三峽升船機(jī)通航運(yùn)行實(shí)踐與思考

鄭衛(wèi)力

(長江三峽通航管理局，湖北 宜昌 443002)

三峽升船機(jī)是三峽水利樞紐永久通航建筑物，過船規(guī)模為3 000噸級(jí)，船廂有效尺寸120 m×18 m×3.5 m(長×寬×水深)，提升質(zhì)量1.55萬t，最大提升高度113 m，是目前世界上工程規(guī)模最大、技術(shù)最復(fù)雜的升船機(jī)，涉及水工建筑物、金屬結(jié)構(gòu)、機(jī)械設(shè)備、電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、安全保護(hù)系統(tǒng)等多個(gè)系統(tǒng)，且閘首橋機(jī)承擔(dān)著三峽樞紐防洪、水庫蓄水時(shí)升船機(jī)閘首門位調(diào)整和提落門擋水等重要任務(wù)。因此，作為三峽水利樞紐的快速過壩通道，三峽升船機(jī)安全高效運(yùn)行的難度及復(fù)雜程度遠(yuǎn)超國內(nèi)外其它升船機(jī)，保障升船機(jī)正常運(yùn)行是三峽升船機(jī)建成以后面臨的巨大挑戰(zhàn)[1-3]。

1 通航運(yùn)行面臨的挑戰(zhàn)

1.1 通航運(yùn)行復(fù)雜，安全高效運(yùn)行難

1)引航道水位變動(dòng)對(duì)升船機(jī)船廂對(duì)接的影響。三峽升船機(jī)上游水位變幅30 m；下游水位變幅11.8 m，水位變率不超過0.5 m/h。上游工作大門一次調(diào)整范圍為3.75 m，下游閘首工作大門一次調(diào)整范圍為1.97 m，船廂對(duì)接允許誤載水深±0.5 m。在升船機(jī)運(yùn)行過程中，受船廂與閘首實(shí)際對(duì)接范圍的影響，當(dāng)上下游水位達(dá)到升船機(jī)上下閘首門體調(diào)整的臨界水位時(shí)，門體適應(yīng)的水位范圍較小，上游為臨界水位的-0.15～0.10 m，下游為臨界水位的-0.10～0.20 m。因此，船舶在進(jìn)出廂過程中，如果引航道水位變化超過對(duì)接允許范圍或閘首擋水臨界水位，有可能影響船舶和升船機(jī)安全，需要升船機(jī)運(yùn)行和引航道水位變化有機(jī)聯(lián)動(dòng)[4-5]。

2)船舶在船廂內(nèi)靠泊及系纜的安全問題。三峽升船機(jī)設(shè)計(jì)船型為江漢系列客貨輪和一頂一推船隊(duì)，對(duì)過廂船舶的船首結(jié)構(gòu)、排水量、船速等均有明確要求。經(jīng)過近30 a的快速發(fā)展，過壩船舶均為單船，實(shí)際船型也發(fā)生了變化，由此帶來的主要問題有：部分貨船船首結(jié)構(gòu)由尖艏發(fā)展為球鼻艏，相應(yīng)的防撞裝置不同；客船和商品車滾裝船船體結(jié)構(gòu)為舷伸甲板，進(jìn)出船廂時(shí)容易碰撞船廂甲板上的設(shè)備；空載貨船干舷高遠(yuǎn)超升船機(jī)船廂0.8 m的系纜設(shè)施高度，系泊安全難以保證。

3)船舶進(jìn)出船廂航行安全問題。進(jìn)出船廂的船舶存在的主要安全風(fēng)險(xiǎn)有：上游引航道靠船墩與升船機(jī)中心線之間有26°夾角，靠船墩到浮式導(dǎo)航墻距離為110 m，且不在同側(cè)，在風(fēng)、流共同作用下大尺度船舶進(jìn)廂有一定的難度，迎向運(yùn)行時(shí)，上行船舶出廂后，存在與靠泊船舶的擦碰風(fēng)險(xiǎn)。升船機(jī)下游引航道由上段專用引航道和下段與三峽船閘共用的引航道組成，下行船舶駛出專用引航道時(shí)與三峽船閘南線出閘船舶不能互視，上行進(jìn)升船機(jī)船舶與三峽船閘南線出閘船舶航路交叉，存在船舶碰撞風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 設(shè)備設(shè)施系統(tǒng)復(fù)雜，運(yùn)行維護(hù)難

