大型閘門和鋼橋整體合并運輸優化方案

馮臘初 李 輝

上海振華重工(集團)股份有限公司

1 引言

比利時閘門及其相配套的鋼橋、塢門等大型鋼構產品是上海振華重工建造的世界第一大閘門。如何實現裝卸與一船運輸需要解決5個方面的問題：①裝船時運輸船順靠碼頭，用SPMT(Self Propelled Modular Transporter,自行式模塊運輸車、自行式液壓平板車)從總裝位置移至碼頭前沿后再用浮吊吊裝上船[1]，閘門裝在運輸船主甲板上，兩端均超出運輸船船舷15 m，落潮時產品可能磕碰碼頭；②鋼橋單件重量2 000 t，是長度約100 m的超長件，懸空支撐在運輸船主甲板上方13 m的高度，需克服船舶中垂、中拱的影響，確保鋼橋運輸過程中的安全；③卸貨階段，由于用戶碼頭無大型浮吊設備，無法同裝船一樣用浮吊來吊卸及進行現場安裝，如何根據其最終安裝方式在運輸船上布置貨物以便卸貨；④閘門最終安裝狀態是在船池兩端的入水口處，需采用浮卸方式，使其入水后再用拖輪拖到指定安裝位置進行水下安裝，而用于卸貨的港池水深有限，半潛船下潛的深度受到限制，閘門無法完全依靠自身浮力進行浮卸；⑤鋼橋架設在船池兩端上方供人、車通行，航道水深有限，如何將其從港池拖往指定安裝地點進行安裝。針對這些問題，設計并實施了整體合并運輸方案，實現了貨物在船上的布置狀態優化以及卸貨與安裝一體化。

2 整體合并運輸方案及其關鍵技術

2.1 貨物裝載總布置

針對閘門、鋼橋結構件數量多的特點，實現一船運輸須將不同種類結構件在船上進行合理堆疊。由于運輸大型鋼結構件需用特種工程船，而此類船舶僅主甲板面可以用來進行貨物堆棧，主甲板以下均為調載水艙，無法裝貨，因此需將貨物分為上下2層，對主甲板空間進行合理利用。在主甲板上設置支撐，將2件單重2 000 t的鋼橋架高13 m，下面留出閘門裝卸空間。2個鋼橋沿長度方向并排排列，橋尾支撐在運輸船主甲板上，橋中及橋首分別放置于閘門頂部的橋中支撐和橋首支撐上。閘門、塢門放在鋼橋下方的主甲板上，為節約甲板空間，讓閘門平行于船寬放置，懸挑出船舷兩側15 m；小車、桅桿等附屬件直接布置在閘門頂部(見圖1)。

圖1 貨物裝載總布置圖

2.2 甲板空間的立體使用技術

在運輸船甲板空間有限的情況下，如何實現大型鋼構一船發運是常見的問題。甲板空間的立體使用技術可將這些不同產品在船上進行合理配載，通過在主甲板上設置支撐架高鋼橋，將貨物進行分層疊放。

(1)將閘門橫向超寬并排平放在甲板上，減少對甲板空間的占用。

(2)對單件2 000 t的2座鋼橋整體架起13 m，使其下端高出閘門上表面一定距離，不影響其正下方2個閘門的提前卸貨。

(3)鋼橋尾端放置在船尾專門為其設計的大型支撐上，中部分別支撐在臨近的2個閘門上，對于鋼橋首端，則放置在第3個閘門上。

(4)根據卸貨要求對鋼橋的不同支撐狀態進行校核，在運輸船處于港內拋錨狀態下，鋼橋正下方2個閘門先卸，拆除這2個閘門上的支撐，僅留首、尾兩端的支撐受力，鋼橋強度滿足要求。

2.3 貨物超寬裝載技術

由于閘門兩端各伸出運輸船兩側船舷15 m，運輸船直接靠碼頭在落潮時會與碼頭面干涉。為此，可在運輸船與碼頭之間設置一定寬度的駁船進行墊檔，在漲落潮時，駁船可與運輸船同時起落，閘門懸挑部分不會觸碰到碼頭及駁船。在運輸船兩側設置工作駁船時，可將運輸船和駁船的吃水差調到適度，以便大型鏟、吊車等設備的作業和從閘門底部自由通行。

