船舶與履帶式起重機(jī)組合式水上鋼棧橋吊裝施工技術(shù)研究

苗永茂

（中交一公局廈門工程有限公司，福建廈門 361000）

1 引言

傳統(tǒng)的鋼棧橋施工通常采用釣魚(yú)法，施工時(shí)受限于工作面的影響，無(wú)法多作業(yè)面同時(shí)開(kāi)展架橋施工，尤其是面臨舊棧橋搶險(xiǎn)加固施工時(shí)，原有的鋼棧橋橋體銹蝕老化，無(wú)法承受施工機(jī)械荷載，施工效率低。因此，有必要探索新的水上鋼棧橋施工工藝。本文通過(guò)研究將船舶與履帶式起重機(jī)進(jìn)行有效組合開(kāi)展水上施工任務(wù)，總結(jié)形成一套操作簡(jiǎn)單、提高工效、保證安全、降低成本的施工工藝，對(duì)于水上鋼棧橋施工具有參考意義。

2 工程概況

本研究依托工程為海口南海明珠臨時(shí)鋼棧橋項(xiàng)目。原臨時(shí)鋼棧橋已超過(guò)使用年限，經(jīng)專業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)結(jié)論為5 類橋（機(jī)動(dòng)車不能通行），項(xiàng)目擬對(duì)臨時(shí)鋼棧橋進(jìn)行加固改造。

棧橋總長(zhǎng)2 117 m，位于海域，施工受風(fēng)浪，潮汐，海浪流速等環(huán)境影響因素大。改造前銹蝕嚴(yán)重，改造后橋?qū)拑H4 m，改造前后均無(wú)法滿足施工機(jī)械上橋施工。

3 船舶與履帶式起重機(jī)組合式施工原理與設(shè)計(jì)

3.1 機(jī)械組合設(shè)計(jì)

施工前，首先需選定擬投入施工機(jī)械設(shè)備，再根據(jù)所選定的機(jī)械設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行初步組合設(shè)計(jì)，初步確定履帶式起重機(jī)、裝卸材料及混凝土罐車等在船舶中的位置，如圖1 所示。

圖1 機(jī)械組合示意圖

3.2 機(jī)械組合穩(wěn)性驗(yàn)算

3.2.1 計(jì)算說(shuō)明

1）機(jī)械組合驗(yàn)算可依據(jù)中華人民共和國(guó)海事局頒布的《船舶與海上設(shè)施法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》（國(guó)內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則2020 年）中的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行計(jì)算。

2）此驗(yàn)算校核施工船舶在沿海航區(qū)裝載一臺(tái)履帶式起重機(jī)作業(yè)時(shí)的穩(wěn)性。施工船舶按全回轉(zhuǎn)起重船核算作業(yè)、避風(fēng)狀態(tài)穩(wěn)性。

3）所有計(jì)算狀態(tài)下，船上所有車輛、物料均處于良好固定狀態(tài)。

4）本工藝驗(yàn)算以起重船為計(jì)算模型，共分析15 種工況下的船舶穩(wěn)性是否滿足施工安全要求。

3.2.2 各種施工情況分析

確定位置后，根據(jù)船舶在作業(yè)、避風(fēng)及航行3 種狀態(tài)時(shí)，履帶式起重機(jī)位于不同工作位置、燃油及淡水空載或滿載、甲板上不同載貨情況進(jìn)行組合，匯總出15 種不同工況，分別進(jìn)行穩(wěn)性驗(yàn)算，具體工況見(jiàn)表1。

表1 計(jì)算狀態(tài)統(tǒng)計(jì)表

3.2.3 穩(wěn)性驗(yàn)算

15 種計(jì)算狀態(tài)的計(jì)算過(guò)程類似，詳細(xì)驗(yàn)算內(nèi)容可參考《船舶與海上設(shè)施法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》（國(guó)內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則2020 年）內(nèi)容進(jìn)行計(jì)算。本文所依托工程中，在避風(fēng)狀態(tài)下、履帶式起重機(jī)位于工作位置、甲板裝載施工配料、燃油及淡水空載的工況時(shí)，處于最不利狀態(tài)，故取其作為驗(yàn)算范例。

起重船在避風(fēng)狀態(tài)下的穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)K 應(yīng)符合式（1）要求：

式中，lq為最小傾覆力臂，m；lf為風(fēng)壓傾側(cè)力臂，m；Ml為船舶不對(duì)稱裝載傾側(cè)力矩，kN·m；Δ 為所核算裝載情況下的排水量，t。

4 水上吊裝施工工藝

4.1 船舶及履帶式起重機(jī)組合

履帶式起重機(jī)登船后行駛至工作位置（靠船艙一端），按要求駁船中心線與履帶式起重機(jī)重心線重合采用在駁船甲板上焊接I25a 工字鋼固定架進(jìn)行固定。固定架采用4 個(gè)門式固定架與4 個(gè)限位擋，防止船舶晃動(dòng)過(guò)程中履帶吊前后左右及上下滑動(dòng)。如圖2 所示。