三峽升船機(jī)包括水工建筑物、金屬結(jié)構(gòu)、機(jī)械設(shè)備、電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等復(fù)雜系統(tǒng)，設(shè)備種類、數(shù)量繁多，整體協(xié)同運(yùn)行要求高，極易出現(xiàn)停機(jī)故障，運(yùn)行維護(hù)工作量大、難度高。

1)設(shè)備整體協(xié)同運(yùn)行要求高。三峽升船機(jī)船廂驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)4點(diǎn)同步精度設(shè)計(jì)要求±2 mm。船廂驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)小齒輪、安全機(jī)構(gòu)螺桿與安裝在塔柱上的齒條、螺紋有嚙合和間隙要求；下閘首工作大門內(nèi)的鎖定機(jī)構(gòu)與下閘首結(jié)構(gòu)內(nèi)埋件有互鎖要求；船廂水體在對(duì)接和運(yùn)行時(shí)有嚴(yán)格的水位要求。

2)設(shè)備停機(jī)故障幾率大。三峽升船機(jī)設(shè)備運(yùn)行工藝流程復(fù)雜，執(zhí)行機(jī)構(gòu)眾多(液壓油缸共60多支)，閉鎖嚴(yán)格，而且要有大量相互配合、相互協(xié)調(diào)的結(jié)構(gòu)和設(shè)備，運(yùn)行流程中某一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都可能導(dǎo)致運(yùn)行中斷，甚至故障停機(jī)，設(shè)備故障多發(fā)易發(fā)、處理難度大。

3)設(shè)備維護(hù)檢修難度高。三峽升船機(jī)維護(hù)檢修缺乏現(xiàn)成可借鑒的經(jīng)驗(yàn)，需要日常維護(hù)檢修的單機(jī)設(shè)備有116臺(tái)套，涉及2 000多個(gè)潤滑點(diǎn)(其中1 400多個(gè)為手動(dòng)潤滑點(diǎn))、近500個(gè)傳感檢測點(diǎn)，而且絕大多數(shù)機(jī)電設(shè)備安裝在船廂和閘首大門內(nèi)，空間狹窄，安裝緊湊，維護(hù)檢修難度大。

1.3 通航調(diào)度制約因素多，船舶交通組織難

1)調(diào)度的關(guān)聯(lián)性。三峽升船機(jī)建成以后，涉及到與三峽船閘和葛洲壩3座船閘之間的聯(lián)合調(diào)度問題：升船機(jī)與葛洲壩三號(hào)船閘尺度相同，通過能力相近，需匹配運(yùn)行方能充分發(fā)揮升船機(jī)的快速通道作用；為了提高升船機(jī)利用率和三峽船閘通過量，三峽升船機(jī)和三峽船閘需實(shí)行聯(lián)合調(diào)度，將符合要求的船舶安排通過升船機(jī)。

2)指揮的關(guān)聯(lián)性。三峽升船機(jī)建成后，過廂船舶待閘時(shí)還沒有設(shè)置專用錨位，需要研究三峽升船機(jī)船舶與三峽船閘船舶待閘的相互干擾等問題，研究布置三峽升船機(jī)專用錨位。根據(jù)三峽升船機(jī)和船閘引航道的布置，以按照三峽船閘運(yùn)行優(yōu)先的原則，參考三峽升船機(jī)和三峽船閘的發(fā)航規(guī)律，遵循通航信號(hào)控制、引航道內(nèi)的航路航法等，研究制定三峽升船機(jī)與三峽船閘聯(lián)合運(yùn)行通航指揮方案。在升船機(jī)下游專用引航道和共用引航道，研究如何在確保安全、兼顧效率的原則下，合理指揮船舶進(jìn)出船閘和升船機(jī)。

2 通航運(yùn)行主要經(jīng)驗(yàn)

三峽升船機(jī)于2016年9月18日—2021年9月18日試通航，5 a時(shí)間內(nèi)已安全運(yùn)行2.22萬廂次，日均運(yùn)行16.31廂次，日最高運(yùn)行37廂次，船舶通過三峽升船機(jī)的平均歷時(shí)約為52 min，相比三峽船閘3～4 h的通過時(shí)間，船舶過壩歷時(shí)大為縮短。通過三峽升船機(jī)與葛洲壩三號(hào)船閘的匹配運(yùn)行，船舶通過兩壩更為快捷，快速通道作用凸顯[6]。

