基于軍民融合功能的碼頭滾裝工藝研究

謝 磊 趙秋果

中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司

1 引言

近年來(lái)，隨著國(guó)防建設(shè)資金投入的加大和軍民融合發(fā)展的進(jìn)一步推進(jìn)，戰(zhàn)備滾裝碼頭建設(shè)被列入國(guó)家戰(zhàn)備建設(shè)規(guī)劃中。一般而言，民用碼頭對(duì)戰(zhàn)備滾裝具有適應(yīng)性。根據(jù)《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定[1]，碼頭引橋的最大縱坡不超過(guò)10%，小于6°，裝備車(chē)的爬坡度均不低于8°，滿(mǎn)足運(yùn)行要求。目前主要重型裝備車(chē)整車(chē)自重在75 t以?xún)?nèi)[2]，該重量相當(dāng)于港區(qū)載重60 t的集裝箱卡車(chē)，其中自重23 t以?xún)?nèi)的占比約為86%，相當(dāng)于港區(qū)載重20 t的平板車(chē)，碼頭可適應(yīng)以上車(chē)輛荷載要求；主要軍用車(chē)輛裝備長(zhǎng)度一般不超過(guò)11 m[3]，而港區(qū)40 ft集裝箱卡車(chē)的長(zhǎng)度約為14 m，道路轉(zhuǎn)彎半徑一般設(shè)置為15～18 m。因此，港區(qū)道路可以滿(mǎn)足絕大部分裝備的通行，且對(duì)于少量轉(zhuǎn)彎半徑過(guò)大的特種裝備車(chē)，需采取“直上直下”的滾裝工藝，避免車(chē)輛轉(zhuǎn)彎。

由于戰(zhàn)備滾裝作業(yè)頻次低，為提高民用生產(chǎn)性碼頭的使用效能，盡可能降低碼頭戰(zhàn)備滾裝作業(yè)改造費(fèi)用，結(jié)合國(guó)內(nèi)各類(lèi)型貨種碼頭既有的建設(shè)條件和平面布置，進(jìn)行戰(zhàn)備滾裝作業(yè)的適應(yīng)性分析，并提出解決方案，供建設(shè)單位在項(xiàng)目實(shí)施中借鑒。

2 通用物資(設(shè)備)滾裝工藝方案

通用物資(設(shè)備)指可用長(zhǎng)、寬、高等主尺度不超過(guò)民用碼頭車(chē)輛通行要求的滾裝車(chē)裝載的物資(設(shè)備)。針對(duì)民用生產(chǎn)性碼頭的主要類(lèi)型，形成不同形式的工藝布置方案。

2.1 件雜貨、通用、集裝箱等貨種泊位

該類(lèi)泊位的主要特點(diǎn)是：由于碼頭上車(chē)輛通行頻繁，碼頭面不設(shè)置固定建/構(gòu)筑物；為了便于碼頭裝卸作業(yè)，碼頭寬度較大，配套引橋的寬度也較大，不小于雙車(chē)道通行(見(jiàn)圖1)。以上特點(diǎn)，為軍用設(shè)備的滾裝作業(yè)提供了良好的外部條件。

圖1 典型通用泊位示意圖

為充分利用該類(lèi)泊位和引橋資源，采用駁船+升降平臺(tái)的方案(見(jiàn)圖2)。該方案的主要優(yōu)勢(shì)是：滾裝運(yùn)輸船和駁船的靠泊全部利用現(xiàn)有的泊位資源，無(wú)需新增水工結(jié)構(gòu)，僅需配置駁船設(shè)施；滾裝作業(yè)結(jié)束后，駁船即可撤離碼頭，不對(duì)碼頭的生產(chǎn)作業(yè)造成影響；駁船可采用自航式或非自航式，根據(jù)戰(zhàn)備滾裝的需要，可隨同運(yùn)輸戰(zhàn)備設(shè)備的滾裝船前往其他碼頭，持續(xù)提供滾裝作業(yè)服務(wù)，極大地提升設(shè)備的利用率和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

