橋式抓斗卸船機整機上岸方式

李恭川

上海振華重工（集團）股份有限公司 上海 200125

0 引言

隨著經濟的發展，我國對鐵礦石、煤炭等資源類礦產的需求量不斷攀升，隨之而來的是散料裝卸效率的提升需求，需要有相適應的散料裝卸設備來滿足裝卸生產，橋式抓斗卸船機因其超高的散料卸載效率，是目前眾多散料裝卸碼頭選擇的典型設備。

散料裝卸碼頭根據自身發展需求添置新的橋式抓斗卸船機設備，為其提高裝卸效率。目前國際主流橋式卸船機裝卸效率可達3 000 t/h。

文中所述的3 000 t/h的橋式抓斗卸船機（以下簡稱卸船機）廣泛用于電廠、石化及其他散料裝卸領域的碼頭，作為30～40萬噸級散貨船的主力設備，其裝卸作業的工藝流程為：卸船機通過移動式下車下掛的抓斗將散料抓起后，放入門框結構內的漏斗系統，漏斗系統將散料過渡至帶式輸送機，通過帶式輸送機系統將散料運送至碼頭后方的堆場。

1 設計思路

對于新添置卸船機的碼頭，卸船機常規卸船方式為整機滾裝，即通過在碼頭鋪設臨時軌道，待潮水漲至運輸船與碼頭齊平，在船與碼頭間架設臨時過渡軌道梁，通過卷揚機牽引，卸船機滾裝上岸。上岸后撤除臨時過渡軌道梁，通過千斤頂與頂升支座的配合將設備落入碼頭軌道。按照常規卸船方式，需預留一個寬約50 m的工作區域供卸船機滾裝上岸。若是作業碼頭帶式輸送機廊道占據了卸船區域，必須將帶式輸送機的輸送帶剪斷，拆除卸船區域廊道及其支撐托輥，待卸船機上岸后再恢復帶式輸送機廊道的建設、硫化輸送帶，自卸船開始至帶式輸送機恢復作業需2周時間。

由于該卸船方式對碼頭連續作業產生極大的影響，為了使作業碼頭在短時間內恢復生產，將新添置的卸船機對碼頭裝卸作業的影響降至最低，不拆除帶式輸送機廊道，可采用卸船機整機碼頭端部滾裝上岸和整機吊裝上岸2種方式。

2 方案論證

2.1 碼頭端部整機滾裝卸船

該方案在制造廠整機滾裝上船，到達用戶碼頭后運輸船頂靠用戶碼頭端部，在碼頭本機行走軌道上方鋪設臨時軌道（臨時軌道最后一段使用斜坡軌道），調整運輸船位置使船上軌道與碼頭臨時軌道對齊，在運輸船與碼頭間架設臨時過渡軌道梁，通過卷揚機牽引，卸船機利用自身行走滾裝上岸（帶式輸送機廊道在海陸的門框內），通過最后一段斜坡軌直接進入碼頭軌道。

采用此方案需滿足以下條件：運輸船船艉無阻礙整機滾裝的障礙物、船的型深滿足運輸船與碼頭齊平、碼頭端部有防止運輸船與碼頭相碰撞的靠泊墩、碼頭上的系纜樁符合運輸船端部靠岸系纜要求、碼頭端部海域水流和風向符合系纜的最大承載。

針對以上條件進行逐一對比，碼頭端部靠泊墩和系纜樁設置無法滿足運輸船靠泊要求，并且根據歷史氣象信息，端部海域水流速率較高，會對卸船過程造成影響；符合滾裝型深的運輸船在市場上較少，故此方案評估后無法實現。

2.2 整機吊裝上岸

運輸船舶正面靠泊碼頭，大型浮式起重機（以下簡稱浮吊）在碼頭端部拋錨，拋錨完成后跨越運輸船船艏進行吊裝索具掛鉤，吊起卸船機，通過自身錨點橫向移動，卸船機越過帶式輸送機廊道上方后落入碼頭卸船機軌道。采用此方案需滿足以下條件：1）浮吊吊裝幅度的額定起重量大于卸船機自重、沖擊載荷與吊索具之和的質量；2）起升高度滿足卸船機能夠順利越過碼頭廊道的高度；3）作業區域海域錨索受力滿足浮吊作業時錨泊力的要求。