2.1 設(shè)備運(yùn)行維護(hù)和改造

為提高三峽升船機(jī)設(shè)備運(yùn)行維護(hù)水平，先后編制了設(shè)備設(shè)施維護(hù)規(guī)程、年度和月度維護(hù)計(jì)劃；制訂了機(jī)電設(shè)備的維護(hù)作業(yè)指導(dǎo)書；完善了船廂排空與充水、船廂調(diào)平等關(guān)鍵維護(hù)工序的工藝流程；針對(duì)設(shè)備潤滑、閘首橋機(jī)等重點(diǎn)維護(hù)工作編制專項(xiàng)維護(hù)方案；形成了設(shè)備維護(hù)精細(xì)化、標(biāo)準(zhǔn)化管理體系。

為降低設(shè)備故障率，在加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)和技術(shù)改造的同時(shí)，不斷強(qiáng)化故障管理，推行故障首問負(fù)責(zé)制，實(shí)行故障“三不”(不過夜、不重復(fù)、不類似)管理和故障掛摘牌制。設(shè)備停機(jī)故障率由試通航初期11.37%降至1.12%(2021年)，設(shè)備故障礙航率由試通航初期4.49%降至0.11%(2021年)，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性持續(xù)提升，見表1。

表1 2016—2021年升船機(jī)設(shè)備運(yùn)行情況

三峽升船機(jī)試通航以來，根據(jù)設(shè)備設(shè)施運(yùn)行出現(xiàn)的問題開展停航檢修和設(shè)備改造，取得了良好效果，有效提升了設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和船舶過廂的安全性，見表2。

表2 主要設(shè)備停航檢修情況

2.2 持續(xù)改進(jìn)通航運(yùn)行管理

2.2.1優(yōu)化設(shè)備設(shè)施性能

1)按照原國務(wù)院三峽辦要求開展達(dá)標(biāo)完善工作，在歷次停航檢修中實(shí)施設(shè)備優(yōu)化，增配了加強(qiáng)性消防措施，改進(jìn)了充泄水系統(tǒng)管路、閘首臥倒小門支鉸連接裝置以及C型止水受力結(jié)構(gòu)等，確保設(shè)備設(shè)施性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2)根據(jù)設(shè)備故障情況，對(duì)閘首橋機(jī)、傳感檢測裝置、液壓系統(tǒng)管路、工藝流程與閉鎖條件等進(jìn)行優(yōu)化改造，提升三峽升船機(jī)設(shè)備設(shè)施運(yùn)行可靠性。

3)根據(jù)通航管理需要，改進(jìn)了船廂系泊裝置閘首工作大門止水座板，開展上閘首活動(dòng)橋改造，提升了船舶進(jìn)出船廂的通過性和匹配性。

2.2.2改進(jìn)通航運(yùn)行管理

1)根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)核定船舶船首結(jié)構(gòu)，鼓勵(lì)符合升船機(jī)尺度的球鼻艏船舶按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行改造，增加通過升船機(jī)船舶數(shù)量。過廂船舶改進(jìn)靠把結(jié)構(gòu)形式，進(jìn)出船廂更為順暢。

2)探索低速狀態(tài)下船舶測速測距方法，研發(fā)船舶測速測距一體化裝置，對(duì)過廂船舶實(shí)施安全檢測。

3)分析總結(jié)升船機(jī)上下游水位變動(dòng)規(guī)律，采取試行上下游導(dǎo)航墻待閘、船廂錯(cuò)峰對(duì)接和船舶延時(shí)進(jìn)出的措施，與發(fā)電調(diào)度部門建立常態(tài)化的聯(lián)動(dòng)機(jī)制，減少了水位變化對(duì)升船機(jī)運(yùn)行安全的影響。

4)改進(jìn)升船機(jī)油脂潤滑方式和接油裝置，研究升船機(jī)水域溢油應(yīng)急措施，防范油液污染升船機(jī)水域。

2.2.3推進(jìn)科研成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用

2012年三峽后續(xù)工作規(guī)劃科研項(xiàng)目“三峽升船機(jī)通航與運(yùn)行保障關(guān)鍵技術(shù)研究”啟動(dòng)研究，項(xiàng)目重點(diǎn)圍繞三峽升船機(jī)標(biāo)準(zhǔn)船型尺度及技術(shù)要求、樞紐運(yùn)行對(duì)升船機(jī)運(yùn)行安全的影響與對(duì)策、三峽升船機(jī)運(yùn)行維護(hù)關(guān)鍵技術(shù)、三峽升船機(jī)和船閘聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)研究以及實(shí)船試驗(yàn)技術(shù)要求5個(gè)方面展開攻關(guān)，項(xiàng)目創(chuàng)新成果為規(guī)范引導(dǎo)升船機(jī)船型，全面完成運(yùn)行生產(chǎn)準(zhǔn)備以及實(shí)船試航、試通航提供了重要的技術(shù)支撐[7]。

