陳碩穎，袁晨晨，王友亮，張春，林劍

（長(zhǎng)江南京航道工程局，江蘇 南京 215000）

隨著作為綠色交通運(yùn)輸重要手段的水上運(yùn)輸業(yè)的蓬勃發(fā)展，全球港口的貨物吞吐量不斷增加，運(yùn)輸船舶的大型化發(fā)展趨勢(shì)日益明顯[1,2,3]。水上運(yùn)輸最為關(guān)鍵的就是港口和航道的通航水深，船舶大型化使得港口和航道疏浚維護(hù)的深度也逐漸增加[4,5]。但是，早期建造的小型疏浚船舶的挖深較淺、艙容面積較小、作業(yè)效率較差，已經(jīng)無(wú)法滿足日益拓寬和加深的港口和航道疏浚維護(hù)施工要求。對(duì)小型和老齡化嚴(yán)重的船舶進(jìn)行維修和改建，是提高港口航道疏浚船舶作業(yè)效率的常規(guī)做法[6,7]。船舶維修經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，工藝技術(shù)已趨于成熟。但船舶改建由于在實(shí)施過(guò)程中要將船體從中間切斷后加長(zhǎng)，破壞了船舶整體的縱向強(qiáng)度和剛度，施工過(guò)程中稍有偏差，改造后的船體在運(yùn)營(yíng)中就存在發(fā)生扭曲、斷裂的風(fēng)險(xiǎn)，所以技術(shù)工藝復(fù)雜、操作實(shí)施難度較大。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者都對(duì)小型船舶的改建工藝技術(shù)進(jìn)行了有益的研究和探索，研制出的小型船舶加長(zhǎng)改建工藝方法中，新加分段的制作工藝有小分段嵌入法和總段吊裝法兩種，船體的分離和合攏工藝以拉移法和沉浮法等兩類方法為主，也已有應(yīng)用這些方法對(duì)散貨船、集裝箱船、油船、多用途船等不同船型的小型船舶加長(zhǎng)改建的成功案例[8,9,10]。但是，針對(duì)不同的船舶船型、疏浚施工要求、改建場(chǎng)地及技術(shù)裝備等條件小型船舶加長(zhǎng)改建工藝方法也不相同，要采用最為適合的技術(shù)工藝方法保證小型船舶加長(zhǎng)改建工程的順利實(shí)施。為此，本文開(kāi)發(fā)了小型船舶加長(zhǎng)改建氣囊拉移法這種新型施工工藝方法，并依托500 方自航耙吸式挖泥船在斜船臺(tái)加長(zhǎng)改建的成功案例，研究了氣囊拉移法施工應(yīng)用的控制要點(diǎn)及工藝流程，量化了新加分段預(yù)制、船體切割分離、搭載和合攏精度控制和配套疏浚設(shè)備等各施工階段的技術(shù)參數(shù)，以期為小型疏浚船舶的加長(zhǎng)改造提供技術(shù)參考。

1 氣囊拉移施工工藝方法及控制要點(diǎn)

受到施工場(chǎng)地及技術(shù)裝備的制約，再加上對(duì)船體新增環(huán)段加工制作精度的要求，以及船廠自身的技術(shù)水平、船舶塢期和船東船期等因素的影響，小型船舶加長(zhǎng)改建工程具體的施工方案也各不相同。通過(guò)對(duì)近年來(lái)國(guó)內(nèi)外關(guān)于小型船舶加長(zhǎng)改建方面理論研究和工程案例的綜合分析發(fā)現(xiàn)，小型船舶加長(zhǎng)改建常見(jiàn)的主要方法有軌道拉移法和船塢沉浮法兩種。其中，軌道拉移法對(duì)加長(zhǎng)改造施工基礎(chǔ)設(shè)備的要求比較高，還需要在所用船臺(tái)上鋪設(shè)專用軌道來(lái)分離和合攏切開(kāi)的船體，雖然施工精度較高、施工工期較短，但工程投入巨大、工程費(fèi)用高；船塢沉浮法是利用船塢沉浮的特性，來(lái)實(shí)現(xiàn)分離船體艏艉各分段的目的，對(duì)施工場(chǎng)地的要求不高，但施工環(huán)節(jié)多、過(guò)程復(fù)雜、精度難控制、施工工期長(zhǎng)。

