大型構(gòu)件滾裝上駁船方案探討

魏笑科　羅興民

摘 要：本文以港珠澳大橋索塔橋墩防撞鋼套箱為例，介紹一種將裝運(yùn)駁船碼頭?？浚肧PMT液壓平板小車將大型構(gòu)件側(cè)向滾裝上船方案。此方案優(yōu)點(diǎn)是能解決大型構(gòu)件裝船的難題；滾裝上駁船的穩(wěn)定性好；縮短大型構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)安裝周期。

關(guān)鍵詞：橋墩防撞鋼套箱；SPMT小車；駁船；調(diào)載；滾裝

中圖分類號(hào)：U693 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 引言

橋墩防撞設(shè)施目前一般選用鋼套箱為主防撞結(jié)構(gòu)，在其外設(shè)置緩沖護(hù)舷，起到輔助防撞作用。港珠澳大橋青州航道橋56#、57#索塔防撞設(shè)施采用啞鈴型鋼套箱結(jié)構(gòu)，外形尺寸為91 m x 43 m x 8.5m，橋墩防撞鋼套箱（以下簡(jiǎn)稱鋼套箱）整體重量1 780 t。目前，這種鋼套箱安裝的方案有兩種形式：一種為分段制造運(yùn)輸，現(xiàn)場(chǎng)分段吊到位。優(yōu)點(diǎn)是裝船運(yùn)輸可以分多個(gè)批次，重量輕，方便吊裝運(yùn)輸，風(fēng)險(xiǎn)小；缺點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)吊裝并組裝成整體工作量大且安裝難度大，風(fēng)險(xiǎn)高；另一種是鋼套箱分段制作，在制造廠組裝成整體結(jié)構(gòu)，整體裝船運(yùn)輸，現(xiàn)場(chǎng)采用大型浮吊整體吊裝到位。

超大型構(gòu)件裝駁船目前比較常用的方案有四種：（1）浮吊吊裝：優(yōu)點(diǎn)是周期短，制作工裝少；缺點(diǎn)是吊裝成本高。這種超大型吊裝一般要用兩臺(tái)浮吊聯(lián)合抬吊，兩臺(tái)浮吊要1 000 t以上，由于鋼套箱尺寸較大，對(duì)浮吊的工作半徑要求至少是鋼套箱寬度一半，兩臺(tái)浮吊的租借費(fèi)用很高，華南地區(qū)租借難，不利于成本控制；（2）軌道小車?yán)粕洗豪? 750 t鋼套箱上駁船至少需布置100 t小車40臺(tái)，100 t以上的小車很難租借到這么多，專門訂制成本太高，且結(jié)構(gòu)加強(qiáng)和軌道梁的制作成本很高；（3）滑動(dòng)方式拉移上駁船：同樣需要制作滑塊、滑槽、軌道梁等工裝，若多批次的重復(fù)使用成本還可以分?jǐn)?，少量的拉移上船制作工裝的成本太高；（4）液壓平板車滾裝上駁船：目前國(guó)內(nèi)外大型構(gòu)件移位比較先進(jìn)的方案可選用液壓驅(qū)動(dòng)的平板車，這種模塊化生產(chǎn)及組裝的自行式平板拖車，可以根據(jù)裝載貨物的不同需求被配置成各種結(jié)構(gòu)、尺寸和重量，短期內(nèi)租借平板車的成本也容易控制。經(jīng)過(guò)比較和分析，我們最終選定了第（4）種方案，利用液壓平板車滾裝上駁船。

2 技術(shù)方案

2.1 滾裝用主要設(shè)備

SPMT（Self-Propelled Modular Trailers） 是一種模塊化生產(chǎn)及組裝的自行式平板拖車，可以根據(jù)裝載貨物的不同需求配置成各種結(jié)構(gòu)、尺寸和重量。SPMT的基礎(chǔ)部件是一個(gè)4軸線或6軸線的模塊組以及一個(gè)動(dòng)力頭。SPMT的牽引力是由液壓馬達(dá)提供的，液壓馬達(dá)的動(dòng)力是由置于設(shè)備末端的動(dòng)力頭提供，這就保證了SPMT擁有出色的牽引力以及緊湊的布局結(jié)構(gòu)。SPMT每一軸線都是在主控程序的精確控制下執(zhí)行各種動(dòng)作并實(shí)現(xiàn)各種姿態(tài)（如：移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、升降等），不僅具備良好的操控性，同時(shí)還可以完成傳統(tǒng)拖車（如：運(yùn)梁車等）無(wú)法完成的動(dòng)作。例如：輕松地原地調(diào)頭、橫向平移、繞中點(diǎn)旋轉(zhuǎn)。SPMT的載重平臺(tái)可以通過(guò)懸掛系統(tǒng)進(jìn)行升降以便裝卸貨物并保持平臺(tái)的水平狀態(tài)。

