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摘要：针对采用常规工艺打捞此沉箱非常困难的特点，本工程采用了沉箱切割、分体吊装的方法在短时间内打捞成功。文章介绍了绳锯机水下切割及水下钻孔的施工工艺，总结了相关技术参数，验证了绳锯机水下切割超大断面钢筋砼的可行性。
关键词：沉箱打捞；绳锯机；水下切割；水下钻孔
1概述
某公司负责施工的某油码头沉箱在拖运过程中遭遇突风，沉箱发生倾覆事故，最终倾倒在某油码头的港池里。
事故发生后，我部接受打捞倾倒沉箱的任务。经过对沉箱倾覆位置及标高的测量，潜水人员对沉箱进行了损失情况调查，沉箱情况如下：4C沉箱平躺在海底，顶口朝码头位置，底板朝向港池侧，海底标高为-17～-18m，沉箱顶标高基本一致（顶标高在-4.2m左右，即海面以下4.2m左右），沉箱与海底接触面的三个仓格均有较严重的裂缝，尤其是底面东侧及中间的仓格，混凝土破损严重，无法抽水起浮。
2方案比选
根据以往的沉箱打捞经验方法并结合本工程实际情况分析，先后提出沉箱爆破、整体吊装、冲击锤拆除、钢浮筒打捞、沉箱切割分体吊装等5种方案。
由于现场在油区内很难办理爆破手续，综合考虑其他方案的施工操作可行性、安全性、施工成本及工期、现有船机设备起重能力，最终确定沉箱切割、分体吊装方案更适用于本工程。
3施工工艺介绍
3.1简介
3.1.1切割分块形式
该沉箱长12.95m（加强壁为13.35m），宽11.85m，高19.5m，重量达到1697t。综合考虑分割块体的重量和形状，采用金刚石绳锯切割的方法将沉箱在19.5m高度方向分割成3段后分别起吊，3段长度分别为6.7m，6.7m，6.1m，重量分别为536.8t，495.3t，665.4t（控制单块重量不超过700t）。沉箱切割分块示意图如下：
3.1.2起吊方式
采用在沉箱外壁开孔，穿销的方法，钢丝绳直接吊插销的吊装工艺，4点起吊，吊孔设在距离顶面3.3m处的沉箱外壁处，水平间距随块体不同而不同。起吊示意图如下图所示：
3.2工艺流程
施工准备→切割第一道缝→块体1开孔→第一道缝切割完毕→起吊块体1→切割第二道缝→块体2、3开孔→第二道缝切割完毕→起吊块体2、3→陆上拆除
3.3施工重点、难点
⑴该沉箱倾倒在码头前沿30m区域，且该泊位正处于施工中，对进入现场施工的船机影响很大。需要尽快将沉箱打捞出水，以免影响现场施工进度及码头的投产使用。
⑵沉箱切割尺寸及吊孔位置必须准确，否则起吊后对吊索具受力及起重船平稳性影响很大。
⑶施工区域水深达到20m，沉箱开孔整个施工过程全部需要由潜水员在水下完成，且开孔精度要求高，水下操作难度大。
⑷沉箱吊装时，由潜水员穿钢丝扣，水下施工难度较大。
3.4主要施工方法
3.4.1沉箱切割
⑴简介
利用绳锯机带动金刚石锯绳转动进行沉箱切割。本次切割的砼断面大（外形尺寸12.95×11.85米），切割位置距工作平台远，普通绳锯机无法完成切割任务。针对工程的特点新改装了一台大功率、低转速的重型绳锯机来进行施工。
⑵工艺流程
搭设施工平台→定位→穿绳→切割→检查验收
⑶设备介绍
①绳锯机：用于沉箱切割，通过传动轮带动锯绳转动，金刚石锯绳与钢筋砼摩擦来切割沉箱，绳锯机由液压动力站提供动力，通过导向轮来调整绳锯切割位置及方向，其自带一个小型空压机用来收紧锯绳。
绳锯是利用绳锯木断的原理设计出来的一种对脆硬材料进行切割的一种锯。其组成包括：绳锯驱动、飞轮、导向轮、金刚石锯绳等。其工作特点有：动力强大、操作安全可靠、劳动强度低等。作为一种特种切割工具，适用于钢筋混凝土、钢材、岩石、陶瓷、砖墙等坚硬材料的切割，但其在水下的切割应用中不多，经验也很少。