長(zhǎng)江南京航道工程局的“航浚22”輪是自航耙吸式挖泥船，該船船長(zhǎng)76.2 米，船寬14.0 米，型深5.2 米，總噸2123。為提高其在港口航道疏浚維護(hù)過(guò)程中的深度和效率，南京長(zhǎng)江油運(yùn)有限公司紫金山船廠對(duì)“航浚22”輪進(jìn)行了加長(zhǎng)改建。紫金山船廠僅有一個(gè)軌道的斜船臺(tái)和一臺(tái)40T 的門(mén)吊，基于“航浚22”輪的加長(zhǎng)改造工作受基礎(chǔ)設(shè)備的限制較大方面考慮，并結(jié)合“航浚22”輪自身的船體特征，本文創(chuàng)新開(kāi)發(fā)了一種新型的小型船舶加長(zhǎng)改建方法，即氣囊拉移法。該方法是在船舶上船臺(tái)落墩后，將船體沿劃線環(huán)口進(jìn)行切割，然后在艏段下方布排氣囊并充氣，膨脹的氣囊會(huì)將船舶艏部頂起，再利用牽拉絞車(chē)和滑輪組將其拉移至指定位置撤除氣囊艏部落墩，待新分段搭載完成后，再于艏段下方位置處重新布排氣囊并充氣，在坡度和重力的作用下艏段會(huì)緩慢回移，配合絞車(chē)牽拉調(diào)整實(shí)現(xiàn)二次合攏，圖1 為氣囊拉移法分段施工示意圖。

圖1 “氣囊拉移法”示意圖

“氣囊拉移法”對(duì)場(chǎng)地要求不高，氣囊和絞車(chē)等設(shè)備也有專業(yè)的服務(wù)公司來(lái)提供，但是精度控制相對(duì)困難，需要多次對(duì)氣囊進(jìn)行充放氣調(diào)節(jié)艏段高度，還要利用絞車(chē)往返牽拉和回移來(lái)調(diào)節(jié)艏段位置，直至精度符合規(guī)范要求，才可進(jìn)行定位和落墩。假如船臺(tái)沒(méi)有坡度，或者在塢內(nèi)，拉移裝置可布置在前面和兩側(cè)，從而實(shí)現(xiàn)遷移艏段位置的目的。此外，耙吸挖泥船的特性還要對(duì)泥門(mén)系統(tǒng)、耙管、耙管絞車(chē)等疏浚設(shè)備和控制系統(tǒng)進(jìn)行配套改裝。

2 氣囊拉移法施工技術(shù)參數(shù)量化

2.1 分段預(yù)制

為了合理控制改建周期同時(shí)滿足高精度要求，我們優(yōu)先考慮了“小分段嵌入法”——即將“航浚22”新增環(huán)段分為主甲板以下3 個(gè)小分段和艙口圍3 個(gè)小片體，圖2 主甲板以下分段劃分示意圖。在船舶進(jìn)船廠改建前，應(yīng)組織船廠和設(shè)計(jì)院相關(guān)人員到實(shí)船勘查，組織行業(yè)專家進(jìn)行分析，之后提供原結(jié)構(gòu)圖紙給設(shè)計(jì)人員，要求預(yù)制好部分分段，以節(jié)約改建周期。由于“航浚22”船齡為15 年，考慮到耙吸挖泥船頻繁裝卸泥漿船體會(huì)有一定變形，小分段嵌入能相對(duì)靈活調(diào)節(jié)寬度和高度，相比“總段吊裝法”，能更好保證新舊合攏口的搭載精度。

圖2 主甲板以下分段劃分

2.2 劃線切割和標(biāo)記

劃線是否精準(zhǔn)直接決定切開(kāi)端面的平整度，也將影響后續(xù)搭載的質(zhì)量，因此需要電子激光儀器輔助在FR67+200 處劃線，并根據(jù)原船F(xiàn)R67 和FR68 肋位的結(jié)構(gòu)來(lái)做進(jìn)一步校準(zhǔn)，主船體切割前要做好環(huán)線兩側(cè)的加強(qiáng)措施，防止自由端扭曲變形。由于“航浚22”FR67肋位為強(qiáng)肋位因此尾段不用做角鋼加強(qiáng)，艏段和泥艙內(nèi)寬正常按要求加強(qiáng)，圖3 為切割環(huán)縫周?chē)訌?qiáng)措施。

