龍漢新 馮勝坤 張光鋒 卜佑天
(廣船國(guó)際技術(shù)中心、深中通道管理中心)
深中通道項(xiàng)目超大型沉管隧道鋼殼共劃分為32個(gè)管節(jié),單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)長(zhǎng)165m×寬46m×高10.6m、平均重量約11000噸。其中有22個(gè)管節(jié)在船廠平臺(tái)線上制造,完工后采用專用運(yùn)輸方法將其滾裝至駁船(簡(jiǎn)稱“過駁”),然后駁船拖航至澆筑廠,再采用同樣的運(yùn)輸方法將管節(jié)從駁船滾卸上岸(簡(jiǎn)稱“上岸”),完成管節(jié)的交付。由于業(yè)主對(duì)管節(jié)運(yùn)輸過程中的變形控制要求非常高,在長(zhǎng)165m×寬46m的管節(jié)范圍內(nèi)其最大變形不能超過20mm,但管節(jié)兩孔一管廊的設(shè)計(jì)導(dǎo)致其橫向結(jié)構(gòu)較弱,如使用船廠常規(guī)的運(yùn)輸方法很容易導(dǎo)致管節(jié)在過駁及上岸過程中發(fā)生較大變形,無法滿足變形控制要求。故本文旨在研究一種超大型沉管隧道鋼殼管節(jié)運(yùn)輸過駁及上岸方法,通過利用船廠現(xiàn)有資源解決鋼殼運(yùn)輸過程中的變形控制難題,同時(shí)降低作業(yè)成本。
船廠平臺(tái)線主要用于造船,配置自行走的軌道式移船小車用于船舶運(yùn)輸過駁。為適應(yīng)各種大、小型寬船舶的下水,考慮到船舶橫向結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大,僅在平臺(tái)線距中±1m及±7m處各設(shè)置一組小車軌道。按現(xiàn)有的運(yùn)輸方法,根據(jù)管節(jié)強(qiáng)結(jié)構(gòu)位置,我們?cè)诠芄?jié)下方距中±7m軌道處均勻布置32臺(tái)小車(見圖1、圖2),按管節(jié)總重11000噸來計(jì)算,平均每臺(tái)小車承載344噸,小于每臺(tái)小車設(shè)計(jì)承載500噸的0.8倍,滿足小車承載要求。
圖1 移船小車運(yùn)輸管節(jié)布車圖(平面圖)
圖2 移船小車運(yùn)輸管節(jié)布車圖(橫剖面圖)
采用Partran軟件對(duì)管節(jié)運(yùn)輸工況進(jìn)行有限元計(jì)算,得出管節(jié)運(yùn)輸時(shí)最大變形為36.5mm(見圖3),超過允許的最大變形20mm,故采用現(xiàn)有運(yùn)輸方法不可行。
圖3 使用距中±7m處32臺(tái)移船小車運(yùn)輸管節(jié)時(shí)的變形云圖(最大變形36.5mm)
船廠現(xiàn)有的水平船臺(tái)大型運(yùn)輸設(shè)備為移船小車與模塊車,其中移船小車40臺(tái),總承載20000噸,模塊車136軸線,總承載約4800噸。移船小車為軌道式液壓小車,自帶動(dòng)力單元,具有頂升、自行走的功能,單位面積承載能力大,性價(jià)比高。模塊車為輪胎式液壓平板車,是目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用廣泛的大型構(gòu)件運(yùn)輸車輛,性能穩(wěn)定、使用靈活,但相比移船小車其單位面積承載能力較小且造價(jià)極高。
根據(jù)有限元計(jì)算結(jié)果,管節(jié)運(yùn)輸時(shí)主要發(fā)生橫向大變形,究其原因?yàn)楣芄?jié)采用兩孔一管廊的設(shè)計(jì)導(dǎo)致其橫向結(jié)構(gòu)弱,對(duì)于寬度達(dá)46m的管節(jié),移船小車僅布置在距中±7m處,兩側(cè)懸空太大導(dǎo)致管節(jié)橫向變形,解決此問題的有效方法就是在管節(jié)兩側(cè)增加運(yùn)輸設(shè)備。
如在管節(jié)兩側(cè)增加移船小車,需破壞地面混凝土結(jié)構(gòu)、增加預(yù)埋小車軌道。為充分利用船廠設(shè)備資源,避免增加額外基建、設(shè)備投入,同時(shí)又能達(dá)到減少管節(jié)運(yùn)輸變形的目的,綜合考慮管節(jié)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及駁船甲板行走通道的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,我們擬定在管節(jié)距中±18.9m處使用模塊車,與距中±7m處的移船小車一起聯(lián)合運(yùn)輸管節(jié)過駁及上岸。
