吊滾結(jié)合的重大件碼頭裝卸工藝設(shè)計(jì)

馮飛翔，陳 程，陳邦桿

(寧波中交水運(yùn)設(shè)計(jì)研究有限公司，浙江 寧波 315040)

重大件是指尺寸、質(zhì)量都遠(yuǎn)超常規(guī)的一類裝卸貨種，常見的有蒸餾塔、精餾塔等石化裝備，風(fēng)電行業(yè)的大型風(fēng)機(jī)部件等，質(zhì)量少則幾百噸，多達(dá)上千噸，尺寸幾十至上百米不等。

重大件的上、下岸工藝，常見的有吊裝和滾裝2種[1]。周侃等[2]研究了利用船舶自帶浮吊實(shí)現(xiàn)電廠核心部件的上岸工藝，解決電廠工程建設(shè)問題；王洪貴等[3]從潮汐、貨物、車輛、駁船等方面研究了重大件的滾裝上岸技術(shù)。

2類工藝方式各有優(yōu)缺點(diǎn)：吊裝工藝受制于機(jī)械和碼頭結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性，起吊能力有限；而滾裝工藝則受制于自然條件，作業(yè)效率不高。

本文依托某工程實(shí)例，探討吊滾結(jié)合的重大件碼頭的裝卸工藝設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)2類工藝的優(yōu)勢互補(bǔ)，為類似工程的設(shè)計(jì)建設(shè)提供參考。

1 工程概況

某5 000噸級(jí)高樁碼頭作為重大件出運(yùn)碼頭，主要出運(yùn)包括大型、重型的非標(biāo)石化設(shè)備等重大件，其中塔設(shè)備最大直徑可達(dá)10 m、長度80 m，質(zhì)量約1 000 t；也包括腹地企業(yè)的大型機(jī)電設(shè)備，尺寸在10 m左右，質(zhì)量100 t左右。部分重大件設(shè)備還可進(jìn)一步拆解以方便運(yùn)輸。另外，碼頭兼顧少量機(jī)電裝備零部件以及原材料的上岸。

2 工藝平面布置

該碼頭作業(yè)貨種呈質(zhì)量和尺寸變化范圍大、不同類別運(yùn)量差距明顯的特點(diǎn)。其中較小件運(yùn)量需求高，而較大件則較低。如果單純采用吊裝工藝，則出運(yùn)能力有限，超限重大件難以出運(yùn)；如果單純采用滾裝工藝，則出運(yùn)效率較低。

對(duì)工藝優(yōu)缺點(diǎn)、出運(yùn)效率、成本、出運(yùn)能力等多方面進(jìn)行綜合考慮，確定該碼頭重大件裝卸采用吊滾結(jié)合工藝：當(dāng)出運(yùn)的重大件質(zhì)量在150 t以下且長度小于30 m時(shí)，可通過吊裝上船；當(dāng)重大件質(zhì)量和尺度大于吊裝上限時(shí)，則采用滾裝工藝。

同時(shí)，考慮到碼頭需要兼顧少量普通雜貨的裝卸作業(yè)，碼頭滾裝泊位和吊裝泊位分開布置，所在平臺(tái)分別為滾裝平臺(tái)和吊裝平臺(tái)。

碼頭通過2座引橋與后方陸域連接，重大件運(yùn)輸車輛經(jīng)引橋分別駛?cè)霛L裝平臺(tái)和吊裝平臺(tái)進(jìn)行作業(yè)。其中吊裝作業(yè)的車輛完成作業(yè)后可由另一側(cè)引橋駛離碼頭，形成環(huán)形的作業(yè)車流(圖1)。

圖1 碼頭工藝平面布置

3 裝卸工藝設(shè)計(jì)

3.1 吊裝工藝

設(shè)計(jì)采用桅桿吊進(jìn)行吊裝出運(yùn)作業(yè)，見圖2。桅桿吊平臺(tái)布置于吊裝平臺(tái)后側(cè)中部。

桅桿吊結(jié)構(gòu)采用“人”字臂架形式，主鉤起吊質(zhì)量200 t，副鉤50 t。根據(jù)桅桿吊平臺(tái)、碼頭平臺(tái)以及設(shè)計(jì)船型的尺寸，桅桿吊臂架的變幅范圍為14～37 m。