②液压动力站：为切割及钻孔设备提供动力，本工程使用的液压动力站功率分为30KW和18.5KW两种。30KW用于绳锯机切割，18.5KW用于液压水钻钻孔。
⑷主要施工方法及操作要点
①搭设施工平台
绳锯机必须在水面以上，平稳的平台上作业。我部在沉箱顶面搭建一个施工平台用于放置绳锯机和动力站。平台顶标高+5.5米（设计高水位+4米）。平台4条支腿中心尺寸6m*4m，顶部平台尺寸9m*4m。施工平台4条支腿采用9m长的φ630mm螺旋钢管，向上依次为横向（4m方向）2根I20工字钢，纵向5根I20工字钢，顶部搭设施工平台。采用3t手拉葫芦和φ17.5mm钢丝绳将施工平台四角与沉箱连接固定，沉箱顶口方向固定在沉箱顶面2根吊环上，底部在沉箱盲板位置固定（如下图所示）。
②定位
根据沉箱切割尺寸，以沉箱端部为基准水下用测绳测定切割位置，并做好标记，在沉箱四个角位定出需切割的点。绳锯机需对准切割位置放置。
③穿绳
在沉箱切割处底部穿绳锯，穿绳之前先用15米长的钢筋进行试穿，钢筋穿完以后，在钢筋的尾部用铁丝缠住绳子的一端，缠好后向另一端抽起，穿好绳子后，绳子的两端拉出水面，连接在绳锯机上。
④切割
锯绳连接完成后即可进行沉箱切割。本工程采用大功率、低转速的绳锯机进行切割施工。液压动力站功率30KW，施工压力约为11MPa，绳锯机的锯绳正常工作时速度约10m/s（普通切割的锯绳速度为18 m/s），切割整个沉箱断面需锯绳长度约80m，空压机控制收紧绳锯，压力为0.3MPa。
随着绳锯切入沉箱内，切割斷面逐渐缩小，绳锯有效切割长度减小，通过压力控制收紧绳锯，该绳锯机一次能最大收紧15米，超过范围后需要切断锯绳重新连接后，继续切割。本工程沉箱切割效率约为5m2/d。 ⑤切割前必须将沉箱与海底接触面空隙填充密实，防止沉箱割断后产生较大下沉和位移。沉箱切割过程中，需在切割完的切割缝位置插入铁楔子，布置间距0.5m，以防止沉箱切割过程中移位而夹住锯绳。切割时每天需要变换绳锯机的转动方向（即一天顺时针转动，下一天逆时针转动），来保证沉箱两侧的切割进度基本相同。
3.4.2沉箱开孔
⑴简介
沉箱起吊方式为8根φ94mm钢丝绳吊4根钢棒，每根钢棒两端各布置一根钢丝绳，有4根钢丝绳需穿过沉箱顶面进入沉箱内套钢棒，需在穿插销及下钢丝绳位置分别开孔，即每块的顶面和侧面均需要开4个孔。整个实施过程全部需要由潜水员在水下完成，开孔精度要求高，水下操作难度大。
⑵工艺流程
风钻开定位孔→固定液压水钻→液压水钻钻孔
⑶设备介绍
①液压水钻：用于水下钻孔，可根据开孔尺寸大小更换不同型号的钻头，由液压动力站提供动力，通过调节压力来控制钻头转速。
②风钻：用于开液压水钻底座定位孔，开孔后植入膨胀螺丝用来固定液压水钻。由空压机提供动力。
⑷主要施工方法及技术要求
①首先根据沉箱开孔位置及设备底座尺寸在相应开孔位置旁边开2个水钻定位孔，采用风钻开孔，深度5cm，孔径2cm，空压机工作压力0.7MPa，植入直径16mm，长20cm的膨胀螺丝来固定液压水钻。
②液压水钻固定稳固后开始钻孔，必须确保钻头垂直于混凝土面。钻孔时液压动力站压力控制在8～12MPa，压力超过20MPa则很有可能卡住或损坏钻头。顺利完成一个直径35cm、40cm厚沉箱壁钻孔大约需要2小时，完成一个直径25cm、35cm厚沉箱侧壁钻孔大约需要1.5小时。
③本工程沉箱开孔共使用了两种型号的钻头，沉箱侧壁穿插销位置开孔使用直径25cm钻头，沉箱顶面穿钢丝绳位置开孔使用直径35cm钻头。沉箱顶面穿钢丝绳位置开孔原计划采用绳锯切割500mm×300mm的方形孔，为加快施工进度，改为用液压水钻开2个35cm孔中间交叉15cm，采用此方法大大提高了施工效率。
④沉箱开孔高度允许偏差必须控制在5cm以内，否则起吊后对钢丝绳受力及起重船平稳性影响很大。