針對以上條件，根據設計圖初步編制現場整機吊裝工藝，以確定浮吊具體參數選擇的相關要求，最終確定采用整機吊裝方案。

3 卸船機性能參數及整機吊裝技術分析

3.1 卸船機性能參數

卸船機軌距30 m，基距18 m，前伸距52 m，后伸距27.5 m，軌道面以上起升高度32.5 m，軌道面以下28 m，額定裝卸效率3 000 t/h，整機質量約2 100 t，主要針對目前全球最大散料運輸船（400 000 DWT）的卸船作業。

3.2 整機吊裝技術分析

3.2.1 浮吊作業參數及錨泊系統受力計算

在國際工程項目建設過程中，承包商可能因為某種原因將部分工程分包給當地企業。當項目所在國政府保護地方施工企業要求當地分包某些工作或者某些項目時，在一些比較落后的國家當地施工企業可能技術無法滿足要求，從而會造成整個項目出現進度落后或者質量不合格等問題，對施工單位造成影響。

根據卸船機現場整機吊裝工藝，結合安裝場地周邊的浮吊情況，初步確定某5 000 t浮吊作為卸船機整機吊裝的浮吊，吊裝載荷與臂幅、起升高度參數如表1所示。

表1 5 000 t浮吊主要技術參數

通過5 000 t浮吊比對初始吊裝工藝所需起重量和起升高度參數，確定使用60 m幅度作為本次整機吊裝幅度（見圖1），以確定浮吊臂架與卸船機是否產生干涉，完善整機吊裝工藝。

確定浮吊吊裝幅度后，根據浮吊船體主參數和卸船機的受風面積計算錨索系統的錨泊力。

1）浮吊船體長度為138.50 m，寬度為50.80 m，型深為9.60 m，吃水深度為5.25 m，船體濕表面積為8 435.00 m2。

2）卸船機受風型心高度為58 m，縱向受風面積為1 620.2 m2，橫向受風面積為1 446.5 m2。浮吊受風型心高度為52 m，縱向受風面積為2 500 m2，橫向受風面積為3 386 m2。

結合當地的地質水文條件和上述參數，根據不同風向和水流方向浮吊作業工況，計算錨索系統的受力情況，得出最大錨泊力滿足浮吊的錨索系統作業要求如圖2、圖3所示。

3.2.2 吊裝載荷分析

根據整機重心位置，計算卸船機門框系統聯系橫梁靠近立柱位置4個吊點的受力情況（計算吊點處最大載荷約700 t），在吊點處安裝4件整機吊裝吊耳，單件吊耳額定承載力800 t。考慮吊裝鋼絲繩與卸扣安裝的便捷性，單件吊耳設計為4孔吊耳。

卸船機門框系統立柱與上層聯系橫梁吊耳安裝位置的鋼結構，承受整機質量與海浪波動的疊加載荷，通過對吊點安裝位置鋼結構和吊耳有限元分析（見圖4、圖5），吊耳載荷符合要求，吊耳安裝位置上層聯系橫梁箱體梁內部結構局部應力過大，需進行結構加強方可滿足整機吊裝的要求。

4 承運船舶選擇要求

2）卸船機在制造廠發運碼頭滾裝上船，需通過壓載水艙內壓載水的調節，適用整機滾裝上船；

3）卸船機裝載后船舶的整體穩定性滿足卸船機裝載后船舶有良好的搖擺修正性能。

同時滿足以上3點要求，最終選擇排水總噸為5萬噸級的港口機械專用運輸船作為承運船舶，其主總長度為225 m，2柱間長度為206 m，型寬為32.24 m，最大寬度為40 m，型深為13.5 m，設計吃水深度為8.5 m。

