陶 偉，林星銘，張 超

(中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，上海 200032)

橋式抓斗卸船機(jī)是燃煤電廠常用的一種大型煤炭卸船設(shè)備，相較于其他形式的卸船設(shè)備，其對(duì)物料和船舶的適應(yīng)能力強(qiáng)，營(yíng)運(yùn)成本相對(duì)較低[1]。但由于其整機(jī)質(zhì)量大、重心高、外形尺寸巨大、外伸距長(zhǎng)[2]，對(duì)運(yùn)輸及安裝要求非常高，選擇合適的運(yùn)輸安裝方式能有效避免波浪引起船舶顛簸對(duì)卸船機(jī)的損傷，降低施工難度和作業(yè)成本，并縮短施工工期[3]。

本文以菲律賓GNPower迪格寧(簡(jiǎn)稱GNPD)燃煤電廠碼頭卸船機(jī)整機(jī)海上運(yùn)輸及滾裝上岸為背景，對(duì)其運(yùn)輸船型的選擇以及采用疊船方案的原因進(jìn)行分析，并對(duì)其疊船方案的實(shí)施過程進(jìn)行詳細(xì)論述。

1 工程概況

菲律賓GNPD 2×660 MW 燃煤電站配套碼頭，建設(shè)2個(gè)7萬(wàn)t卸煤泊位(泊位總長(zhǎng)可以滿足1艘16萬(wàn)t散貨船靠泊或1艘11萬(wàn)t散貨船及1艘5萬(wàn)t散貨船同時(shí)靠泊)，碼頭面層寬26 m。碼頭設(shè)計(jì)高水位1.26 m，設(shè)計(jì)低水位-0.2 m，極端高水位1.89 m，碼頭面高程為10 m，碼頭前沿設(shè)計(jì)泥面高程為-20 m。碼頭卸煤配置4臺(tái)1 750 th橋式抓斗卸船機(jī)，最大起吊質(zhì)量43 t，軌距22 m，外伸距40 m，單機(jī)質(zhì)量約1 100 t，可滿足最大16萬(wàn)噸級(jí)船舶的卸船作業(yè)。

根據(jù)海上運(yùn)輸條件、現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)資源條件、施工工期要求、成本限制等影響因素的不同，卸船機(jī)的運(yùn)輸與安裝主要分為散裝運(yùn)輸→現(xiàn)場(chǎng)拼裝、整機(jī)運(yùn)輸→滾裝上岸、整機(jī)運(yùn)輸→現(xiàn)場(chǎng)吊裝共3種方式。考慮到該項(xiàng)目工期緊迫以及現(xiàn)場(chǎng)拼裝成本較高，卸船機(jī)的運(yùn)輸及安裝采用整機(jī)海運(yùn)→滾裝上岸的方式。

2 卸船機(jī)整機(jī)海上運(yùn)輸與現(xiàn)場(chǎng)滾裝技術(shù)

2.1 技術(shù)難點(diǎn)

本項(xiàng)目2臺(tái)橋式抓斗卸船機(jī)同時(shí)發(fā)運(yùn)，1艘船接卸2臺(tái)卸船機(jī)，整機(jī)運(yùn)輸始于江蘇太倉(cāng)，途經(jīng)長(zhǎng)江、東海、黃海、南海，直至菲律賓馬尼拉灣，全程2 106 km，運(yùn)輸距離遠(yuǎn)且沿途航道水域情況復(fù)雜，而卸船機(jī)單機(jī)質(zhì)量達(dá)1 100 t，合適的氣象、潮汐條件以及合理的裝載狀態(tài)、船上綁扎方式關(guān)系到卸船機(jī)海上運(yùn)輸?shù)陌踩?，稍有不慎將引起重大事故[4]。整機(jī)滾裝上岸過程中隨著海水潮差以及卸船機(jī)位置的變化，滾裝運(yùn)輸船舶姿態(tài)可能發(fā)生變化，會(huì)對(duì)卸船機(jī)局部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生安全隱患。

另外，此項(xiàng)目發(fā)運(yùn)碼頭位于江蘇太倉(cāng)揚(yáng)子江船業(yè)海工基地碼頭，碼頭面高程4.8 m，碼頭前沿水深-6 m，碼頭可滾裝長(zhǎng)度約200 m；而用戶碼頭既菲律賓GNPD電廠碼頭前沿水深-20 m，碼頭面高程為10 m。兩碼頭高差達(dá)5.2 m，而如此大的高差將導(dǎo)致難以選擇能夠同時(shí)滿足在發(fā)運(yùn)碼頭和用戶碼頭進(jìn)行整機(jī)上岸的滾裝運(yùn)輸船。

