遠洋漁業(yè)基地修船工藝設(shè)計

張 亮 劉 敬 梁 浩

1 中交第四航務(wù)勘察設(shè)計院有限公司 2 中國港灣工程有限責(zé)任公司

1 引言

國內(nèi)某漁業(yè)公司，計劃在海外建設(shè)一個遠洋漁業(yè)基地，為本公司及其他在該區(qū)域作業(yè)的漁船提供漁船修理服務(wù)，以解決當(dāng)?shù)匦薮O(shè)施缺乏、漁船回國修理燃油成本及時間成本過大的問題。該項目擬建設(shè)4個修船船臺(遠期另外預(yù)留4個)、漁船上墩下水設(shè)施、生產(chǎn)設(shè)施及其他配套設(shè)施。漁船水上修理借用旁邊的多用途泊位，不再新建修船泊位。代表船型主尺度見表1。

表1 代表船型主尺度表

修造船廠船舶上墩下水方式一般可分為滑道、船塢和升船機3種大類,漁船上墩下水最常采用滑道方式。結(jié)合本工程修理船型的特點及修船船臺的數(shù)量需求，設(shè)計了2種工藝方案，即縱向兩支點滑道-液壓船臺小車橫移方案和縱向船排滑道-變坡橫移方案，并進行對比分析，以選取最為經(jīng)濟合理的方案，可為類似項目提供借鑒。

2 縱向兩支點滑道-液壓船臺小車橫移方案

縱向兩支點滑道的特點有：①船舶上墩下水時采用兩臺承船小車支承；②通過鋼絲繩牽引承船小車，船舶可直接從滑道傾斜段駛?cè)胨蕉?，操作簡單?/p>

2.1 滑道設(shè)計

兩支點滑道傾斜段可以是直線型或折線型。采用折線型滑道，一方面通過增大靠近末端段的坡度降低滑道末端的標高，減少滑道長度；另一方面傾斜段到水平段的過渡分多次進行，靠近水平段時的坡度小，使船舶從傾斜段往水平段的過渡更為平順，減小船舶在此過程中承受的彎矩，避免因承受彎矩過大而損壞船體。

2.1.1 滑道高程設(shè)計

折線滑道高程計算時，可先假定一個平均坡比i=1∶10?；滥┒怂畎聪率竭M行計算[1]：

H=Tf2+a+h2+ht2+l×i

(1)

式中，Tf2為船舶在前節(jié)承船小車處吃水的數(shù)值，取4.6 m；a為裕度，取0.4 m；h2為前節(jié)承船小車上的曲線邊墩高度，根據(jù)船體線型確定，取0.6 m；ht2為承船小車及其墊木高度，取1.2 m；l為兩臺兩支點小車之間的間距，取0.4倍船長，32 m。

計算得：H=10 m。

滑道上下水設(shè)計水位按100%保證率，乘潮4 h(不規(guī)則半日潮)取D=2.0 m，滑道末端標高=D-H=-8.0 m。

根據(jù)現(xiàn)有陸域條件，滑道頂標高取3.6 m。

2.1.2 滑道坡度確定

兩支點折線滑道各折點在同一理論圓弧上[2]，見圖1：

圖1 兩支點折線縱向滑道理論圓弧

R2=(R-Δh)2+L2

(2)

式中，R為理論圓弧半徑；Δh為滑道末端與場地高程之間的高度差；L為折線滑道折線段水平投影長度。計算得：理論圓弧半徑R=585.8 m。

設(shè)定各折線段長度相等(AB=BC=CD=DE)，計算可得：B點高程hB=-2.934 m；C點高程hC=0.693 m；D點高程hD=2.873 m；E點高程hE=3.6m。每段滑道長度為29.2 m，總長為116.8 m。

AB段坡比為：iAB=1∶5.674；BC段坡比為：iBC=1∶7.986；CD段坡比為：iCD=1∶13.352；DE段坡比為：iDE=1∶40.139。

2.1.3 滑道軌距

最大設(shè)計船型自重1 000 t，由于兩臺小車受力分布不均衡，單臺承船小車最大承重超過700 t。承船小車如果采用常規(guī)的隨船架，共8輪(4輪/軌)，則最大輪壓接近900 kN，其設(shè)計建造難度會加大，會明顯增加設(shè)備費用及滑道基礎(chǔ)費用。因此本工程滑道采用4條軌道的形式，每相鄰兩條軌道之間間距為2.4 m，可以有效降低承船小車的輪壓至530 kN，還能增加船舶在上墩下水過程中的穩(wěn)定性。