圖2 駁船+升降平臺(tái)方案

根據(jù)軍用裝備車(chē)輛的轉(zhuǎn)彎半徑要求，駁船長(zhǎng)度約90 m，寬度約26 m。該尺度相當(dāng)于8 000 t級(jí)駁船，大型駁船能提供更高的干舷高度，能更好地適應(yīng)水位差變化。根據(jù)我國(guó)沿岸海域潮差分布的總體趨勢(shì)，東海最大，黃海、渤海次之，南海最小，由此提供兩種不同模式的滾裝作業(yè)。

第一種模式：對(duì)于水位差小的碼頭，如南海和渤海地區(qū)，選擇在高平潮時(shí)進(jìn)行滾裝作業(yè)，車(chē)輛直接通過(guò)設(shè)置在甲板面的活動(dòng)跳板1行駛至碼頭面。滾裝過(guò)程中，通過(guò)調(diào)節(jié)駁船的壓載水來(lái)適應(yīng)少量的水位變化。該模式需要解決的主要問(wèn)題是滾裝運(yùn)輸船尾部直跳板與駁船甲板面的高度差。根據(jù)資料顯示，尾直跳板距離水面的距離隨著船舶裝載情況而變化，一般在2～4 m范圍內(nèi)。8 000 t級(jí)駁船空載狀態(tài)的干舷高度可達(dá)4 m，而滿(mǎn)載狀態(tài)下僅為0.5 m。因此，兩者的高度差可通過(guò)調(diào)整駁船的壓載水解決。

第二種模式：對(duì)于大水位差的碼頭，如東海和黃海地區(qū)，大部分水域的平均水位差可達(dá)4 m以上。該模式需要解決2個(gè)高度差問(wèn)題，一個(gè)前文已經(jīng)講述，另一個(gè)是駁船甲板面與碼頭面高度差，可通過(guò)駁船上設(shè)置的固定平臺(tái)和升降平臺(tái)予以消除。滾裝作業(yè)選擇在高平潮時(shí)進(jìn)行，根據(jù)碼頭面高度，升降平臺(tái)上升至高于碼頭面位置，確保活動(dòng)跳板2順搭于碼頭面，隨后車(chē)輛通過(guò)駁船上的固體平臺(tái)、活動(dòng)跳板3行駛至升降平臺(tái)，最終通過(guò)升降平臺(tái)上的活動(dòng)跳板2行駛至碼頭。當(dāng)水位逐漸降低，活動(dòng)跳板2與碼頭面的夾角開(kāi)始減小時(shí)，首先通過(guò)駁船調(diào)整壓載水來(lái)維持活動(dòng)跳板2與碼頭面的順搭狀態(tài)，當(dāng)水位進(jìn)一步下降，調(diào)整壓載水不能維持活動(dòng)跳板2與碼頭面的順搭狀態(tài)，此時(shí)升降平臺(tái)開(kāi)始作業(yè)。平臺(tái)升降采用多點(diǎn)液壓頂升，通過(guò)液力傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)柔性頂升以及各個(gè)頂升點(diǎn)之間的升降同步功能。當(dāng)潮水回落至最低位，油缸行程達(dá)到最大，此后隨著潮水回升，油缸行程減小，最后回到高平潮水位，完成一個(gè)作業(yè)循環(huán)。駁船壓艙水的調(diào)節(jié)，以及升降平臺(tái)的調(diào)節(jié)，以活動(dòng)跳板2與碼頭面的角度進(jìn)行閉環(huán)控制。

2.2 干散貨和液體散貨泊位

此類(lèi)碼頭的主要特點(diǎn)是：碼頭面配置有專(zhuān)業(yè)的工藝設(shè)備及構(gòu)筑物，比如煤炭碼頭的帶式輸送機(jī)、棧橋及轉(zhuǎn)運(yùn)站等，成品油泊位的輸油臂及輸油管線(xiàn)橋架等，引橋上也相應(yīng)設(shè)置有輸送機(jī)、管道、棧橋及橋架等，車(chē)道一般為單車(chē)道布置(見(jiàn)圖3)。