2.4 超長件的特殊海運綁扎技術

由于鋼橋放置于多點超靜定支撐上，為確保各支撐能均勻受力，在裝船前，需用全站儀對各支撐布置位置和高度進行嚴格控制，并對特定支撐技術性地留出適當的余量。

為解決超長件鋼橋在海運途中運輸船中垂、中拱對產品造成的影響，需對鋼橋的尾端進行剛性固定，約束其3個方向的自由度，其余位置則采用柔性綁扎形式。

(1)在鋼橋尾部，通過抗剪板、檔塊，將鋼橋橋墩剛性固定在專門為架高鋼橋設計的橋墩支座上，在縱、橫方向上限制其移動。

(2)在除橋墩支座外的橋首、橋中、橋尾支座上表面設置抗磨塊，在這些部位的鋼橋縱向放開其自由度，讓這部分能在抗磨塊上沿橋縱向自由滑動。

(3)對于除橋墩支座外的橋首、橋中、橋尾支座的綁扎件，使其與鋼橋底板在垂向上方留出適當間隙，使鋼橋在一定幅度內能夠適度上拱。

(4)僅剛性約束鋼橋的橫向，使其在支座上不能移動。

2.5 卸貨技術

由于用戶碼頭無大型浮吊，在卸船時無法如裝船一樣對單件重量2 000 t的閘門和

鋼橋進行吊卸。針對鋼橋和閘門的特點，需選用適當的卸船方式，并按卸貨先后次序進行合理配載。

對于局部密封，有一定浮力的閘門，原計劃完全采用浮卸，即讓半潛船下潛到20 m吃水深度，也就是主甲板位于水面以下6.5 m，然后靠閘門自身的浮力浮起，用拖輪將閘門拖離運輸船。因卸貨港錨地水深的限制，半潛船無法潛到最低要求深度，閘門無法靠自身浮力浮起，為此，采取浮卸時適當借助外力的方式，即讓半潛船下潛到主甲板位于水面以下4.5 m處，在閘門的兩端設置2條借力駁船，在駁船上設置提升機構，通過閘門自身浮力與外加駁船上的提升機構助力，實現了閘門的浮卸。最后，拖輪、閘門、駁船橫跨運輸船主甲板，從運輸船船的一側穿出，拖往安裝地點。詳細卸貨操作步驟如下：

(1)先在輔助駁船上架設提升機構，對鋼橋正下方的2個閘門提供拉力輔助貨物浮卸，用拖輪將閘門拖到指定安裝地點進行安裝。

(2)由于航道水深不夠，半潛船無法開往鋼橋安裝位置卸貨，在2個閘門浮卸后，用型深滿足航道要求的駁船順靠半潛船，鋪設SPMT跳板，利用鋼橋正下方2個閘門卸貨后空出甲板空間，采用SPMT將鋼橋分別頂起過駁到駁船上[2]，再將鋼橋運到指定位置進行浮托安裝。

(3)用小型浮吊卸船首2個閘門上的附屬件和船尾鋼橋底部的塢門。

(4)再次利用輔助駁船浮卸運輸船船首的最后2個閘門。

3 技術創新點

對于閘門，由于用戶卸貨港錨地水深有限，不能滿足浮卸要求，只能利用閘門一部分浮力的情況，創造性地通過在閘門兩端加輔助駁船，并在駁船上設置提升系統，用以提拎閘門兩端，給閘門施加輔助浮力，以達到閘門浮卸的目的。對于鋼橋，因半潛船無法開往鋼橋安裝位置卸貨，且鋼橋架高疊放在閘門上，通過SPMT及支撐架對其進行海上過駁，將其從半潛船平托到型深滿足航道要求的駁船上，來實現卸貨和現場安裝。卸鋼橋前需先卸下鋼橋正下方的2個閘門，并拆除這2個閘門上的鋼橋支撐，給鋼橋留出頂升空間，鋼橋與閘門的間隙要能滿足閘門浮卸要求。

4 結語

本次裝、卸過程，結合了大型浮吊吊裝裝船、駁船助力半潛浮卸、SPMT海上過駁鋼橋等多種方式，實現了原本需要兩船發運的所有產品的一船運輸，節約一個半潛船遠洋航次約500萬美元的運費。采用安全可靠的支撐結構對單重2 000 t的鋼橋架高2層發運；運用合理的綁扎形式，成功消除運輸船中垂、中拱對超長件鋼橋的影響；選用新型自潤滑高分子材料，有效降低了摩擦系數，使各支撐點受力更均勻；充分利用卸貨港口資源條件，采用多種卸貨方式相結合，節約了租用大型浮吊設備的巨額費用。

經2個月的海上航行，運輸船安全抵達卸貨港比利時安特衛普，實際檢查產品完好無損，達到了設計要求，并按照既定計劃完成卸貨，最終將產品完好交付給用戶。比利時閘門、鋼橋的裝卸及發運成功，為后續類似產品的運輸提供了借鑒。