圖3 切割環(huán)縫周?chē)訌?qiáng)措施

在切割前應(yīng)做好必要的標(biāo)記，我們采用五段線法進(jìn)行標(biāo)記，圖4 為劃線檢測(cè)標(biāo)記圖，配合固定好的激光經(jīng)緯儀測(cè)量記錄這五條線與船體的偏差數(shù)據(jù)，如測(cè)量主船體的撓度，舷側(cè)和主甲板的平整度等，輔助后續(xù)分段搭載和艏段合攏的精度控制。

圖4 劃線檢測(cè)標(biāo)記圖示

圖5 部分需要改裝的疏浚設(shè)備

2.3 搭載和合攏精度控制

在主船體割開(kāi)以后應(yīng)立即開(kāi)展實(shí)船二次勘測(cè)，利用激光測(cè)距儀等精密儀器重新測(cè)繪，記錄切割端面的平整度、高度、寬度等數(shù)據(jù)。采用“小分段嵌入法”進(jìn)行搭載，分段預(yù)制時(shí)合攏口留有10mm 左右的余量，結(jié)合搭載情況和測(cè)繪數(shù)據(jù)修正船舶因切割或使用變形產(chǎn)生的偏差[2]。利用先前標(biāo)記好的“五段線”配合固定好的激光經(jīng)緯儀建立動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，利用絞車(chē)和葫蘆等裝置調(diào)節(jié)新分段和艏段的位置，調(diào)整至符合規(guī)范要求后，在直底、平底、泥艙和主甲板等位置安裝定位長(zhǎng)碼板[9]。

合攏口的焊接質(zhì)量也是精度控制的重要流程，需要控制好焊前和焊后的精度，焊前開(kāi)坡口時(shí)要重點(diǎn)關(guān)注坡口的間距，坡口附近的清潔打磨等工作，局部變形或者無(wú)法調(diào)節(jié)位置應(yīng)在焊前開(kāi)刀調(diào)順。焊后在處理好表面焊瘤、夾渣、氣孔等常規(guī)缺陷后，應(yīng)適當(dāng)增加超聲波探傷的比例，進(jìn)行100%抽真空密性試驗(yàn)，確保合攏口焊接質(zhì)量[4]。

2.4 配套疏浚設(shè)備

耙吸挖泥船的加長(zhǎng)改建還要考慮挖深、艙容、卸泥系統(tǒng)的配套改裝，我們?cè)诩娱L(zhǎng)改建時(shí)，應(yīng)先考慮泥艙的整體布置情況，“航浚22”原船有三個(gè)泥門(mén)，即泥艙可分為三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)段。據(jù)此我們結(jié)合使用需求和實(shí)船情況決定增加一個(gè)泥艙標(biāo)準(zhǔn)段并新增一套泥門(mén)系統(tǒng)，這樣既能滿足與前后結(jié)構(gòu)的對(duì)接也能達(dá)到加長(zhǎng)改建目的。需要注意的是，挖泥船相應(yīng)的疏浚管系和液壓管系也應(yīng)隨著延長(zhǎng)，艏尾貫通的電纜應(yīng)增加接線盒延長(zhǎng)電纜長(zhǎng)度。此外，耙管加長(zhǎng)以后還要考慮吊架的強(qiáng)度、鋼絲繩的粗細(xì)、絞車(chē)的拉力、疏浚控制系統(tǒng)控制邏輯等是否需要進(jìn)行配套改裝。

3 結(jié)論

“航浚22”改建后艙容增加了約300 方，挖深增加了約4.5 米，各項(xiàng)指標(biāo)和試驗(yàn)均符合中國(guó)船級(jí)社的檢驗(yàn)要求，同時(shí)適應(yīng)了更多深水航道的維護(hù)疏浚需求，經(jīng)過(guò)半年投產(chǎn)觀察，各項(xiàng)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，船體結(jié)構(gòu)滿足使用需求。

耙吸挖泥船加長(zhǎng)改建在我國(guó)尚屬首例，經(jīng)過(guò)對(duì)“航浚22”的成功加長(zhǎng)改建積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)根據(jù)已有的條件自創(chuàng)了“氣囊拉移法”，該方法對(duì)場(chǎng)地和設(shè)備要求不高，只要能安放遷移絞車(chē)裝置干船塢、浮塢、船臺(tái)均適用，且周期比“船塢沉浮法”短，設(shè)備要求和成本控制均低于“軌道拉移法”，具有較大可操作性，具備進(jìn)一步推廣的優(yōu)勢(shì)。