鄭家豪 廣東金東海勘察設(shè)計(jì)有限公司
針對(duì)船排工程而言,滑道、橫移區(qū)和船臺(tái)的平面布置為重點(diǎn)設(shè)計(jì)內(nèi)容,若想達(dá)到對(duì)船排更為科學(xué)合理的平面方案,結(jié)合以往的工程案例,對(duì)船排工程中平面布置設(shè)計(jì)要點(diǎn)開展案例分析,現(xiàn)實(shí)意義顯著。
汕頭江南船舶修造廠的船排工程位于礐石蜈田村。該項(xiàng)目[1]建設(shè)規(guī)模為新建1座5000DWT主滑道和一座2000DWT橫移區(qū),四座2000DWT船臺(tái)。工程設(shè)計(jì)范圍以主滑道、船臺(tái)及橫移區(qū)域?yàn)橹鳌,F(xiàn)結(jié)合該船排工程,對(duì)平面布置方案開展實(shí)例分析。
針對(duì)此船排工程總體方案設(shè)計(jì)及其優(yōu)化實(shí)踐中,所需遵守的設(shè)計(jì)原則詳細(xì)如下:一是務(wù)必要嚴(yán)格依照國(guó)家及交通運(yùn)輸部對(duì)水運(yùn)工程所提出現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范,實(shí)施總體設(shè)計(jì);二是平面設(shè)計(jì)務(wù)必要綜合考慮到此船排工程實(shí)際所處整個(gè)海域水文地質(zhì)條件,確保可充分滿足船舶的上下船排實(shí)操安全層面要求,且與廠區(qū)整體的規(guī)劃需求相符;三是要充分滿足于廠區(qū)總體生產(chǎn)管理及安全生產(chǎn)、工藝流程和分期建設(shè)等各項(xiàng)需求,盡可能地節(jié)約項(xiàng)目投資,達(dá)到成本控制目的;四是務(wù)必要確保和廠區(qū)陸域及其鄰近建筑維持良好協(xié)調(diào)性,防止互相影響或是干擾情況出現(xiàn),并考慮到廠區(qū)今后發(fā)展需求,達(dá)到總體規(guī)劃、分期實(shí)施、安全適用、經(jīng)濟(jì)合理的目的。
2.2.1 設(shè)計(jì)水位
設(shè)計(jì)高水位:1.30m(高潮10%)。
設(shè)計(jì)低水位:-0.56m(低潮90%)。
極端高水位:3.42m(五十年一遇)。
極端低水位:-1.34m(五十年一遇)。
上排水位:0.60m(上排噸位5000噸級(jí)船型);-0.56m(上排噸位2000噸級(jí)船型)。
2.2.2 設(shè)計(jì)船型尺度
設(shè)計(jì)代表船型尺度詳見表1。
表1 設(shè)計(jì)代表船型尺度表
2.3.1 滑道主要參數(shù)確定
(1)滑道型式采用縱向機(jī)械化分節(jié)船排滑道。
(2)滑道選線:選取與廠區(qū)岸線垂直的方向布置。
(3)滑道坡度取1:18。
(4)軌距:主滑道設(shè)2根主鋼軌,一般為1/2~1/3船寬。5000DWT船舶寬度為15.2m,其軌距為5.07~7.6m,2000DWT船舶寬度12~13.5m,其軌距為4.0~6.75m,綜合考慮,本工程主滑道軌距取6m。
(5)滑道末端水深。根據(jù)《縱向傾斜船臺(tái)及滑道設(shè)計(jì)規(guī)范》(CB/T 8502-2005)[2]滑道末端水深由下式確定:
式中:TF——首排處吃水(m);5000DW T取2.8m,2000DW T取1.9m;
a——裕度,為0.3~0.5m。取0.3m;
h1——首排上的曲線邊墩高度,民用船舶通常不考慮;
hT——首排及墊木高度,小船取0.8~1.0m,大船取1.0~1.2m,取1.2m;
Lpp——船舶垂線間長(zhǎng)(m),5000DWT船取92.50m,2000DWT船取65.2m;