3.4.3沉箱起吊
⑴吊索具选择
①插销
起吊用插销选用直径170mm的钢棒，在套筒上设置挡板限制钢丝绳左右移动，套钢丝绳位置长150mm。
②撑架
为防止起吊过程中钢丝绳勒沉箱壁破坏混凝土，设置撑架使钢丝绳垂直受力，并且方便潜水员水下穿钢丝绳，撑架布设在距沉箱顶面约8m的位置（确保撑架露出水面）。
撑架尺寸为2.04m×11.35m，采用32b型双槽钢对扣焊接，在支撑钢丝绳受力位置双槽内加钢板焊接加固，防止撑架局部变形。
③钢丝绳
起吊沉箱的钢丝绳选用现有的8根长度为31m的φ94mm钢丝绳，单根重量约1.2t。吊撑架钢丝绳选用单根长度18.5m的钢丝绳。
⑵起吊施工中沉箱壁、隔墙受力及承载力分析
核算：起吊时受力分析及弯矩图，计算受力最不利的块体2。
经计算抗剪满足受力要求。
抗弯，400mm砼板按耐力值材料强度标准值计算，可承受弯矩111KN.m。
图中计算出最大弯矩为130.9 KN.m。130.9 KN.m > 111KN.m不满足。
因这种起吊方法受力清晰明确，无附加弯矩，过程易于把握，且隔墙处有八字脚加强，砼不一定能破坏，即使破坏，破坏后冲击力也较小。在方案比选中已充分讨论，所以只能采用此種方法起吊。在实际方案实施时，砼没有任何破坏，也实现了预期的效果。
⑶起吊实施情况
切割后的3段沉箱分别于5月3日、5月18日、19日起吊打捞完成，放在码头后方陆域回填区域进行拆除。
4 结束语
沉箱打捞前期准备方案从2012年1月1日开始至3月1日最终方案确定，历时61天。沉箱打捞具体实施从2012年3月13日开始施工至5月20日全部吊出结束，共历时69天，其中沉箱切割及钻孔有效作业天共43天，切割11天，钻孔32天。
利用绳锯机水下切割沉箱分块起吊沉箱的有损打捞的施工方法是除了爆破、机械拆除方法水下拆除、打捞大体积或超大体积钢筋砼构件之外的又一条新的途径，验证了绳锯机在水下切割大体积砼构件的可行性，在施工过程中积累的数据及总结的经验对类似情况的水下有损打捞、拆除施工具有一定的借鉴价值。
关键词：沉箱打捞；绳锯机；水下切割；水下钻孔
1概述
某公司负责施工的某油码头沉箱在拖运过程中遭遇突风，沉箱发生倾覆事故，最终倾倒在某油码头的港池里。
事故发生后，我部接受打捞倾倒沉箱的任务。经过对沉箱倾覆位置及标高的测量，潜水人员对沉箱进行了损失情况调查，沉箱情况如下：4C沉箱平躺在海底，顶口朝码头位置，底板朝向港池侧，海底标高为-17～-18m，沉箱顶标高基本一致（顶标高在-4.2m左右，即海面以下4.2m左右），沉箱与海底接触面的三个仓格均有较严重的裂缝，尤其是底面东侧及中间的仓格，混凝土破损严重，无法抽水起浮。
2方案比选
根据以往的沉箱打捞经验方法并结合本工程实际情况分析，先后提出沉箱爆破、整体吊装、冲击锤拆除、钢浮筒打捞、沉箱切割分体吊装等5种方案。
由于现场在油区内很难办理爆破手续，综合考虑其他方案的施工操作可行性、安全性、施工成本及工期、现有船机设备起重能力，最终确定沉箱切割、分体吊装方案更适用于本工程。
3施工工艺介绍
3.1简介
3.1.1切割分块形式
该沉箱长12.95m（加强壁为13.35m），宽11.85m，高19.5m，重量达到1697t。综合考虑分割块体的重量和形状，采用金刚石绳锯切割的方法将沉箱在19.5m高度方向分割成3段后分别起吊，3段长度分别为6.7m，6.7m，6.1m，重量分别为536.8t，495.3t，665.4t（控制单块重量不超过700t）。沉箱切割分块示意图如下：
3.1.2起吊方式
采用在沉箱外壁开孔，穿销的方法，钢丝绳直接吊插销的吊装工艺，4点起吊，吊孔设在距离顶面3.3m处的沉箱外壁处，水平间距随块体不同而不同。起吊示意图如下图所示：