綜合考慮作業(yè)效率和經(jīng)濟(jì)性，桅桿吊的滿載起吊和變幅的速度不小于2.5 m/min，空載起吊和變幅的速度不小于4 m/min，起吊和變幅總耗時(shí)30～45 min；加上捆綁、固定等操作耗時(shí)，單次作業(yè)循環(huán)耗時(shí)約2 h。

吊裝工藝配套的運(yùn)輸車輛采用10～14軸特種平板掛車，額定載質(zhì)量100～150 t[4]。

圖2 桅桿吊吊裝工藝斷面

3.2 滾裝工藝

滾裝作業(yè)前，大件運(yùn)輸船船尾與滾裝平臺(tái)端部對(duì)齊，調(diào)整好高度和方向后可靠系纜，在平臺(tái)與船甲板交界處敷設(shè)滾裝跳板。運(yùn)輸車輛駛?cè)霛L裝平臺(tái)，調(diào)直車身，使運(yùn)輸車輛與船舶軸線對(duì)齊，即可準(zhǔn)備進(jìn)行滾裝。

重大件滾裝上船作業(yè)應(yīng)盡量選擇在潮差變化較為平穩(wěn)的高平潮段進(jìn)行。重大件運(yùn)輸車輛上船會(huì)使船舶下沉，此時(shí)須通過調(diào)節(jié)船舶壓艙水并利用海水潮汐規(guī)律，保持整個(gè)上船過程中船舶甲板與碼頭平臺(tái)的平齊。當(dāng)甲板高出碼頭平臺(tái)10～15 cm時(shí)滾裝車輛開始上船，隨著車輛的移動(dòng)，船體不斷下沉，直至甲板低于碼頭10～15 cm，車輛停止，通過調(diào)整壓艙水抬高甲板至與碼頭平齊后，車輛繼續(xù)前進(jìn)。不斷重復(fù)以上過程，直至車輛全部入船，見圖3。

圖3 滾裝工藝斷面

滾裝運(yùn)輸車輛采用自行式液壓平板車(SPMT)，縱列數(shù)和軸數(shù)根據(jù)重大件的尺寸和質(zhì)量確定。

4 關(guān)鍵參數(shù)的確定

4.1 滾裝平臺(tái)端部高程

碼頭所在水域設(shè)計(jì)高水位2.64 m，按上水標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的平臺(tái)頂高程為5.03 m，按受力標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的頂高程為5.60 m[5]。根據(jù)滾裝工藝流程，平臺(tái)面頂高程過大會(huì)導(dǎo)致船尾滾裝跳板坡度過大，故滾裝平臺(tái)端部高程應(yīng)結(jié)合大件滾裝作業(yè)的要求確定。

重大件滾裝上船時(shí)船舶甲板與平臺(tái)面基本持平，端部高程計(jì)算公式為：

D=HDWL+H

(1)

式中：D為滾裝平臺(tái)端部高程；HDWL為作業(yè)水位；H為船舶干舷高度。計(jì)算模型見圖4。

圖4 碼頭前沿頂高程計(jì)算模型

為保證滾裝作業(yè)的順利進(jìn)行，滾裝船舶作業(yè)前應(yīng)載有與待作業(yè)重大件質(zhì)量相當(dāng)?shù)膲号撍某浞掷么拜d重、降低運(yùn)輸成本的角度出發(fā)，作業(yè)前船舶吃水為半載至滿載，其干舷高度見表1。當(dāng)?shù)厮虻某蔽怀掷m(xù)時(shí)間統(tǒng)計(jì)見表2。

表1 船舶干舷高度

表2 潮位持續(xù)時(shí)間

根據(jù)計(jì)算模型，對(duì)不同設(shè)計(jì)船型在不同作業(yè)水位下的甲板高度(即滾裝平臺(tái)端部高程)進(jìn)行分析，推算過程見表3。