為最大限度降低管節(jié)橫向變形,我們將所有模塊車共136軸線全部用上,分成四大組均勻布置在管節(jié)兩側(cè)。移船小車同樣分成四大組均勻布置,共32臺(tái)(見圖4、圖5)。模塊車作為輔助承載設(shè)備,預(yù)留足夠的承載裕度以提高操作空間,設(shè)定其總共承受管節(jié)3000噸的重量,其余8000噸由32臺(tái)移船小車承受,平均每臺(tái)小車250噸。
圖4 移船小車與模塊車聯(lián)合運(yùn)輸管節(jié)布車(平面圖)
圖5 移船小車與模塊車聯(lián)合運(yùn)輸管節(jié)布車圖(橫剖面圖)
采用Partran軟件對(duì)聯(lián)合運(yùn)輸工況進(jìn)行驗(yàn)算,得出管節(jié)變形計(jì)算結(jié)果見圖6??梢姽芄?jié)運(yùn)輸時(shí)最大變形為15.1mm,滿足最大允許變形20mm的要求,聯(lián)合運(yùn)輸?shù)姆桨咐碚撋峡尚小?/p>
圖6 使用移船小車與模塊車聯(lián)合運(yùn)輸管節(jié)時(shí)的變形云圖(最大變形15.1mm)
珠海桂山島當(dāng)?shù)貧夂虿环€(wěn)定,常年風(fēng)急、浪大,??吭诠鹕綅u澆筑廠碼頭的駁船受風(fēng)浪影響晃動(dòng)很大。在這種惡劣條件下,要使用兩套設(shè)備將管節(jié)從駁船聯(lián)合運(yùn)輸上岸,難度非常大。特別是首次采用這種聯(lián)合運(yùn)輸?shù)姆椒ǎ拼≤嚺c模塊車性能方面存在較大的差異,兩套設(shè)備要完成高難度的聯(lián)合動(dòng)作,必然要解決一些技術(shù)難點(diǎn)。
2.3.1 移船小車改進(jìn)
移船小車與模塊車要實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng),首先要保證兩套設(shè)備性能穩(wěn)定且能相互匹配??紤]到模塊車設(shè)備應(yīng)用成熟、性能已相對(duì)穩(wěn)定,我們重點(diǎn)通過改進(jìn)移船小車性能來適配模塊車。
移船小車的均載原理為通過電腦控制分組內(nèi)的每臺(tái)小車載荷相同,從而實(shí)現(xiàn)主動(dòng)均載。而模塊車則通過液壓油管將分組內(nèi)所有頂升油缸串聯(lián)起來,保證各個(gè)油缸液壓始終一致,實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的均載功能(即被動(dòng)均載)。相比之下,移船小車均載控制程序復(fù)雜、容易出現(xiàn)故障,很難達(dá)到與模塊車同步頂升、平衡分?jǐn)傌?fù)載的要求。因此,我們對(duì)小車液壓系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。
液壓系統(tǒng)改裝主要為將原主動(dòng)均載改為被動(dòng)均載,通過增加外接串聯(lián)油管將大組內(nèi)的每臺(tái)小車頂升油缸串聯(lián)在一起,形成大組內(nèi)均載床,使移船小車與模塊車的均載功能一致。
經(jīng)過改裝后的小車不僅能與模塊車匹配進(jìn)行聯(lián)動(dòng),而且自身性能有了很大的改進(jìn),應(yīng)用于產(chǎn)品下水時(shí)效率更高、設(shè)備故障率更低、系統(tǒng)穩(wěn)定性更可靠、風(fēng)險(xiǎn)更可控。
2.3.2 聯(lián)動(dòng)控制策略
管節(jié)運(yùn)輸精度要求非常高,不僅要求整體變形控制在20mm以內(nèi),而且因澆筑工位設(shè)計(jì)緊湊,管節(jié)運(yùn)輸上岸時(shí)中心線或者平整度稍有偏差,就會(huì)碰到車間邊緣或者下方的支墩,因此必須保證兩套設(shè)備聯(lián)合動(dòng)作時(shí)的同步精度。