圖3 典型干散貨泊位示意圖

由于碼頭面和引橋面的空間相對(duì)局促，軍用裝備車(chē)輛往往無(wú)法通過(guò)碼頭面設(shè)置的專(zhuān)業(yè)設(shè)備及配套設(shè)施，引橋單車(chē)道寬度也不滿(mǎn)足車(chē)輛通行，因此，此類(lèi)泊位僅具備滾裝船的靠泊功能，車(chē)輛滾裝功能需要通過(guò)其他設(shè)施來(lái)實(shí)現(xiàn)。為此，在靠近碼頭端部的位置，設(shè)置1個(gè)駁船，駁船采用抱樁錨定，共配置4個(gè)抱樁器。駁船寬度約40 m，并需滿(mǎn)足裝備車(chē)輛的轉(zhuǎn)彎半徑要求。為消除潮差的影響，采用浮動(dòng)鋼引橋的方案，根據(jù)潮差大小，鋼引橋長(zhǎng)度約70 m，一端鉸接在搭接平臺(tái)上，另一端簡(jiǎn)支在駁船上，隨著駁船的升降而浮動(dòng)。在鋼引橋靠近駁船一端，設(shè)置鋼橋起吊平臺(tái)，將鋼橋一端起吊后，可用于鋼橋檢修作業(yè)，或風(fēng)暴期時(shí)避免鋼橋被波浪拍擊(見(jiàn)圖4)。滾裝運(yùn)輸船尾部直跳板與駁船甲板面的高度差，同樣采用駁船調(diào)整壓載水的方法進(jìn)行調(diào)節(jié)。

圖4 駁船+鋼引橋方案

3 特種物資(設(shè)備)滾裝工藝方案

特種物資(設(shè)備)主要指超長(zhǎng)、超寬、超高等外形尺度較大的物資(設(shè)備)，此類(lèi)設(shè)備對(duì)碼頭結(jié)構(gòu)承載、道路轉(zhuǎn)彎半徑等要求高，需要采用直上直下的滾裝方案，船舶采用甲板駁船進(jìn)行海上運(yùn)輸。

對(duì)于潮差小的碼頭，特種設(shè)備采用甲板駁船運(yùn)輸并靠泊碼頭后，利用駁船調(diào)整壓載水即可適應(yīng)滾裝作業(yè)的水位變化。而對(duì)于潮差大的碼頭，如我國(guó)杭州灣、福建地區(qū)實(shí)測(cè)最大潮差超過(guò)8 m，由于甲板駁干舷高度低，為滿(mǎn)足滾裝作業(yè)要求，采用“駁船+半潛船”的組合方式，在駁船靠泊碼頭前，由半潛船將駁船托起，即利用甲板駁的型深+半潛船的干舷，以及半潛船的調(diào)載能力，克服極端水位差(見(jiàn)圖5)。以8 000 t駁船為例，其型深約6 m，2萬(wàn)t半潛船型深約13 m，滿(mǎn)載吃水約9 m，輕載吃水約4 m，即“甲板駁+半潛船”組合形成的干舷高度范圍可達(dá)10～15 m，可以適應(yīng)我國(guó)極端地區(qū)的水位差變化作業(yè)要求。

圖5 駁船+半潛船方案

4 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐表明，駁船+升降平臺(tái)方案具有最廣泛的泊位適用性，無(wú)需增加水工結(jié)構(gòu)，駁船設(shè)施可以靈活調(diào)動(dòng)，為不同地區(qū)、不同地點(diǎn)的戰(zhàn)備滾裝提供服務(wù)，可作為戰(zhàn)備滾裝的主要考慮方向。駁船+鋼引橋方案會(huì)增加部分水工結(jié)構(gòu)的投資，相關(guān)設(shè)施只能服務(wù)于該泊位，考慮該類(lèi)碼頭占比較為廣泛，同樣具有推廣的價(jià)值。駁船+半潛船方案是針對(duì)特種物資(設(shè)備)和極端水位差情況下，選擇的特殊滾裝方案，其代價(jià)最大，可作為同類(lèi)項(xiàng)目的參考。