疊船整機運輸與滾裝工藝在電廠碼頭的應用

陶 偉，林星銘，張 超

(中交第三航務工程勘察設計院有限公司，上海 200032)

橋式抓斗卸船機是燃煤電廠常用的一種大型煤炭卸船設備，相較于其他形式的卸船設備，其對物料和船舶的適應能力強，營運成本相對較低[1]。但由于其整機質量大、重心高、外形尺寸巨大、外伸距長[2]，對運輸及安裝要求非常高，選擇合適的運輸安裝方式能有效避免波浪引起船舶顛簸對卸船機的損傷，降低施工難度和作業成本，并縮短施工工期[3]。

本文以菲律賓GNPower迪格寧(簡稱GNPD)燃煤電廠碼頭卸船機整機海上運輸及滾裝上岸為背景，對其運輸船型的選擇以及采用疊船方案的原因進行分析，并對其疊船方案的實施過程進行詳細論述。

1 工程概況

菲律賓GNPD 2×660 MW 燃煤電站配套碼頭，建設2個7萬t卸煤泊位(泊位總長可以滿足1艘16萬t散貨船靠泊或1艘11萬t散貨船及1艘5萬t散貨船同時靠泊)，碼頭面層寬26 m。碼頭設計高水位1.26 m，設計低水位-0.2 m，極端高水位1.89 m，碼頭面高程為10 m，碼頭前沿設計泥面高程為-20 m。碼頭卸煤配置4臺1 750 th橋式抓斗卸船機，最大起吊質量43 t，軌距22 m，外伸距40 m，單機質量約1 100 t，可滿足最大16萬噸級船舶的卸船作業。

根據海上運輸條件、現場施工作業資源條件、施工工期要求、成本限制等影響因素的不同，卸船機的運輸與安裝主要分為散裝運輸→現場拼裝、整機運輸→滾裝上岸、整機運輸→現場吊裝共3種方式。考慮到該項目工期緊迫以及現場拼裝成本較高，卸船機的運輸及安裝采用整機海運→滾裝上岸的方式。

2 卸船機整機海上運輸與現場滾裝技術

2.1 技術難點

本項目2臺橋式抓斗卸船機同時發運，1艘船接卸2臺卸船機，整機運輸始于江蘇太倉，途經長江、東海、黃海、南海，直至菲律賓馬尼拉灣，全程2 106 km，運輸距離遠且沿途航道水域情況復雜，而卸船機單機質量達1 100 t，合適的氣象、潮汐條件以及合理的裝載狀態、船上綁扎方式關系到卸船機海上運輸的安全，稍有不慎將引起重大事故[4]。整機滾裝上岸過程中隨著海水潮差以及卸船機位置的變化，滾裝運輸船舶姿態可能發生變化，會對卸船機局部結構產生安全隱患。

另外，此項目發運碼頭位于江蘇太倉揚子江船業海工基地碼頭，碼頭面高程4.8 m，碼頭前沿水深-6 m，碼頭可滾裝長度約200 m；而用戶碼頭既菲律賓GNPD電廠碼頭前沿水深-20 m，碼頭面高程為10 m。兩碼頭高差達5.2 m，而如此大的高差將導致難以選擇能夠同時滿足在發運碼頭和用戶碼頭進行整機上岸的滾裝運輸船。

2.2 船型選擇

大型裝備海上整機運輸主要采用無動力駁船、甲板船和半潛駁船，而目前國內最大的整機運輸甲板船“振華14號”載質量為4.6萬t，型深13.5 m，滿載吃水8.5 m，且該項目中發運碼頭與用戶碼頭高差大，因此發運碼頭前沿水深無法滿足大型甲板船或半潛船靠泊，而駁船或小型甲板船、半潛船吃水深度又無法滿足用戶碼頭整機滾裝上岸的要求。

基于上述難點，采用疊船方案進行整機滾裝上岸，即在滾裝上岸前采用半潛船配載駁船的形式以提高船體整體吃水深度，適應用戶碼頭的高程。綜合考慮本次所運輸的2臺卸船機質量、軌距、工程碼頭的高程及運輸海況條件等信息，選用“寧海拖6001”拖輪配合“寧海駁16001”無動力駁船進行海上運輸；用戶方碼頭整機滾裝上岸則采用“創新之路”半潛船配載“寧海駁16001”的形式。船型參數見表1。

表1 卸船機整機發運及滾裝上岸所采用的船型參數

根據船型參數可知，駁船吃水深度可滿足發運碼頭水深要求,載質量滿足同時運輸2臺卸船機的要求；而半潛船配載駁船之后通過調載，駁船甲板高度可滿足用戶碼頭高程要求。疊船方案解決了碼頭面高差大的問題。

2.3 海固方案

為保證卸船機在海上遠距離運輸遇到風浪等惡劣天氣時自身結構的安全以及與船體聯系的安全，需要對卸船機進行適當的加固與綁扎[5]。卸船機整機裝配完成后，在發運碼頭整機滾裝至“寧海駁16001”，卸船機上駁船后，采用撐桿固定，以確保無縱橫向滑移及橫向翻轉，卸船機縱橫向設硬綁扎，單臺卸船機橫向設置8根撐桿，一端焊接在駁船甲板，另外一端通過銷軸鉸接于海陸側門架出廠時預留的耳板上。縱向設置4根直徑0.72 m鋼管撐桿，一端焊接在駁船甲板上，另外一端通過銷軸鉸接于海陸側門架下橫梁上的耳板上，固定方案如圖1所示。

