船舶與履帶式起重機組合式水上鋼棧橋吊裝施工技術研究

苗永茂

（中交一公局廈門工程有限公司，福建廈門 361000）

1 引言

傳統的鋼棧橋施工通常采用釣魚法，施工時受限于工作面的影響，無法多作業面同時開展架橋施工，尤其是面臨舊棧橋搶險加固施工時，原有的鋼棧橋橋體銹蝕老化，無法承受施工機械荷載，施工效率低。因此，有必要探索新的水上鋼棧橋施工工藝。本文通過研究將船舶與履帶式起重機進行有效組合開展水上施工任務，總結形成一套操作簡單、提高工效、保證安全、降低成本的施工工藝，對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鋼棧橋項目。原臨時鋼棧橋已超過使用年限，經專業檢測機構檢測結論為5 類橋（機動車不能通行），項目擬對臨時鋼棧橋進行加固改造。

棧橋總長2 117 m，位于海域，施工受風浪，潮汐，海浪流速等環境影響因素大。改造前銹蝕嚴重，改造后橋寬僅4 m，改造前后均無法滿足施工機械上橋施工。

3 船舶與履帶式起重機組合式施工原理與設計

3.1 機械組合設計

施工前，首先需選定擬投入施工機械設備，再根據所選定的機械設備的參數進行初步組合設計，初步確定履帶式起重機、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 機械組合示意圖

3.2 機械組合穩性驗算

3.2.1 計算說明

1）機械組合驗算可依據中華人民共和國海事局頒布的《船舶與海上設施法定檢驗技術規則》（國內航行海船法定檢驗技術規則2020 年）中的有關規定進行計算。

2）此驗算校核施工船舶在沿海航區裝載一臺履帶式起重機作業時的穩性。施工船舶按全回轉起重船核算作業、避風狀態穩性。

3）所有計算狀態下，船上所有車輛、物料均處于良好固定狀態。

4）本工藝驗算以起重船為計算模型，共分析15 種工況下的船舶穩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，根據船舶在作業、避風及航行3 種狀態時，履帶式起重機位于不同工作位置、燃油及淡水空載或滿載、甲板上不同載貨情況進行組合，匯總出15 種不同工況，分別進行穩性驗算，具體工況見表1。

表1 計算狀態統計表

3.2.3 穩性驗算

15 種計算狀態的計算過程類似，詳細驗算內容可參考《船舶與海上設施法定檢驗技術規則》（國內航行海船法定檢驗技術規則2020 年）內容進行計算。本文所依托工程中，在避風狀態下、履帶式起重機位于工作位置、甲板裝載施工配料、燃油及淡水空載的工況時，處于最不利狀態，故取其作為驗算范例。

起重船在避風狀態下的穩性衡準數K 應符合式（1）要求：

式中，lq為最小傾覆力臂，m；lf為風壓傾側力臂，m；Ml為船舶不對稱裝載傾側力矩，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組合

履帶式起重機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重心線重合采用在駁船甲板上焊接I25a 工字鋼固定架進行固定。固定架采用4 個門式固定架與4 個限位擋，防止船舶晃動過程中履帶吊前后左右及上下滑動。如圖2 所示。

圖2 履帶式起重機固定設計圖

4.2 船舶及履帶式起重機組合后試吊

履帶式起重機登船行駛至設計位置進行固定后，需進行試吊。驗證船舶與履帶式起重機組合的施工設計是否可行，以及所采用的機械固定方式和施作質量是否可靠，也是對吊裝穩定情況進行校核，保證吊裝過程安全可控。同時，模擬吊裝施工的各種工況，檢驗機械工作性能是否正常。

試吊過程分為空載試驗及負載試驗兩個過程。負載試驗需依次進行1.25Q（Q 為吊重）靜載試驗、1.00Q 動載試驗及1.10Q動載試驗。

4.2.1 空載試驗

空載試驗是在空載條件下，讓履帶式起重機完成起升、下降、變幅等動作，并且對各部位限位的性能試驗和設計規定的各機構空載速度的測試，至少重復3 次。

4.2.2 負載試驗

空載試驗合格后，對履帶式起重機重新進行檢測，各部位合格后方可進行負載試驗。要求按以下順序進行負載試驗：1.25Q 靜載試驗；1.00Q 額定動載試驗；1.10Q 動載試驗。

