装置及施工方法。

背景技术

传统的海洋平台多是钢制的，钢材在海洋的富盐环境中极易腐蚀，造成钢制海洋平台很高的维修频次。通常需要将钢制海洋平台从远洋拖运到靠近大陆的船坞中进行维修，拖运的费用极高，其过程风险也非常大；且钢制平台由于重量较轻，在海上的稳定性也较差。因此有人提出利用混凝土建造深远海域海洋平台的设想，可以突破钢制平台以上的局限性。

但是一般混凝土施工需要干地上进行，所以通常在对水中的混凝土结构进行施工前需要先对施工区域进行围堰，排干施工区域的水形成干地，然后进行混凝土结构的施工，待施工完成后拆除围堰恢复原来的水域状态。但是在深远海域无法采用这种围堰的方法进行施工。

如果利用混凝土材料进行深远海域的浮岛建造，将只能利用传统的大型海上混凝土结构进行模块化设计与建造，其建造方式分为三步：第一步，在陆地上预制浮岛模块；第二步，将浮岛下水并将浮岛模块运送至指定海域；第三步，在现场进行安装。

浮岛模块的质量和尺寸巨大，为减少陆地运输距离，预制场所常定在近海地区；为了运输庞大的海上重型结构物，通常使用海上拖航等方式将模块从陆地运输到工作海域。

浮岛模块的下海运输，是指将陆上预制好的浮岛模块先采用倒灌水的方法实现浮岛模块的下水自浮(详细可参见港珠澳大桥沉管隧道的下水自浮过程)、然后采用驳船或利用自身的浮力装置由拖轮拖航至海上安装地点。海上拖航的关键是选择拖轮和勘察拖航路线。拖轮应具有足够的功率，在设定的海洋环境条件下都能正确地控制被拖结构的稳定性，并保持一定的航速；拖航路线应避开可能出现海损事故和受恶劣气候影响的海区。

海上整体漂浮安装方法有浮托安装法和顶升安装法。浮托安装时需锚泊定位，找正浮岛模块与桩基的安装位置，保证浮岛模块与桩对接的瞬间不发生碰撞，因此目前通过浮托安装法安装浮岛模块必须在天气状况很好的条件下完成，受气候限制较大。顶升安装时，浮岛模块由一艘驳船拖航至桩基附近，再由两艘带有大功率卷扬机和举升刚臂的驳船将浮岛模块从两侧举起，缓慢前移至桩基上部，通过举升刚臂完成浮岛模块与桩基的对接。通过顶升安装法海上作业时，全部的荷载都作用在两条漂浮着的驳船上，其操作非常难于控制，因此海上施工难度大、安全性也较难把握，安装重量和使用范围有限。

陆地预制混凝土浮岛再拖运至现场的浮岛建造方法的运输成本极大，预制场所受限，装配制造隐蔽性差，安装时受海上环境的波动影响很大，浮岛的建造速度、浮岛的体量都受到了极大的限制。

如果通过在水上的自浮式模板进行干地施工，则存在以下问题：

一、密封问题：模板拼接时缝隙间的密封是一个巨大挑战，只有密封良好且所有模板面不漏水才能形成干地施工。要实现这样的密闭，一方面对模板的加工制造、组装及日常维护提出了很高的要求，另一方面会对施工造成非常多的干扰，影响施工的安全、进度和质量。

二、模板的往复受力问题：模板围成的排水空间内的水被抽干形成干地时，模板受到的合力为由外向内挤压的水压；但是在排水空间内逐渐浇筑自密实混凝土后，模板受到的合力方向改为由内向外(因为水的密度为1.0kg/m³，自密实混凝土密度为2.4kg/m³左右，新拌自密实混凝土的流动性非常好)。这样的往复受力会对这种超大尺寸的模板造成疲劳损伤，也对模板的设计加工提出了更高的要求。

发明内容