表3 不同船型大件滾裝船甲板高度推算

根據(jù)推算，3 000～5 000 DWT大件滾裝船在半載情況下，適合的作業(yè)水位為1.0～1.3 m，對(duì)應(yīng)滾裝平臺(tái)端部高程為3.20～3.80 m。2 000 DWT船舶由于干舷高度較低，須乘1.3 m以上水位并適當(dāng)減小載質(zhì)量，對(duì)應(yīng)滾裝平臺(tái)端部高程為3.20～3.60 m。據(jù)此確定滾裝平臺(tái)端部高程為3.50 m，須承受一定的上水可能和波浪力的作用。

4.2 高程銜接

吊裝平臺(tái)的頂高程按常規(guī)的上水與受力要求確定，取為5.0 m，則“一”字形布置的2個(gè)平臺(tái)之間存在1.5 m的高差，須合理設(shè)計(jì)進(jìn)行銜接。

作業(yè)坡度主要受水平運(yùn)輸能力限制，而滾裝工藝所采用的自行式液壓平板車(SPMT)因車身更長、載質(zhì)量更大，對(duì)坡度的要求也更為嚴(yán)格，應(yīng)優(yōu)先考慮。

本工程SPMT車身的最大長度達(dá)60 m，車身高度調(diào)整范圍為1.2～1.8 m，懸架的安全調(diào)整行程為0.6 m。按最不利情況、車身總長度60 m考慮，車身端部與車組中點(diǎn)間的高程差不能超過懸架的行程調(diào)整范圍，故理論計(jì)算的最大坡度為2%。考慮安全，引橋和滾裝平臺(tái)的坡度應(yīng)控制在1.5%以內(nèi)[6]。本工程因平面尺寸尚有富余，按1%考慮。

吊裝平臺(tái)與滾裝平臺(tái)之間存在明顯的高差。兩者之間銜接段的坡度應(yīng)根據(jù)吊裝工藝配套的特種平板掛車特性確定。其車身總長度不大于20 m，最大作業(yè)坡度可達(dá)3%，綜合考慮安全性和經(jīng)濟(jì)性，銜接段坡度控制在2.5%以內(nèi)。本工程按1.8%考慮。

綜合以上分析，本工程2個(gè)平臺(tái)之間的高程剖面以及銜接設(shè)計(jì)見圖5。

圖5 碼頭平臺(tái)的高程銜接

4.3 轉(zhuǎn)角尺寸

因引橋與滾裝平臺(tái)呈90°夾角，針對(duì)SPMT行駛過程中存在的轉(zhuǎn)彎作業(yè)，須進(jìn)行軌跡仿真。

該碼頭出運(yùn)的最大重大件質(zhì)量為1 000 t，長度80 m，直徑10 m，采用4縱列40軸SPMT進(jìn)行運(yùn)輸，車身寬7.5 m，總長度60 m。

根據(jù)仿真結(jié)果，轉(zhuǎn)角喇叭口的尺寸為36.5 m×36.5 m時(shí)，SPMT均可安全通過[7]，見圖6。

圖6 SPMT行駛軌跡仿真

5 結(jié)語

1)相對(duì)于采用單一吊裝或滾裝工藝的重大件碼頭，吊滾結(jié)合的重大件碼頭充分利用2種工藝的特點(diǎn)，既可以滿足不同類別或者質(zhì)量、尺寸變化幅度較大的重大件的進(jìn)出運(yùn)需求，也可以提高重大件的上下岸效率，兼具貨種適應(yīng)性強(qiáng)、作業(yè)效率高、作業(yè)經(jīng)濟(jì)性好的優(yōu)點(diǎn)，可降低腹地企業(yè)重大件的裝卸運(yùn)輸成本，支持腹地經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，具有明顯的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

2)吊滾結(jié)合重大件碼頭的工藝設(shè)計(jì)中，滾裝平臺(tái)端部高程、轉(zhuǎn)角尺寸、作業(yè)坡度等關(guān)鍵參數(shù)應(yīng)通過科學(xué)的計(jì)算或仿真確定。

3)本文實(shí)例考慮當(dāng)?shù)貙?shí)際需求，將滾裝平臺(tái)和吊裝平臺(tái)分開布置。在實(shí)際工程建設(shè)中，可將桅桿吊布置于滾裝平臺(tái)后部，在同一平臺(tái)實(shí)現(xiàn)吊裝和滾裝2種工藝的結(jié)合，進(jìn)一步降低建設(shè)成本。