3.2工艺流程
施工准备→切割第一道缝→块体1开孔→第一道缝切割完毕→起吊块体1→切割第二道缝→块体2、3开孔→第二道缝切割完毕→起吊块体2、3→陆上拆除
3.3施工重点、难点
⑴该沉箱倾倒在码头前沿30m区域，且该泊位正处于施工中，对进入现场施工的船机影响很大。需要尽快将沉箱打捞出水，以免影响现场施工进度及码头的投产使用。
⑵沉箱切割尺寸及吊孔位置必须准确，否则起吊后对吊索具受力及起重船平稳性影响很大。
⑶施工区域水深达到20m，沉箱开孔整个施工过程全部需要由潜水员在水下完成，且开孔精度要求高，水下操作难度大。
⑷沉箱吊装时，由潜水员穿钢丝扣，水下施工难度较大。
3.4主要施工方法
3.4.1沉箱切割
⑴简介
利用绳锯机带动金刚石锯绳转动进行沉箱切割。本次切割的砼断面大（外形尺寸12.95×11.85米），切割位置距工作平台远，普通绳锯机无法完成切割任务。针对工程的特点新改装了一台大功率、低转速的重型绳锯机来进行施工。
⑵工艺流程
搭设施工平台→定位→穿绳→切割→检查验收
⑶设备介绍
①绳锯机：用于沉箱切割，通过传动轮带动锯绳转动，金刚石锯绳与钢筋砼摩擦来切割沉箱，绳锯机由液压动力站提供动力，通过导向轮来调整绳锯切割位置及方向，其自带一个小型空压机用来收紧锯绳。
绳锯是利用绳锯木断的原理设计出来的一种对脆硬材料进行切割的一种锯。其组成包括：绳锯驱动、飞轮、导向轮、金刚石锯绳等。其工作特点有：动力强大、操作安全可靠、劳动强度低等。作为一种特种切割工具，适用于钢筋混凝土、钢材、岩石、陶瓷、砖墙等坚硬材料的切割，但其在水下的切割应用中不多，经验也很少。
②液压动力站：为切割及钻孔设备提供动力，本工程使用的液压动力站功率分为30KW和18.5KW两种。30KW用于绳锯机切割，18.5KW用于液压水钻钻孔。
⑷主要施工方法及操作要点
①搭设施工平台
绳锯机必须在水面以上，平稳的平台上作业。我部在沉箱顶面搭建一个施工平台用于放置绳锯机和动力站。平台顶标高+5.5米（设计高水位+4米）。平台4条支腿中心尺寸6m*4m，顶部平台尺寸9m*4m。施工平台4条支腿采用9m长的φ630mm螺旋钢管，向上依次为横向（4m方向）2根I20工字钢，纵向5根I20工字钢，顶部搭设施工平台。采用3t手拉葫芦和φ17.5mm钢丝绳将施工平台四角与沉箱连接固定，沉箱顶口方向固定在沉箱顶面2根吊环上，底部在沉箱盲板位置固定（如下图所示）。
②定位
根据沉箱切割尺寸，以沉箱端部为基准水下用测绳测定切割位置，并做好标记，在沉箱四个角位定出需切割的点。绳锯机需对准切割位置放置。
③穿绳
在沉箱切割处底部穿绳锯，穿绳之前先用15米长的钢筋进行试穿，钢筋穿完以后，在钢筋的尾部用铁丝缠住绳子的一端，缠好后向另一端抽起，穿好绳子后，绳子的两端拉出水面，连接在绳锯机上。
④切割
锯绳连接完成后即可进行沉箱切割。本工程采用大功率、低转速的绳锯机进行切割施工。液压动力站功率30KW，施工压力约为11MPa，绳锯机的锯绳正常工作时速度约10m/s（普通切割的锯绳速度为18 m/s），切割整个沉箱断面需锯绳长度约80m，空压机控制收紧绳锯，压力为0.3MPa。
随着绳锯切入沉箱内，切割斷面逐渐缩小，绳锯有效切割长度减小，通过压力控制收紧绳锯，该绳锯机一次能最大收紧15米，超过范围后需要切断锯绳重新连接后，继续切割。本工程沉箱切割效率约为5m2/d。 ⑤切割前必须将沉箱与海底接触面空隙填充密实，防止沉箱割断后产生较大下沉和位移。沉箱切割过程中，需在切割完的切割缝位置插入铁楔子，布置间距0.5m，以防止沉箱切割过程中移位而夹住锯绳。切割时每天需要变换绳锯机的转动方向（即一天顺时针转动，下一天逆时针转动），来保证沉箱两侧的切割进度基本相同。
3.4.2沉箱开孔