圖2 履帶式起重機(jī)固定設(shè)計(jì)圖

4.2 船舶及履帶式起重機(jī)組合后試吊

履帶式起重機(jī)登船行駛至設(shè)計(jì)位置進(jìn)行固定后，需進(jìn)行試吊。驗(yàn)證船舶與履帶式起重機(jī)組合的施工設(shè)計(jì)是否可行，以及所采用的機(jī)械固定方式和施作質(zhì)量是否可靠，也是對(duì)吊裝穩(wěn)定情況進(jìn)行校核，保證吊裝過(guò)程安全可控。同時(shí)，模擬吊裝施工的各種工況，檢驗(yàn)機(jī)械工作性能是否正常。

試吊過(guò)程分為空載試驗(yàn)及負(fù)載試驗(yàn)兩個(gè)過(guò)程。負(fù)載試驗(yàn)需依次進(jìn)行1.25Q（Q 為吊重）靜載試驗(yàn)、1.00Q 動(dòng)載試驗(yàn)及1.10Q動(dòng)載試驗(yàn)。

4.2.1 空載試驗(yàn)

空載試驗(yàn)是在空載條件下，讓履帶式起重機(jī)完成起升、下降、變幅等動(dòng)作，并且對(duì)各部位限位的性能試驗(yàn)和設(shè)計(jì)規(guī)定的各機(jī)構(gòu)空載速度的測(cè)試，至少重復(fù)3 次。

4.2.2 負(fù)載試驗(yàn)

空載試驗(yàn)合格后，對(duì)履帶式起重機(jī)重新進(jìn)行檢測(cè)，各部位合格后方可進(jìn)行負(fù)載試驗(yàn)。要求按以下順序進(jìn)行負(fù)載試驗(yàn)：1.25Q 靜載試驗(yàn)；1.00Q 額定動(dòng)載試驗(yàn)；1.10Q 動(dòng)載試驗(yàn)。

1）靜載試驗(yàn)。含吊具在內(nèi)吊起1.25Q 額定重量。吊臂放至48°，吊具安裝完成后確保牢固可靠，慢慢吊起重物至1 m 高度，并靜止10 min。檢查確定吊裝過(guò)程是否正常，然后將重物放下。試驗(yàn)結(jié)束后檢查履帶式起重機(jī)及各部分構(gòu)件是否存在異常狀態(tài)。

2）額定動(dòng)載試驗(yàn)。靜載試驗(yàn)正常后卸除部分荷載至1.00Q后，重新檢查吊具是否牢固可靠，慢慢起升離船面1m 高度，并靜止10 min，一切正常后啟動(dòng)船舶。后起升吊物高度，仰臂至76°。過(guò)程中注意試吊狀態(tài)是否正常，然后按此順序做下放動(dòng)作。試驗(yàn)重復(fù)次數(shù)不應(yīng)少于3 次，檢查起重機(jī)運(yùn)行是否正常、是否有異響，檢查卷?yè)P(yáng)機(jī)的制動(dòng)器工作情況是否正常。

3）動(dòng)載試驗(yàn)。1.00Q 的額定動(dòng)載試驗(yàn)正常后，進(jìn)行1.10Q額定重量的動(dòng)載試驗(yàn)，做提升、下放、制動(dòng)等試驗(yàn)。在離平面高1 m 位置，進(jìn)行10 min 的懸停試驗(yàn)。檢查各部位情況，正常后進(jìn)行主鉤提升、下放。檢查起重機(jī)是否正常，是否有異響[1]。

4.3 施工位置船舶靠泊

船舶在漲潮后到達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)，并通過(guò)調(diào)節(jié)系纜長(zhǎng)度調(diào)整平面位置，船舶方向與擬建結(jié)構(gòu)物縱向方向平行，船舶逆著洋流向外側(cè)拋擲八字錨，船舶拋錨停靠時(shí)保證船舶與擬建結(jié)構(gòu)物邊緣之間的安全距離不小于10 m。船舶外側(cè)采用拋八字錨，后錨較長(zhǎng)，駁船拆除過(guò)程中可以通過(guò)收緊錨實(shí)現(xiàn)駁船向前移動(dòng)，保證履帶式起重機(jī)的旋轉(zhuǎn)半徑保證在39 m 范圍內(nèi)。如圖3所示。