i——滑道坡度,取1:18。
圖1 船排工程平面布置圖
下水車的總長(zhǎng)度取0.9算,滑道末端水深H為:
5000DWT船型:H=2.8+0.3+1.2+0.9×92.5/18=8.93m 2000DWT船型:H=1.9+0.3+1.2+0.9×65.2/18=6.66m
(6)滑道末端標(biāo)高。5000DWT船型上排水位為0.6m,則滑道末端標(biāo)高為-8.33m。
2000 DWT 船型上排水位為-0.56 m,則滑道末端標(biāo)高為-7.22m。
(7)滑道頂端高程。本工程滑道頂端高程取設(shè)計(jì)高水位1.30m。
(8)滑道長(zhǎng)(按5000DW T船舶計(jì)算)?;篱L(zhǎng)=(滑道頂端高程-滑道末端高程)×18=(8.33+1.3)×18=173.34m。取整174m。
2.3.2 船臺(tái)區(qū)
(1)主滑道頂端船臺(tái)的坡度、軌距與下水滑道取值一致。
(2)采用露天船臺(tái)。
(3)船臺(tái)主尺度。
1)船臺(tái)長(zhǎng)度。
2000DWT船型:
L=LOA+2l=70+2×2.5=75m
5000DWT船型:
L=LOA+2l=100+2×2.5=105m
式中:
LOA——船舶總長(zhǎng),2000DWT船型船長(zhǎng)為70m,5000DWT船型船長(zhǎng)為99.99m;
l——腳手架寬度,1.5~2.5m,取2.5m。
2)船臺(tái)寬度:2000DWT船型:
B=BO+2b+2b3=13.5+2×2.5+2×2.5=23.5m,
取24m;連續(xù)布置兩側(cè)船臺(tái)寬度取22m。
5000DWT船船型:
B=BO+2b+2b3=15.2+2×2.5+2×1.9=24m
B0——2000 DWT船型寬度為13.5m,5000DW T船型寬度為15.2m;
b——腳手架寬度,1.5~2.5m,取2.5m;
b3——2000DWT船臺(tái)通道寬度,取2.5m,5000DWT船臺(tái)通道寬度,取1.9m。
(4)船臺(tái)滑道總長(zhǎng)??傞L(zhǎng)=船臺(tái)長(zhǎng)度+滑道長(zhǎng)度-船臺(tái)與滑道共用長(zhǎng)度=105+174-18=261m
(5)船臺(tái)滑道首端高程。船臺(tái)滑道首端高程:1.3+87/18=6.13m
2.3.3 橫移區(qū)
橫移區(qū)及船臺(tái)按2000DWT船型設(shè)計(jì)。采用變坡橫移方式。
(1)橫移區(qū)寬度。橫移區(qū)寬度取為船舶的0.85-0.90倍垂線間長(zhǎng)。2000DWT的設(shè)計(jì)船長(zhǎng)為70m,則取值范圍為59.5-63m。本工程橫移區(qū)寬度取值為60m。
(2)變坡區(qū)長(zhǎng)度。在橫移變坡區(qū)段,最外兩側(cè)橫移軌坡度最大,通常在1:10-1:14之間,取值為1:11。
L=L1+L2+L3+L4+L5
=2+6+17.6+1.5+2=29.1m
式中:L——變坡區(qū)總長(zhǎng)度(m);
L1——軌道首端延長(zhǎng)2m;
L2——主滑道軌距6m;
L3——橫移區(qū)終點(diǎn)到折角點(diǎn)的水平投影:
L3=h1/i=1.6×11=17.6m;
L4——軌道折角點(diǎn)到圓弧上切點(diǎn)的距離為1.5m;
L5——軌道末端延長(zhǎng)2m;
h1——最邊兩軌與中軌的高差h1均為1.6m;
i——最外側(cè)橫移軌坡度,取1:11。
本工程變坡區(qū)長(zhǎng)度取值為30m。
(3)橫移區(qū)水平段軌頂高程。
橫移車高度為1.68m,則水平段軌頂高程:
1.30+30/18-1.68=1.29m
(4)2000DWT船臺(tái)高程。
船臺(tái)軌頂高程:
1.29+1.68=2.97m
橫移區(qū)長(zhǎng)度:變坡區(qū)長(zhǎng)度經(jīng)計(jì)算為30m,水平段長(zhǎng)度為59m。
橫移區(qū)軌距:按九軌布置,軌距為7.2m,邊軌距離橫移區(qū)邊緣為1.2m。
2.3.4 定位碼頭
(1)定位碼頭位置。定位碼頭布置在主滑道西側(cè),碼頭尺寸60m×8m,其中心軸距主滑道中心軸15m,在定位碼頭上設(shè)置10t絞盤。
(2)碼頭前沿位置。定位碼頭布置在原有堤前以外60m,按突岸碼頭進(jìn)行平面布置。
(3)泊位長(zhǎng)度。
Lb=L+2d=70+2×8=86m,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況,泊位長(zhǎng)度實(shí)取60m。
式中:Lb——泊位長(zhǎng)度(m);
L——設(shè)計(jì)船長(zhǎng)(m ),考慮2000DWT船舶為主,L取70m;
d——富裕長(zhǎng)度(m),根據(jù)《海港總平面設(shè)計(jì)規(guī)范》,d取8m。
(4)碼頭面高程。根據(jù)《海港總平面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTS 165-2013)[3],碼頭面高程由下式計(jì)算:E=DWL+△w=1.30+1.67=2.97m
式中:E——碼頭前沿頂高程(m);
DWL——設(shè)計(jì)水位(m),設(shè)計(jì)高水位1.3m;
△w——水上標(biāo)準(zhǔn)的富裕長(zhǎng)度(m),取1.67m,
碼頭面高程與堤岸面高程一致,為2.97m。
(5)碼頭前沿設(shè)計(jì)水深及底標(biāo)高。
按下式計(jì)算:
D=T+Z1+Z2+Z3+Z4
其中:D——碼頭前沿設(shè)計(jì)水深(m);
T——設(shè)計(jì)船型滿載吃水(m),按2000DWT船舶考慮;
Z1——龍骨下最小富裕深度(m);
Z2——波浪富裕深度(m);
Z3——船舶因配載不均勻而增加的艉吃水值;
Z4——備淤富裕深度(m);
碼頭前沿底標(biāo)高=設(shè)計(jì)低水位-D,計(jì)算結(jié)果見表2。
表2 碼頭前沿設(shè)計(jì)底高程計(jì)算表
(6)碼頭前沿停泊水域?qū)挾?。碼頭前沿停泊水域?qū)挾劝?000DWT船型船寬確定,根據(jù)《海港總體規(guī)范》要求取2倍設(shè)計(jì)船寬,見表3。碼頭前沿停泊水域?qū)挾热?7m。
表3 碼頭前沿停泊水域?qū)挾扔?jì)算表
2.3.5 定位平臺(tái)
平臺(tái)位置。定位平臺(tái)布置在主滑道東側(cè),其中心軸距主滑道中心軸15m,平臺(tái)尺寸為6m×6m,通過(guò)鋼棧橋與地面連接,鋼棧橋長(zhǎng)54m寬2m。
(2)定位平臺(tái)頂標(biāo)高取值與鋼碼頭標(biāo)高一致,為2.97m。
2.4.1 船排滑道布置
依照著廠區(qū)總體規(guī)劃,滑道型式采用縱向機(jī)械化分節(jié)船排滑道。5000DWT與2000DWT下水滑道共用一條滑道。下水滑道按5000DWT船型設(shè)計(jì),呈雙軌布設(shè),總長(zhǎng)為261m,軌距設(shè)定6m,坡度設(shè)定1:18;主滑道的末端水域底標(biāo)高-4.06m;定位碼頭,設(shè)于主滑道的西側(cè)位置,長(zhǎng)度為60m,頂部和船臺(tái)區(qū)域的標(biāo)高2.97m,底部標(biāo)高設(shè)-3.16m;定位平臺(tái),設(shè)于主滑道的東側(cè)位置,長(zhǎng)寬均設(shè)定6m,平臺(tái)頂部和2000DWT的船臺(tái)標(biāo)高均為2.97m。船舶操作回旋水域布置于主滑道末端,直徑為200m,為最大船長(zhǎng)的2倍,水域設(shè)計(jì)底標(biāo)高為-4.06m。