⑴简介
沉箱起吊方式为8根φ94mm钢丝绳吊4根钢棒，每根钢棒两端各布置一根钢丝绳，有4根钢丝绳需穿过沉箱顶面进入沉箱内套钢棒，需在穿插销及下钢丝绳位置分别开孔，即每块的顶面和侧面均需要开4个孔。整个实施过程全部需要由潜水员在水下完成，开孔精度要求高，水下操作难度大。
⑵工艺流程
风钻开定位孔→固定液压水钻→液压水钻钻孔
⑶设备介绍
①液压水钻：用于水下钻孔，可根据开孔尺寸大小更换不同型号的钻头，由液压动力站提供动力，通过调节压力来控制钻头转速。
②风钻：用于开液压水钻底座定位孔，开孔后植入膨胀螺丝用来固定液压水钻。由空压机提供动力。
⑷主要施工方法及技术要求
①首先根据沉箱开孔位置及设备底座尺寸在相应开孔位置旁边开2个水钻定位孔，采用风钻开孔，深度5cm，孔径2cm，空压机工作压力0.7MPa，植入直径16mm，长20cm的膨胀螺丝来固定液压水钻。
②液压水钻固定稳固后开始钻孔，必须确保钻头垂直于混凝土面。钻孔时液压动力站压力控制在8～12MPa，压力超过20MPa则很有可能卡住或损坏钻头。顺利完成一个直径35cm、40cm厚沉箱壁钻孔大约需要2小时，完成一个直径25cm、35cm厚沉箱侧壁钻孔大约需要1.5小时。
③本工程沉箱开孔共使用了两种型号的钻头，沉箱侧壁穿插销位置开孔使用直径25cm钻头，沉箱顶面穿钢丝绳位置开孔使用直径35cm钻头。沉箱顶面穿钢丝绳位置开孔原计划采用绳锯切割500mm×300mm的方形孔，为加快施工进度，改为用液压水钻开2个35cm孔中间交叉15cm，采用此方法大大提高了施工效率。
④沉箱开孔高度允许偏差必须控制在5cm以内，否则起吊后对钢丝绳受力及起重船平稳性影响很大。
3.4.3沉箱起吊
⑴吊索具选择
①插销
起吊用插销选用直径170mm的钢棒，在套筒上设置挡板限制钢丝绳左右移动，套钢丝绳位置长150mm。
②撑架
为防止起吊过程中钢丝绳勒沉箱壁破坏混凝土，设置撑架使钢丝绳垂直受力，并且方便潜水员水下穿钢丝绳，撑架布设在距沉箱顶面约8m的位置（确保撑架露出水面）。
撑架尺寸为2.04m×11.35m，采用32b型双槽钢对扣焊接，在支撑钢丝绳受力位置双槽内加钢板焊接加固，防止撑架局部变形。
③钢丝绳
起吊沉箱的钢丝绳选用现有的8根长度为31m的φ94mm钢丝绳，单根重量约1.2t。吊撑架钢丝绳选用单根长度18.5m的钢丝绳。
⑵起吊施工中沉箱壁、隔墙受力及承载力分析
核算：起吊时受力分析及弯矩图，计算受力最不利的块体2。
经计算抗剪满足受力要求。
抗弯，400mm砼板按耐力值材料强度标准值计算，可承受弯矩111KN.m。
图中计算出最大弯矩为130.9 KN.m。130.9 KN.m > 111KN.m不满足。
因这种起吊方法受力清晰明确，无附加弯矩，过程易于把握，且隔墙处有八字脚加强，砼不一定能破坏，即使破坏，破坏后冲击力也较小。在方案比选中已充分讨论，所以只能采用此種方法起吊。在实际方案实施时，砼没有任何破坏，也实现了预期的效果。
⑶起吊实施情况
切割后的3段沉箱分别于5月3日、5月18日、19日起吊打捞完成，放在码头后方陆域回填区域进行拆除。
4 结束语
沉箱打捞前期准备方案从2012年1月1日开始至3月1日最终方案确定，历时61天。沉箱打捞具体实施从2012年3月13日开始施工至5月20日全部吊出结束，共历时69天，其中沉箱切割及钻孔有效作业天共43天，切割11天，钻孔32天。
利用绳锯机水下切割沉箱分块起吊沉箱的有损打捞的施工方法是除了爆破、机械拆除方法水下拆除、打捞大体积或超大体积钢筋砼构件之外的又一条新的途径，验证了绳锯机在水下切割大体积砼构件的可行性，在施工过程中积累的数据及总结的经验对类似情况的水下有损打捞、拆除施工具有一定的借鉴价值。