為此,我們根據(jù)兩套設(shè)備的性能特點(diǎn),在特定階段采取特殊操作策略,通過人工操控實(shí)現(xiàn)兩套設(shè)備的高度同步,當(dāng)兩套設(shè)備同步頂升/下降時(shí),采取以負(fù)載大且動(dòng)作靈敏的移船小車為主、負(fù)載小而可控性較好的模塊車為輔的策略,通過壓力監(jiān)控、人工遙控操作模塊車跟隨移船小車同步頂升/下降;當(dāng)兩套設(shè)備聯(lián)合行走時(shí),采取由驅(qū)動(dòng)/制動(dòng)能力強(qiáng)的模塊車作為牽引、移船小車從動(dòng)跟隨行走的策略,可達(dá)到兩套設(shè)備完全同步行走的效果。
根據(jù)以上策略,我們制定了移船小車與模塊車聯(lián)合運(yùn)輸?shù)牟僮髁鞒蹋?/p>
(1)移船小車和模塊車按布車方案進(jìn)入鋼殼管節(jié)底部指定位置;
(2)僅移船小車同步頂升,將管節(jié)頂離地10~20mm,稱重讀出鋼殼實(shí)際重量,再重新放置于支墩上;
(3)移船小車預(yù)頂升,使所有小車貼緊管節(jié)底;
(4)移船小車分組設(shè)定,根據(jù)重心前后、左右分成1~4四個(gè)分組,手工輸入設(shè)定每一組小車受力值為(實(shí)際稱出重量-模塊車承載重量3000t)/4;
(5)模塊車分組,根據(jù)重心前后、左右分成ABCD四個(gè)分組;
(6)模塊車先頂升,ABCD組頂升同樣重量,直至總承重為3000t時(shí)停止;
(7)模塊車與移船小車同時(shí)頂升,直至將鋼殼頂離支墩;
(8)通過遙控操縱模塊車驅(qū)動(dòng)行走,移船小車從動(dòng)跟隨(離合打開),將管節(jié)運(yùn)輸至駁船;運(yùn)輸過程中如管節(jié)姿態(tài)變化大,則通過移船小車和模塊車各大組分別頂升、下降來進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整;
(9)管節(jié)到位后,在駁船上坐墩;
(10)管節(jié)運(yùn)輸?shù)焦鹕綅u轉(zhuǎn)移上岸,采用同樣的方法。
采用移船小車與模塊車兩套設(shè)備聯(lián)合運(yùn)輸?shù)姆椒?,可充分發(fā)揮船廠優(yōu)質(zhì)設(shè)備資源的利用價(jià)值,避免設(shè)備設(shè)施的重復(fù)投資,節(jié)省作業(yè)成本。該方法不僅適用于深中通道鋼殼制造項(xiàng)目,而且更適合推廣應(yīng)用于產(chǎn)品種類多變的造船行業(yè)船舶過駁下水作業(yè),其充分融合了兩套設(shè)備的各自優(yōu)勢(shì):船舶艏艉線型外底處承載面積小、結(jié)構(gòu)強(qiáng),使用單位面積承載能力大的移船小車作為頂升設(shè)備,避免了大量的工裝;船舶貨艙平直外底區(qū)結(jié)構(gòu)弱、承載面積大,使用單位面積承載能力較小的模塊車作為頂升設(shè)備,不僅方便、靈活,而且適應(yīng)任何型寬的船舶,甚至超大型的海工產(chǎn)品。
該方法在深中通道超大型沉管隧道鋼殼上的成功應(yīng)用,不僅實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品從平臺(tái)線運(yùn)輸上駁船,而且實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品從駁船運(yùn)輸上岸,為日后實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品異地建造后上平臺(tái)線合攏、產(chǎn)品上平臺(tái)線返修等奠定了基礎(chǔ),拓展了船廠平臺(tái)線的產(chǎn)品業(yè)務(wù)范圍。
圖7 移船小車與模塊車聯(lián)合運(yùn)輸船舶布車圖
圖8 深中通道鋼殼管節(jié)聯(lián)合運(yùn)輸成功過駁
圖9 深中通道鋼殼管節(jié)在桂山島成功上岸
深中通道超大型沉管隧道鋼殼管節(jié)采用移船小車與模塊車聯(lián)合運(yùn)輸過駁及上岸的方法,是船廠平臺(tái)線產(chǎn)品運(yùn)輸過駁下水的一種全新方法,該方法的成功應(yīng)用與推廣,不僅可擴(kuò)大船廠平臺(tái)線適造產(chǎn)品的范圍,為平臺(tái)線建造大型海工產(chǎn)品、半船異地建造后上平臺(tái)合攏、船舶上平臺(tái)返修等奠定了基礎(chǔ),而且為日后充分發(fā)揮船廠設(shè)備資源優(yōu)勢(shì)、通過設(shè)備組合來實(shí)現(xiàn)更多樣的平臺(tái)過駁下水作業(yè)提供了參考,有助于推動(dòng)船廠資源整合、降低企業(yè)投資成本。