2.2 運(yùn)輸駁船

本方案采用側(cè)向滾裝，選用甲板駁船運(yùn)輸，要求運(yùn)輸駁船裝載甲板尺寸要不小于運(yùn)輸構(gòu)件，駁船要有足夠調(diào)載能力，穩(wěn)性要滿足側(cè)向滾裝要求。選用駁船主要參數(shù)：總長(zhǎng)120.5 m，型寬43.4 m，型深7.5 m，設(shè)計(jì)吃水50 m，壓載水調(diào)節(jié)能力2 400 m3/h。本次調(diào)載為左右舷對(duì)調(diào)，調(diào)載能力相當(dāng)于4 800 m3/h。根據(jù)滾裝實(shí)施步驟，對(duì)駁船進(jìn)行穩(wěn)性計(jì)算并制定詳細(xì)的調(diào)載方案。

2.3 滾裝上駁船具體步驟

本方案主要包括裝船準(zhǔn)備階段和側(cè)向滾裝上船階段，其具體步驟如下：

（1）將運(yùn)輸駁船舷側(cè)沿碼頭?？烤臀?，并用纜繩固定駁船；

（2）根據(jù)裝運(yùn)構(gòu)件自身情況在裝運(yùn)駁船甲板上放置支墩；

（3）根據(jù)SPMT自行平板車行走路線，在裝運(yùn)駁船甲板與碼頭邊緣之間鋪設(shè)鋼板；

（4）沿大型構(gòu)件寬度方向前后布置的三排SPMT自行平板車載運(yùn)大型構(gòu)件到碼頭前沿，并調(diào)整SPMT自行平板車使大型構(gòu)件的長(zhǎng)軸中線與碼頭邊緣平行；

（5）當(dāng)海水處于低平潮時(shí)，可以預(yù)先通過(guò)壓入適量壓載水的方式使裝運(yùn)船的甲板面略高于碼頭，第一排SPMT自行平板車沿著鋪設(shè)的鋼板開(kāi)始上船，為了保證SPMT自行平板車開(kāi)始上船時(shí)裝運(yùn)駁船的穩(wěn)定性及防止大型構(gòu)件變形，第一排SPMT自行平板車上駁船前裝運(yùn)駁船的甲板面高出碼頭150 mm；

（6）當(dāng)?shù)谝慌臩PMT自行平板車全部上駁船后，第二排SPMT自行平板車已到達(dá)碼頭前沿并開(kāi)始上駁船；

（7）當(dāng)?shù)诙臩PMT自行平板車全部上駁船后且第三排SPMT平板車到達(dá)碼頭前沿時(shí)，大型構(gòu)件的一半以上重量已到駁船上，此時(shí)暫停上駁船并通過(guò)調(diào)整壓載水保證裝運(yùn)駁船的甲板面與碼頭的高度差；

（8）第三排SPMT平板車開(kāi)始上駁船直至SPMT平板車全部上駁船；

（9）三排SPMT平板車都上駁船后繼續(xù)行進(jìn)至駁船中位置；

（10）SPMT平板車下降將大型構(gòu)件放置在支墩上。

2.4 滾裝上駁船關(guān)鍵控制點(diǎn)

（1）為了使得鋼套箱重心與裝運(yùn)駁船的重心基本重合，保證運(yùn)輸過(guò)程鋼套箱不向一側(cè)傾斜及裝運(yùn)駁船的穩(wěn)定性，在步驟（9）中，三排SPMT自行平板車上駁船后繼續(xù)行進(jìn)直至大型構(gòu)件寬度的中軸面與裝運(yùn)駁船的中軸面重合；

（2）在步驟（5）至（7）中，裝運(yùn)駁船的甲板面與碼頭高度差控制在180 mm以內(nèi)；

（3）當(dāng)裝運(yùn)駁船的甲板面與碼頭高度差超過(guò)180 mm時(shí)，SPMT自行平板車停止上駁船，裝運(yùn)駁船進(jìn)行調(diào)載或排水至允許的高度差范圍內(nèi)；

（4）在步驟（4）之前增加以下步驟：將大型構(gòu)件裝載至SPMT自行平板車上，其中SPMT自行平板車是每次以大型構(gòu)件總重量的20%頂升大型構(gòu)件；

（5）所述三排SPMT自行平板車數(shù)量為9臺(tái)，其中第二排設(shè)有1臺(tái)且位于大型構(gòu)件的中部，第一排和第三排各設(shè)有4臺(tái)且每排的4臺(tái)兩兩相對(duì)于第二排的SPMT自行平板車對(duì)稱布置；

（6）所述第一排和第三排各設(shè)置的4臺(tái)SPMT自行平板車皆為6軸線模塊組的SPMT自行平板車，所述第二排的1臺(tái)SPMT自行平板車為兩個(gè)6軸線模塊組前后組合形成的12軸線模塊組的SPMT自行平板車。

2.5 本方案的優(yōu)點(diǎn)及注意事項(xiàng)