圖1 卸船機在駁船上綁扎固定方案

2.4 疊船方案流程

為保證疊船方案的順利實施，在滾裝上岸項目實施之前要根據半潛船吃水和下潛深度，在用戶碼頭附近選擇水深合適的海域作為配載錨地。為方便半潛船下潛時駁船定位，在半潛船左舷的甲板上焊接兩根帶斜撐的鋼管樁(圖2)，待天氣條件成熟以及卸船碼頭準備工作完成后，駁船在“寧海托6001”的牽引下航行至卸船碼頭附近錨地，“創新之路”半潛船到達錨地后，下潛并調整位置，配載駁船，駁船疊停在半潛船上偏左舷位置并系泊定位鋼管樁上，以保證駁船與碼頭岸線距離小于過橋梁長度，而半潛船則通過調整壓艙水以保證船體平衡。

另外，由于“創新之路”半潛船甲板水平，且兩側船舷相對較矮，最低潮位0.5 m時，在非卸貨期間半潛船舷邊與碼頭護舷接觸高度約為2.5 m，而在卸貨期間半潛船舷邊與碼頭護舷接觸高度只有1.5 m左右，而半潛船受波浪力搖晃以及滾裝上岸時由于荷載變化都會導致船體與護舷產生碰撞，船舷邊與碼頭護舷接觸高度過低會對護舷產生破壞。為防止危險發生，須在半潛船與護舷接觸位置的甲板面焊接臨時防撞裝置(圖2)。經ANSYS建模分析，每處防撞裝置能夠承受640 kN的水平力，一共布置2處，能夠有效避免船體與護舷碰撞產生的破壞。

疊船完成后半潛船從錨地行駛至卸船碼頭，調整至滾裝位置進行靠泊、帶纜，為滾裝上岸做準備。半潛船配載駁船后靠泊在用戶碼頭。

圖2 駁船定位樁以及防撞裝置

2.5 過橋梁分析

過橋梁是整機滾裝上岸過程中鋪設于碼頭面與整機運輸駁船之間的臨時軌道梁，一共4條，每條過橋梁鋪設位置與卸船機門腿位置一一對應。過橋梁長度為10.46 m，材料為Q355低合金高強鋼，梁頂面設置軌道，兩端設置一定錐度以提升過橋梁中間段受力，并適應滾裝時船舶抬升產生的角度偏差。由于整機上岸過程中，卸船機從駁船過渡至碼頭時過橋梁整段懸空，結構受力最大[6]，且該疊船方案導致駁船與碼頭前沿之間的距離比普通單船滾裝上岸時更大、過橋梁更長，為確保安全，需要對過橋梁進行結構受力分析。

使用仿真軟件建立過橋梁有限元模型，計算分析結果見圖3。該過橋梁受載時最大應力為253 MPa，滿足Q355鋼材許用應力；撓度最大值為8.78 mm，位于梁中間位置，小于梁總長的11 000，滿足使用要求。

圖3 過橋梁受載后分析結果

2.6 整機滾裝上岸流程及工藝要點

卸船機整機運輸船到岸，滾裝上岸工作正式開始，滾裝整體布置如圖4所示。整機滾裝流程及工藝為：1)半潛船在外海錨地配載甲板駁并行駛至用戶碼頭靠泊、調整位置、帶纜固定；2)甲板面及碼頭面鋪設臨時軌道，卷揚機就位、固定，焊接導向輪，安裝用于牽引、保護的4套鋼絲繩，切割解除綁扎固定撐桿，安裝過橋梁；3)準備工作進行完畢，等待潮位合適，滾裝牽引工作正式開始，2臺卷揚機同步進行，保持拉點位置對稱，卸船機牽引過程中，半潛船應通過連續調載來控制船只始終保持基本平衡并隨時監控船只的側傾，防止甲板軌道與過橋軌道的高差過大。卸船機就位后立即在臨時軌道上焊接行走止擋，防止卸船機滑移；4)卸船機兩個大車平衡梁中間位置各使用2臺6 300 kN的液壓千斤頂進行頂升，行走臺車旋轉90°，然后同步調整千斤頂使卸船機落軌(先海側、后陸側)。落軌后牽引卸船機至碼頭設定停機位置并進行錨定。

圖4 滾裝整體布置(單位：mm)

3 結語

1)大型橋式抓斗卸船機的運輸與安裝方式要根據具體工程情況進行選擇，合理的運輸與安裝方案能夠有效縮短項目工期，減少場地占用時長，從而降低工程成本。

2)卸船機整機海上運輸、滾裝上岸風險系數高，需要對海固方案、疊船方案以及滾裝上岸的全流程進行把控，結合具體情況制定合理方案，把握施工細節。

3)針對發運碼頭與用戶碼頭高差大的特殊工況，選擇合適的船型，采用疊船方案能夠保證大型橋式抓斗卸船機的滾裝上岸工作的順利實施。