2.2 船型選擇

大型裝備海上整機(jī)運(yùn)輸主要采用無(wú)動(dòng)力駁船、甲板船和半潛駁船，而目前國(guó)內(nèi)最大的整機(jī)運(yùn)輸甲板船“振華14號(hào)”載質(zhì)量為4.6萬(wàn)t，型深13.5 m，滿載吃水8.5 m，且該項(xiàng)目中發(fā)運(yùn)碼頭與用戶碼頭高差大，因此發(fā)運(yùn)碼頭前沿水深無(wú)法滿足大型甲板船或半潛船靠泊，而駁船或小型甲板船、半潛船吃水深度又無(wú)法滿足用戶碼頭整機(jī)滾裝上岸的要求。

基于上述難點(diǎn)，采用疊船方案進(jìn)行整機(jī)滾裝上岸，即在滾裝上岸前采用半潛船配載駁船的形式以提高船體整體吃水深度，適應(yīng)用戶碼頭的高程。綜合考慮本次所運(yùn)輸?shù)?臺(tái)卸船機(jī)質(zhì)量、軌距、工程碼頭的高程及運(yùn)輸海況條件等信息，選用“寧海拖6001”拖輪配合“寧海駁16001”無(wú)動(dòng)力駁船進(jìn)行海上運(yùn)輸；用戶方碼頭整機(jī)滾裝上岸則采用“創(chuàng)新之路”半潛船配載“寧海駁16001”的形式。船型參數(shù)見表1。

表1 卸船機(jī)整機(jī)發(fā)運(yùn)及滾裝上岸所采用的船型參數(shù)

根據(jù)船型參數(shù)可知，駁船吃水深度可滿足發(fā)運(yùn)碼頭水深要求,載質(zhì)量滿足同時(shí)運(yùn)輸2臺(tái)卸船機(jī)的要求；而半潛船配載駁船之后通過調(diào)載，駁船甲板高度可滿足用戶碼頭高程要求。疊船方案解決了碼頭面高差大的問題。

2.3 海固方案

為保證卸船機(jī)在海上遠(yuǎn)距離運(yùn)輸遇到風(fēng)浪等惡劣天氣時(shí)自身結(jié)構(gòu)的安全以及與船體聯(lián)系的安全，需要對(duì)卸船機(jī)進(jìn)行適當(dāng)?shù)募庸膛c綁扎[5]。卸船機(jī)整機(jī)裝配完成后，在發(fā)運(yùn)碼頭整機(jī)滾裝至“寧海駁16001”，卸船機(jī)上駁船后，采用撐桿固定，以確保無(wú)縱橫向滑移及橫向翻轉(zhuǎn)，卸船機(jī)縱橫向設(shè)硬綁扎，單臺(tái)卸船機(jī)橫向設(shè)置8根撐桿，一端焊接在駁船甲板，另外一端通過銷軸鉸接于海陸側(cè)門架出廠時(shí)預(yù)留的耳板上?？v向設(shè)置4根直徑0.72 m鋼管撐桿，一端焊接在駁船甲板上，另外一端通過銷軸鉸接于海陸側(cè)門架下橫梁上的耳板上，固定方案如圖1所示。

圖1 卸船機(jī)在駁船上綁扎固定方案

2.4 疊船方案流程

為保證疊船方案的順利實(shí)施，在滾裝上岸項(xiàng)目實(shí)施之前要根據(jù)半潛船吃水和下潛深度，在用戶碼頭附近選擇水深合適的海域作為配載錨地。為方便半潛船下潛時(shí)駁船定位，在半潛船左舷的甲板上焊接兩根帶斜撐的鋼管樁(圖2)，待天氣條件成熟以及卸船碼頭準(zhǔn)備工作完成后，駁船在“寧海托6001”的牽引下航行至卸船碼頭附近錨地，“創(chuàng)新之路”半潛船到達(dá)錨地后，下潛并調(diào)整位置，配載駁船，駁船疊停在半潛船上偏左舷位置并系泊定位鋼管樁上，以保證駁船與碼頭岸線距離小于過橋梁長(zhǎng)度，而半潛船則通過調(diào)整壓艙水以保證船體平衡。

另外，由于“創(chuàng)新之路”半潛船甲板水平，且兩側(cè)船舷相對(duì)較矮，最低潮位0.5 m時(shí)，在非卸貨期間半潛船舷邊與碼頭護(hù)舷接觸高度約為2.5 m，而在卸貨期間半潛船舷邊與碼頭護(hù)舷接觸高度只有1.5 m左右，而半潛船受波浪力搖晃以及滾裝上岸時(shí)由于荷載變化都會(huì)導(dǎo)致船體與護(hù)舷產(chǎn)生碰撞，船舷邊與碼頭護(hù)舷接觸高度過低會(huì)對(duì)護(hù)舷產(chǎn)生破壞。為防止危險(xiǎn)發(fā)生，須在半潛船與護(hù)舷接觸位置的甲板面焊接臨時(shí)防撞裝置(圖2)。經(jīng)ANSYS建模分析，每處防撞裝置能夠承受640 kN的水平力，一共布置2處，能夠有效避免船體與護(hù)舷碰撞產(chǎn)生的破壞。