5 方案實施

5.1 制造廠滾裝裝船

卸船機完成整機調試試車后，因吊裝時整機重心的要求，將前大梁仰起，掛好安全鉤。

卸船機整機頂升，大車行走轉向，在運輸船與制造廠碼頭間架設臨時過渡軌道梁，待運輸船與碼頭齊平后，通過卷揚機牽引卸船機上船。卸船機在船上頂升，大車行走轉向（最終在碼頭運行狀態），整機海運綁扎完成并經檢驗合格后，運輸船開航。

5.2 運輸船、浮吊航行程序及進港申請

1）進港前，向當地海事部門申請發布航行安全通告，由海事部門派遣大馬力拖輪護航。按照SOLAS海事公約要求，對主輔機、舵機、AIS、通訊、照明等航行設備及助航設施進行檢查測試記錄，確保其處于正常適航工作狀態。

2）提前收聽天氣預報，準確掌握整個進港期間的水文氣象情況，尤其通過歷史氣象比對是否存在突發性大風、強對流、暴雨的可能性，妥善安排好應急預案。

3）進港時，選擇指定航道，在視線較好的白天航行進港。航行要求：視程大于1 n mile，風力6級及以下，密切關注風和流壓的影響；為防止壓壞碼頭靠泊墩，提前選擇靠泊時間，以低平潮靠泊為宜。

4）密切注意進出口各船舶動態，及早用VHF相關頻道與對方取得聯系，主動協調避讓，以策安全。

5）船艏派專人值守，備妥船舶上的2個錨，確保在緊急情況時能立即拋下；一旦在航行中遇突發惡劣天氣，立即向當地海事部門交管中心報告，聽從海事交管中心的指揮；在拖輪護航下采取滯航，用VHF向周圍船舶通報本船動態或選擇安全水域錨泊。

5.3 運輸船和浮吊靠泊程序

1）運輸船到達碼頭前沿后，通過拖輪靠泊碼頭預留指定泊位，船艏和船艉共需8根纜繩。

2）運輸船靠妥碼頭后，浮吊到達卸船機碼頭端部海域，起航行錨，拋下右后錨，拖輪護航浮吊向靠近碼頭端部方向前進，用浮吊自帶拋錨艇將浮吊船艏纜繩掛至碼頭系纜樁上。

拋錨艇依次拋下右前錨、左前錨和左后錨，為方便夜間航行的船舶，錨浮上配置夜間可見的自亮燈。

拋錨結束后，浮吊調整船位，拖輪解綁離開浮吊，浮吊吊裝具備作業條件。

5.4 卸船機整機吊裝作業程序

1)運輸船右舷順靠卸船機碼頭安全泊位，船艏距碼頭邊約50 m距離系纜，需帶好頭纜、尾纜與倒纜（見圖6）。

2）待浮吊拋錨完成后，運輸船在拖輪的協助下移位至所示位置，船艏頭纜變為橫纜，為確保船艏能抵消回流的影響，此靠泊位需采用一艘港作拖輪協助運輸船作業（見圖7）。

3）浮吊跨過船頭吊裝第1臺卸船機，浮吊通過自身錨點橫向移動，卸船機越過帶式輸送機廊道上方后落入碼頭卸船機軌道（見圖8）。

4）第1臺卸船機吊起即將落入碼頭本機軌道時，運輸船在港作拖輪的協助下脫離碼頭（為避免卸船機在岸上牽引時與船上卸船機大梁碰撞）。

5）待第1臺卸船機岸上牽引至防風錨定位置后，運輸船按進港方案重新靠泊。靠泊完成后，第2臺卸船機在運輸船上通過船上專用卷揚機牽引至第1臺卸船機位置，按前述流程整機吊裝。

6 結語

由于整機吊裝上岸涉及到的因素較多，為整機吊裝前期需準備的設計資料、水文資料以及卸船機設計時局部鋼結構加強等的溝通較為頻繁，并且大件吊裝水上作業是海事部門重點監管的活動，故建議用戶方在有意向供貨方采購卸船機時提前提出此要求。

文中項目的順利實施，為卸船機整機上岸提供了一個新的方式，使作業碼頭因添置新設備暫停生產的時間降到最低，也為同類型產品的上岸提供一定的借鑒。