2.3 開展實(shí)船試航，規(guī)范通航管理

實(shí)船試航是通航建筑物試通航期間的重要技術(shù)工作，三峽升船機(jī)試通航前針對(duì)不同水文特征、不同船型和典型工況，分2個(gè)階段開展了實(shí)船試航。第1階段完成了4種類型、21項(xiàng)測試的實(shí)船測試；第2階段分3個(gè)時(shí)段分別完成三峽水庫145、175 m水位測試、大風(fēng)大流量條件下測試、24 h滿負(fù)荷運(yùn)行測試以及大尺寸船舶通過測試等實(shí)船測試。通過實(shí)船試航檢驗(yàn)了三峽升船機(jī)及其航道工程的適航性能以及航運(yùn)配套設(shè)施(待閘錨地、航道航標(biāo)、通信導(dǎo)航、船舶調(diào)度以及安全監(jiān)管)與升船機(jī)運(yùn)行的匹配性，在此基礎(chǔ)上編制了船舶駕引指南，提出了完善升船機(jī)設(shè)備設(shè)施和通航運(yùn)行管理的措施建議，為試通航安全高效運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

交通運(yùn)輸部頒布了《三峽升船機(jī)通航船型技術(shù)要求(試行)》，規(guī)范并引導(dǎo)通過升船機(jī)船型，保證船舶與升船機(jī)的匹配性。長航局修訂并實(shí)施《三峽—葛洲壩樞紐河段通航管理辦法》《三峽—葛洲壩水利樞紐通航調(diào)度規(guī)程》，明確了三峽升船機(jī)通航航路航法、調(diào)度規(guī)則以及通航運(yùn)行要求。

2.4 完善通航配套設(shè)施建設(shè)

建設(shè)了三峽升船機(jī)航運(yùn)調(diào)度系統(tǒng)、三峽升船機(jī)水域通航監(jiān)管系統(tǒng)以及船舶安全檢測系統(tǒng)，將三峽升船機(jī)調(diào)度納入到三峽通航整體調(diào)度體系中，通過VTS(vessel traffic services，船舶交通服務(wù))系統(tǒng)和CCTV視頻監(jiān)管系統(tǒng)對(duì)升船機(jī)船舶實(shí)施全過程安全監(jiān)管，引航道信號(hào)標(biāo)識(shí)和航標(biāo)保證了升船機(jī)船舶安全有序航行，船舶在進(jìn)出船廂過程中進(jìn)行測速測距，防范船舶在船廂內(nèi)超吃水風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)語

1)近5 a來，通過通航配套設(shè)施建設(shè)、加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)管理、推進(jìn)設(shè)備優(yōu)化改造，三峽升船機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行2.2萬廂次，通過船舶1.46萬余艘次，貨運(yùn)量、客運(yùn)量、通過船舶艘次呈穩(wěn)步上升趨勢，為長江黃金水道效益發(fā)揮提供了有力支持。

2)三峽升船機(jī)與三峽船閘聯(lián)合運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了“小船坐電梯，大船走樓梯”，經(jīng)過一系列技術(shù)創(chuàng)新與通航運(yùn)行管理改進(jìn)，三峽升船機(jī)日均運(yùn)行廂次由通航初期7.3廂次上升至28.6廂次，增幅達(dá)3倍，船舶平均過廂時(shí)間由初期75 min縮短至50 min，充分發(fā)揮出快速過壩通道作用。

3)經(jīng)過5 a的努力，三峽升船機(jī)通航運(yùn)行取得了很大成績，但當(dāng)前船舶過壩需求與三峽樞紐通過能力矛盾依然突出，三峽升船機(jī)保障安全和提升效率的壓力越來越大。面對(duì)新的形勢和挑戰(zhàn)，必須堅(jiān)持新發(fā)展理念，加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用，深入研究實(shí)踐，更好促進(jìn)升船機(jī)通航效益發(fā)揮和行業(yè)發(fā)展。基于新形勢下的樞紐通航要求和面臨的挑戰(zhàn)，在以下方面需要進(jìn)一步深入研究和探索：①設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測和基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的健康管理系統(tǒng)研究應(yīng)用；②重點(diǎn)設(shè)備快速檢修技術(shù)研究應(yīng)用；③綠色運(yùn)維技術(shù)研究應(yīng)用；④廣泛開展行業(yè)交流與合作。