2.2 上墩下水過程

船舶上墩時可分為以下3個過程。

(1)通過滑道兩側(cè)的絞盤拉拽定位，船艏與第一部承船小車接觸，承船小車在滑道頂端端部絞車的拉拽下向上移動，船舶也隨之逐漸離開水面，見圖2a。

(2)隨著第一部小車的移動，連接第一部和第二部承船小車的鋼絲繩逐漸展開，第一部小車將第二部小車拉拽至合適位置后，船艉與第二部小車接觸，兩部小車一起載著船舶逐漸脫離水面，見圖2b。

(3)船舶完全脫離水面并逐漸移動至水平狀態(tài)，準備進行橫移，見圖2c。

圖2 滑道上墩過程

船舶下水過程與上墩過程類似，只是操作順序相反。

由上述過程可以發(fā)現(xiàn)，各狀態(tài)下船舶承受的浮力不同，故各段滑道承受的承船小車輪壓也有所不同?？赏ㄟ^進一步研究上述過程中船舶受力狀態(tài)，分析出各段滑道承受的最大壓力，避免按照整個過程中出現(xiàn)的最大壓力統(tǒng)一設(shè)計，從而降低滑道投資。

2.3 橫移方案設(shè)計

船舶橫移通過液壓船臺小車實現(xiàn)，液壓船臺小車軌距取1.8 m，共16輪，最大輪壓300 kN。橫移液壓船臺小車和承船小車均可通過液壓裝置調(diào)整高度。船舶隨著承船小車移動至指定位置后，橫移小車通過橫移軌道移動至船舶下方(此時橫移小車高度低于承船小車)，承船小車通過液壓裝置降低高度，將船舶重量轉(zhuǎn)移至橫移小車上，橫移小車載著船舶至修船臺上。隨后橫移小車通過液壓裝置降低高度，船舶就落在預(yù)先設(shè)置好的支墩上，橫移小車從船舶底部撤出，可以進行下一艘船舶的橫移操作[4]。

橫移軌道及修船臺布置見圖3。

圖3 橫移軌道及修船臺平面布置

3 縱向船排滑道變坡橫移方案

縱向船排滑道是通過多臺船臺小車組合形成一個頂部與滑道軌道平行的傾斜平面，船舶落在該平面上，在鋼絲繩的拉拽下眾多小車載著船舶沿著滑道移動。變坡橫移設(shè)施由橫移車和橫移坑組成，橫移坑內(nèi)設(shè)置有多組主軌和副軌，通過軌道與橫移車車輪的配合，可以實現(xiàn)橫移車架面從水平到傾斜的轉(zhuǎn)換。

3.1 船排滑道設(shè)計

船排滑道坡比取1∶15，則可計算出滑道末端水深D=10.73 m，船舶上墩下水水位仍取2.0 m，則滑道末端標高為-8.73 m。滑道長度約為185 m。

滑道軌距取5 m，船排小車的最大輪壓約350 kN。

3.2 橫移設(shè)施

橫移區(qū)尺寸為61 m×68 m，共設(shè)置11條軌道，相鄰軌道之間間距6.6 m。橫移區(qū)端部設(shè)置變坡副軌，副軌與主軌間距為0.8 m。

橫移車載重量1 000 t，長寬高分別為66 m、6 m、1.7 m。架面軌距與船排滑道及船臺區(qū)軌距均一致，均取5 m。

為了使橫移車架面在傾斜和水平狀態(tài)之間變換并到達要求的坡度，橫移變坡段各組主軌輔軌的坡度和高程，必須根據(jù)縱向滑道坡度、變坡橫移段的長度、各組高低軌距中心軌的水平距離大小等基本要素來確定[3]。橫移區(qū)及平面布置見圖4。