4.4 吊裝施工

在施工位置?？客戤吅?，應(yīng)在吊裝區(qū)域設(shè)置警戒線，嚴(yán)禁無(wú)關(guān)人員入內(nèi)，起吊前檢查起吊物與地面完成脫離，避免勾連。起吊過(guò)程由信號(hào)工統(tǒng)一指揮調(diào)度，機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)勻速起落，嚴(yán)禁左右回轉(zhuǎn)、忽快忽然慢或突然制動(dòng)等，應(yīng)符合施工方案及操作規(guī)程的要求，嚴(yán)禁超負(fù)荷起吊。當(dāng)履帶式起重機(jī)在回轉(zhuǎn)未停穩(wěn)前，不得作反向動(dòng)作。特別是在起重機(jī)正在滿負(fù)荷或接近滿負(fù)荷起重時(shí)不得同時(shí)進(jìn)行兩種操作動(dòng)作[2]。

5 施工安全管理技術(shù)

5.1 碰撞后應(yīng)急安全措施

倘若發(fā)生船舶碰撞，應(yīng)根據(jù)發(fā)生碰撞的周邊環(huán)境、相撞姿態(tài)、破口大小等情況采取不同的應(yīng)急措施。當(dāng)施工船舶以船首撞入其他船舶的船側(cè)時(shí)，不應(yīng)貿(mào)然倒出。在沒(méi)有采取堵漏和排水措施之前貿(mào)然倒出，有可能造成破口擴(kuò)大，存在破口處大量進(jìn)水使船沉沒(méi)的危險(xiǎn)。故此時(shí)應(yīng)該根據(jù)碰撞的具體程度，兩船的相對(duì)位置等因素，采取停車或者微進(jìn)車的措施，保持兩船處于相互密接碰撞吃合狀態(tài)進(jìn)行漂浮，并迅速組織救援，檢查破口出，進(jìn)行堵漏排水搶險(xiǎn)。

兩船相撞后若雙方船舶均有沉沒(méi)的危險(xiǎn)時(shí)，則應(yīng)發(fā)出遇難信號(hào)并采取棄船措施。若一方存在沉沒(méi)危險(xiǎn)，應(yīng)立即組織救援，將船上全體人員轉(zhuǎn)移至安全的船舶上，如果碰撞發(fā)生的地點(diǎn)距離岸邊較近，應(yīng)盡可能考慮在就近搶灘。若確認(rèn)兩船暫時(shí)沒(méi)有沉沒(méi)危險(xiǎn)后，應(yīng)采取系纜等方式保持兩船碰撞的姿態(tài)，從而有效控制兩船的破損擴(kuò)大，減少船艙進(jìn)水，并應(yīng)盡可能操縱船舶將其破損部位處于下風(fēng)側(cè)。方便加快排水、堵漏和加強(qiáng)水密隔艙壁搶險(xiǎn)[3]。

5.2 走錨后應(yīng)急安全措施

當(dāng)發(fā)現(xiàn)船舶走錨，應(yīng)立即加長(zhǎng)錨鏈或拋下另一錨作為止蕩錨，以延緩走錨速度，同時(shí)配合使用車舵，讓船首迎風(fēng)減少偏蕩并緩和錨鏈張力。

船上負(fù)責(zé)人在接到走錨的報(bào)告后，應(yīng)當(dāng)立即采取加松錨鏈和備車等急救措施，迅速查清走錨險(xiǎn)情的情況，并立即向現(xiàn)場(chǎng)海上指揮機(jī)構(gòu)報(bào)告，現(xiàn)場(chǎng)指揮機(jī)構(gòu)接到報(bào)告后，應(yīng)立即向現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人報(bào)告，并立即啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案。

5.3 水上吊裝安全措施

履帶式起重機(jī)登陸施工船舶，起重機(jī)軸線與船舶軸線一致，大型構(gòu)件或占地面積小且質(zhì)量大構(gòu)件堆放區(qū)設(shè)置在船軸線處；小型散裝構(gòu)件應(yīng)集中在駁船中心位置，禁止集中在一側(cè)。

吊裝作業(yè)前，應(yīng)關(guān)注當(dāng)?shù)爻毕?、洋流以及風(fēng)力等級(jí)等天氣情況，做好施工部署，當(dāng)遇上惡劣天氣應(yīng)及時(shí)停止施工作業(yè)，將船舶?？恐帘茱L(fēng)港。

6 結(jié)論

1）采用船舶與履帶式起重機(jī)進(jìn)行組合式水上吊裝施工，相較于釣魚(yú)法施工可有效拓展施工作業(yè)面，提高工效；而相比于采用起重船施工，則明顯降低成本。且施工全過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)可控，是一種值得推廣的施工技術(shù)，為水上吊裝作業(yè)提供了新思路。

2）在采用該施工技術(shù)開(kāi)展水上施工時(shí)，施工機(jī)械組合及站位應(yīng)嚴(yán)格按照經(jīng)驗(yàn)算方案進(jìn)行，同時(shí)應(yīng)注意做好防碰撞及防走錨安全措施，施工前應(yīng)編制好防碰撞及防走錨應(yīng)急預(yù)案。