疊船完成后半潛船從錨地行駛至卸船碼頭，調(diào)整至滾裝位置進(jìn)行靠泊、帶纜，為滾裝上岸做準(zhǔn)備。半潛船配載駁船后靠泊在用戶碼頭。

圖2 駁船定位樁以及防撞裝置

2.5 過橋梁分析

過橋梁是整機(jī)滾裝上岸過程中鋪設(shè)于碼頭面與整機(jī)運(yùn)輸駁船之間的臨時(shí)軌道梁，一共4條，每條過橋梁鋪設(shè)位置與卸船機(jī)門腿位置一一對(duì)應(yīng)。過橋梁長(zhǎng)度為10.46 m，材料為Q355低合金高強(qiáng)鋼，梁頂面設(shè)置軌道，兩端設(shè)置一定錐度以提升過橋梁中間段受力，并適應(yīng)滾裝時(shí)船舶抬升產(chǎn)生的角度偏差。由于整機(jī)上岸過程中，卸船機(jī)從駁船過渡至碼頭時(shí)過橋梁整段懸空，結(jié)構(gòu)受力最大[6]，且該疊船方案導(dǎo)致駁船與碼頭前沿之間的距離比普通單船滾裝上岸時(shí)更大、過橋梁更長(zhǎng)，為確保安全，需要對(duì)過橋梁進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力分析。

使用仿真軟件建立過橋梁有限元模型，計(jì)算分析結(jié)果見圖3。該過橋梁受載時(shí)最大應(yīng)力為253 MPa，滿足Q355鋼材許用應(yīng)力；撓度最大值為8.78 mm，位于梁中間位置，小于梁總長(zhǎng)的11 000，滿足使用要求。

圖3 過橋梁受載后分析結(jié)果

2.6 整機(jī)滾裝上岸流程及工藝要點(diǎn)

卸船機(jī)整機(jī)運(yùn)輸船到岸，滾裝上岸工作正式開始，滾裝整體布置如圖4所示。整機(jī)滾裝流程及工藝為：1)半潛船在外海錨地配載甲板駁并行駛至用戶碼頭靠泊、調(diào)整位置、帶纜固定；2)甲板面及碼頭面鋪設(shè)臨時(shí)軌道，卷?yè)P(yáng)機(jī)就位、固定，焊接導(dǎo)向輪，安裝用于牽引、保護(hù)的4套鋼絲繩，切割解除綁扎固定撐桿，安裝過橋梁；3)準(zhǔn)備工作進(jìn)行完畢，等待潮位合適，滾裝牽引工作正式開始，2臺(tái)卷?yè)P(yáng)機(jī)同步進(jìn)行，保持拉點(diǎn)位置對(duì)稱，卸船機(jī)牽引過程中，半潛船應(yīng)通過連續(xù)調(diào)載來(lái)控制船只始終保持基本平衡并隨時(shí)監(jiān)控船只的側(cè)傾，防止甲板軌道與過橋軌道的高差過大。卸船機(jī)就位后立即在臨時(shí)軌道上焊接行走止擋，防止卸船機(jī)滑移；4)卸船機(jī)兩個(gè)大車平衡梁中間位置各使用2臺(tái)6 300 kN的液壓千斤頂進(jìn)行頂升，行走臺(tái)車旋轉(zhuǎn)90°，然后同步調(diào)整千斤頂使卸船機(jī)落軌(先海側(cè)、后陸側(cè))。落軌后牽引卸船機(jī)至碼頭設(shè)定停機(jī)位置并進(jìn)行錨定。

圖4 滾裝整體布置(單位：mm)

3 結(jié)語(yǔ)

1)大型橋式抓斗卸船機(jī)的運(yùn)輸與安裝方式要根據(jù)具體工程情況進(jìn)行選擇，合理的運(yùn)輸與安裝方案能夠有效縮短項(xiàng)目工期，減少場(chǎng)地占用時(shí)長(zhǎng)，從而降低工程成本。

2)卸船機(jī)整機(jī)海上運(yùn)輸、滾裝上岸風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)高，需要對(duì)海固方案、疊船方案以及滾裝上岸的全流程進(jìn)行把控，結(jié)合具體情況制定合理方案，把握施工細(xì)節(jié)。

3)針對(duì)發(fā)運(yùn)碼頭與用戶碼頭高差大的特殊工況，選擇合適的船型，采用疊船方案能夠保證大型橋式抓斗卸船機(jī)的滾裝上岸工作的順利實(shí)施。