2.4.2 定位碼頭和定位平臺(tái)布置
(1)定位碼頭:布置在主滑道西側(cè),長(zhǎng)60m、寬8m,碼頭頂標(biāo)高與船臺(tái)區(qū)標(biāo)高一致,為2.97m。碼頭主要???000DWT以下的船舶,港池寬度取兩倍的設(shè)計(jì)船寬26m,底標(biāo)高為-3.16m。
(2)定位平臺(tái):布置在主滑道東側(cè),長(zhǎng)寬各6m,定位平臺(tái)通過(guò)鋼棧橋與陸域連接,鋼棧橋長(zhǎng)54m,寬2m。平臺(tái)頂標(biāo)高與2000DWT船臺(tái)標(biāo)高一致,為2.97m。
2.4.3 橫移區(qū)和船臺(tái)區(qū)布置
橫移區(qū)域部分實(shí)行橫移變坡方式,將其布設(shè)至主滑道上面,整個(gè)變坡區(qū)域的長(zhǎng)寬度即30m×60m,且水平區(qū)域59m。
船臺(tái)區(qū)域:主滑道末端布設(shè)5000DWT船臺(tái),長(zhǎng)度約105m,選定壓排修理為主要方式,把5000DWT的船舶壓于船排和橫移區(qū)域橫移架上面實(shí)施修理,對(duì)橫移區(qū)域水平段的北側(cè)位置布設(shè)3個(gè)2000DWT船臺(tái),中間船臺(tái)長(zhǎng)寬為75m×24m,且兩側(cè)船臺(tái)為同等尺寸。
2.4.4 絞車房布置
絞車房布設(shè)3個(gè),滑道首端位置布設(shè)主滑道的絞車房,與主滑道的首端間距13m,建筑平面實(shí)際尺寸設(shè)定15m×16m,實(shí)行雙層框架類型結(jié)構(gòu);橫移區(qū)域末端西面位置布設(shè)絞車房,中軌與橫移軌相對(duì)應(yīng),建筑的平面尺寸設(shè)定10m×6m,實(shí)行單層框架類型結(jié)構(gòu);橫移區(qū)域南側(cè)位置布設(shè)船臺(tái)的絞車房,對(duì)著2號(hào)船臺(tái),建筑的平面尺寸設(shè)定10m×6m,采用單層框架類型結(jié)構(gòu)。
2.4.5 擋土墻布置
主滑道、橫移區(qū)及船臺(tái)區(qū)的周邊均設(shè)置擋土墻,擋土墻采用漿砌石結(jié)構(gòu),擋土墻基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),基礎(chǔ)底下采用水泥攪拌樁進(jìn)行軟基處理及加固。
2.4.6 平面布置小結(jié)
該方案呈較低造價(jià)、較短工期,可充分滿足于廠區(qū)總體發(fā)展需求,但大小類型船舶需要共用同條滑道,滑道上面開展大型船舶修理操作期間,小型船舶則無(wú)法通過(guò)橫移區(qū)域移到船臺(tái)進(jìn)行修理??紤]到廠區(qū)總體發(fā)展需求和廣大業(yè)主要求,該方案更具經(jīng)濟(jì)可行性。
綜上所述,為實(shí)現(xiàn)對(duì)船排工程平面布置方案設(shè)計(jì)及其優(yōu)化目的,需廣大設(shè)計(jì)者能夠結(jié)合工程項(xiàng)目的具體情況及各項(xiàng)要求,結(jié)合船廠實(shí)際需求,選定適宜、安全、經(jīng)濟(jì)的平面布置方案,為船廠總體效益提供基礎(chǔ)保障。