1）靜載試驗。含吊具在內吊起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。檢查確定吊裝過程是否正常，然后將重物放下。試驗結束后檢查履帶式起重機及各部分構件是否存在異常狀態。

2）額定動載試驗。靜載試驗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，一切正常后啟動船舶。后起升吊物高度，仰臂至76°。過程中注意試吊狀態是否正常，然后按此順序做下放動作。試驗重復次數不應少于3 次，檢查起重機運行是否正常、是否有異響，檢查卷揚機的制動器工作情況是否正常。

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

4.3 施工位置船舶靠泊

船舶在漲潮后到達施工現場，并通過調節系纜長度調整平面位置，船舶方向與擬建結構物縱向方向平行，船舶逆著洋流向外側拋擲八字錨，船舶拋錨停靠時保證船舶與擬建結構物邊緣之間的安全距離不小于10 m。船舶外側采用拋八字錨，后錨較長，駁船拆除過程中可以通過收緊錨實現駁船向前移動，保證履帶式起重機的旋轉半徑保證在39 m 范圍內。如圖3所示。

4.4 吊裝施工

在施工位置停靠完畢后，應在吊裝區域設置警戒線，嚴禁無關人員入內，起吊前檢查起吊物與地面完成脫離，避免勾連。起吊過程由信號工統一指揮調度，機械運轉時應勻速起落，嚴禁左右回轉、忽快忽然慢或突然制動等，應符合施工方案及操作規程的要求，嚴禁超負荷起吊。當履帶式起重機在回轉未停穩前，不得作反向動作。特別是在起重機正在滿負荷或接近滿負荷起重時不得同時進行兩種操作動作[2]。

5 施工安全管理技術

5.1 碰撞后應急安全措施

倘若發生船舶碰撞，應根據發生碰撞的周邊環境、相撞姿態、破口大小等情況采取不同的應急措施。當施工船舶以船首撞入其他船舶的船側時，不應貿然倒出。在沒有采取堵漏和排水措施之前貿然倒出，有可能造成破口擴大，存在破口處大量進水使船沉沒的危險。故此時應該根據碰撞的具體程度，兩船的相對位置等因素，采取停車或者微進車的措施，保持兩船處于相互密接碰撞吃合狀態進行漂浮，并迅速組織救援，檢查破口出，進行堵漏排水搶險。

兩船相撞后若雙方船舶均有沉沒的危險時，則應發出遇難信號并采取棄船措施。若一方存在沉沒危險，應立即組織救援，將船上全體人員轉移至安全的船舶上，如果碰撞發生的地點距離岸邊較近，應盡可能考慮在就近搶灘。若確認兩船暫時沒有沉沒危險后，應采取系纜等方式保持兩船碰撞的姿態，從而有效控制兩船的破損擴大，減少船艙進水，并應盡可能操縱船舶將其破損部位處于下風側。方便加快排水、堵漏和加強水密隔艙壁搶險[3]。

5.2 走錨后應急安全措施

當發現船舶走錨，應立即加長錨鏈或拋下另一錨作為止蕩錨，以延緩走錨速度，同時配合使用車舵，讓船首迎風減少偏蕩并緩和錨鏈張力。

船上負責人在接到走錨的報告后，應當立即采取加松錨鏈和備車等急救措施，迅速查清走錨險情的情況，并立即向現場海上指揮機構報告，現場指揮機構接到報告后，應立即向現場負責人報告，并立即啟動應急預案。

5.3 水上吊裝安全措施

履帶式起重機登陸施工船舶，起重機軸線與船舶軸線一致，大型構件或占地面積小且質量大構件堆放區設置在船軸線處；小型散裝構件應集中在駁船中心位置，禁止集中在一側。

吊裝作業前，應關注當地潮汐、洋流以及風力等級等天氣情況，做好施工部署，當遇上惡劣天氣應及時停止施工作業，將船舶停靠至避風港。

6 結論

1）采用船舶與履帶式起重機進行組合式水上吊裝施工，相較于釣魚法施工可有效拓展施工作業面，提高工效；而相比于采用起重船施工，則明顯降低成本。且施工全過程風險可控，是一種值得推廣的施工技術，為水上吊裝作業提供了新思路。

2）在采用該施工技術開展水上施工時，施工機械組合及站位應嚴格按照經驗算方案進行，同時應注意做好防碰撞及防走錨安全措施，施工前應編制好防碰撞及防走錨應急預案。