圖4 橫移區(qū)及修船臺平面布置

3.3 上墩下水過程

在船舶上墩過程中，先將變坡橫移架移動至縱向滑道末端，此時變坡橫移架與縱向滑道坡度一致，橫移架架面軌道能與滑道軌道無縫對接。然后在絞車拉拽下，船排小車載著船舶沿著滑道上行，直至駛?cè)胱兤聶M移架架面上，由變坡橫移架載著船排小車及船舶橫移至預(yù)定的修船船臺。在移動過程中變坡橫移架頂面也由傾斜調(diào)整至水平，最后在橫移絞車拉拽下，船排小車載著船舶脫離橫移車進入修船船臺。反之，則為船舶下水過程。

4 方案對比分析

從以下幾個方面對縱向兩支點滑道液壓船臺小車橫移方案(以下簡稱“方案一”)和縱向船排滑道變坡橫移方案(以下簡稱“方案二”)進行對比分析。

4.1 工程投資

兩方案工程投資僅比較滑道、橫移及修船區(qū)的土建設(shè)施投資及設(shè)備投資，其他生產(chǎn)設(shè)施及輔助設(shè)施基本相同，投資差異可忽略不計。

(1)滑道基礎(chǔ)：雖然方案一的滑道長度比方案二短68 m，但是方案一的滑道有4條軌道，最大輪壓達530 kN，預(yù)計投資達350萬美元；而方案二的滑道只有2條軌道，最大輪壓只有350 kN，投資為200萬美元。

(2)橫移區(qū)及修船臺區(qū)土建設(shè)施：兩方案主要區(qū)別是方案二比方案一增加了約4 000 m2的橫移區(qū)，方案一約400萬美元，方案二約580萬美元。

(3)設(shè)備成本：方案一主要設(shè)備有承船小車、自行式液壓船臺小車、主拉絞車、倒拉絞車等，設(shè)備投資約為100萬美元；方案二主要設(shè)備有船排小車、橫移車、滑道主拉絞車及倒拉絞車、橫移絞車、船臺絞車等，設(shè)備投資約為210萬美元。

經(jīng)對比，方案一比方案二節(jié)省約140萬美元(未計用地成本)。

4.2 使用功能

方案一在船舶上墩下水過程中，船舶承受彎矩較大，必須結(jié)合船舶的強度及重量分布，合理布置兩承船小車的支撐位置，并對船舶的強度進行復(fù)核，對操作人員要求較高，操作不當(dāng)易發(fā)生意外；方案二船舶在整個船長方向均有支撐，船舶不會承受大的彎矩，操作安全可靠。

方案一修船船臺左右并列布置，外側(cè)修船臺上的船舶需等待靠近滑道一側(cè)的船舶移開之后方可進入滑道，在實際生產(chǎn)過程中，常發(fā)生船舶在修船臺上等待或需要移動船舶位置以避讓的情況，影響生產(chǎn)效率；方案二任意一修船臺上的船舶均可自由進入滑道，無需其他修船臺上的船舶避讓，不會影響生產(chǎn)效率。

4.3 技術(shù)難度

方案一兩支點滑道一般用于自重300 t以下的小型船舶上墩下水，用于1 000 t及以上的船舶上墩下水較為少見。方案二縱向船排滑道變坡橫移方案較為常規(guī)，不存在技術(shù)風(fēng)險。

方案一兩支點滑道承船小車輪壓大，而本工程所在區(qū)域為疏浚土回填區(qū)域，地質(zhì)條件極差，水工結(jié)構(gòu)技術(shù)難度加大；方案二船排小車輪壓小，降低了水工結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度。

5 結(jié)語

經(jīng)上述綜合對比分析得知：方案一主要優(yōu)點是工程投資較方案二低140萬美元，且節(jié)約用地面積約4 000 m2；方案二的主要優(yōu)點是操作簡單，生產(chǎn)效率高，安全可靠，技術(shù)難度低。兩種方案各有優(yōu)勢，不能簡單認為一種方案優(yōu)于另外一種，需結(jié)合項目實際情況進行選擇。

縱向兩支點滑道用于自重1 000 t船舶上墩下水雖然少見，但目前已實施的應(yīng)用案例反饋應(yīng)用效果良好，未發(fā)生船體變形問題，技術(shù)風(fēng)險總體可控。至于船臺并排布置影響生產(chǎn)效率的問題，可以通過運營過程中的生產(chǎn)調(diào)度及遠期擴建來緩解。鑒于海外投資較大的不確定性，本工程結(jié)合業(yè)主的風(fēng)險承受能力，選用投資省、占用面積少的縱向兩支點滑道液壓船臺小車方案。