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本方案的優(yōu)點(diǎn)是：

（1）通過(guò)裝運(yùn)駁船船身一側(cè)沿碼頭?？康膫?cè)向滾裝裝船方式，縮短了裝船時(shí)間，同時(shí)大大保證了裝運(yùn)船的安全穩(wěn)定性；

（2）由于裝駁船時(shí)間短，大大降低了潮汐條件限制的影響；

（3）由于SPMT自行平板車自身可根據(jù)裝載貨物組合配置及普遍使用使得租借費(fèi)用容易控制，因此有效地控制了裝駁船成本。

裝駁船完成后，SPMT平板車直接撤離裝運(yùn)駁船返回碼頭。整體運(yùn)輸?shù)臉蛄悍雷蹭撎紫湟话闶窃谘b運(yùn)碼頭現(xiàn)場(chǎng)組裝。為了防止組裝好的鋼套箱結(jié)構(gòu)變形，在裝駁船準(zhǔn)備階段還需要運(yùn)輸裝載配車方案及大型構(gòu)件裝車方案。對(duì)于運(yùn)輸裝載配車方案，需要根據(jù)大型構(gòu)件尺寸、重量及結(jié)構(gòu)等信息計(jì)算、分析配置運(yùn)載SPMT自行平板車每臺(tái)選用幾軸線模塊組及車輛數(shù)量。而在本方案較佳實(shí)施案例中采用9臺(tái)SPMT自行平板車分三排布置，通過(guò)液壓管路和控制系統(tǒng)的合理布置，平板車承載系統(tǒng)組成三角形穩(wěn)定支撐形式，可以在滾裝過(guò)程中動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)鋼套箱的水平狀態(tài)，保證滾裝運(yùn)輸?shù)姆€(wěn)定性。

由于大型構(gòu)件即鋼套箱的重量較大，防止在滾裝過(guò)程中鋼套箱的局部結(jié)構(gòu)變形，當(dāng)SPMT自行平板車頂升至鋼套箱完全離開(kāi)胎架，而這個(gè)過(guò)程包括幾個(gè)步驟，在每個(gè)步驟中SPMT自行平板車每次是以鋼套箱總重量的20%頂升大型構(gòu)件至SPMT載重平臺(tái)，每次以鋼套箱總重量的20%頂升過(guò)程都要觀察一次頂升點(diǎn)結(jié)構(gòu)變形情況，并作相應(yīng)的測(cè)量和記錄。而且鋼套箱頂升到位后還需向碼頭前沿預(yù)走一段距離，并在預(yù)走過(guò)程中觀察結(jié)構(gòu)變形情況，確認(rèn)無(wú)明顯變形后，退回原位置并將鋼套箱回落在原支墩上，等待潮水達(dá)到滾裝條件時(shí)再開(kāi)始滾裝。為了控制滾裝過(guò)程中大型構(gòu)件的變形，在步驟（5）至（7）中，裝運(yùn)駁船的甲板面與碼頭高度差控制在180 mm以內(nèi)，并在上駁船過(guò)程中不停觀察兩者的高度差，當(dāng)裝運(yùn)駁船的甲板面與碼頭高度差超過(guò)180 mm時(shí)，SPMT自行平板車停止上駁船，如果船甲板面低于碼頭超過(guò)允許的范圍，裝運(yùn)駁船的前后左右船艙進(jìn)行調(diào)載使船體升高至規(guī)定范圍內(nèi)，如果由于漲潮海水漲得過(guò)快使船體高于碼頭超過(guò)允許的范圍，就通過(guò)排水使船體降低至允許的高度差范圍內(nèi)后，SPMT自行平板車再恢復(fù)上駁船。為了防止運(yùn)輸過(guò)程中支墩對(duì)大型構(gòu)件的落墩位置產(chǎn)生影響并造成變形，在支墩上端設(shè)置墊木并在制造時(shí)對(duì)大型構(gòu)件的落墩位置特別加強(qiáng)。為了防止運(yùn)輸過(guò)程中風(fēng)浪對(duì)運(yùn)輸船作用引起大型構(gòu)件滑動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致大型構(gòu)件產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變形，要根據(jù)海運(yùn)拖航工況對(duì)鋼套箱的綁扎固定進(jìn)行受力分析，并制定詳細(xì)的綁扎加固方案。

3 結(jié)束語(yǔ)

本滾裝方案通過(guò)裝運(yùn)駁船舷側(cè)沿碼頭?？康膫?cè)向滾裝大型構(gòu)件的裝駁船方式，縮短了裝駁船時(shí)間，同時(shí)大大保證了裝運(yùn)駁船的安全穩(wěn)定性；由于裝駁船時(shí)間短，大大降低潮汐條件限制的影響；而且SPMT自行平板車自身可根據(jù)裝載貨物組合配置及普遍使用使得租借費(fèi)用容易控制，因此有效地控制了裝駁船成本。本方案的成功實(shí)施為類似超大型構(gòu)件滾裝上駁船運(yùn)輸提供借鑒。

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