小型耙吸式挖泥船加長改建關鍵工藝研究及實踐

陳碩穎，袁晨晨，王友亮，張春，林劍

（長江南京航道工程局，江蘇 南京 215000）

隨著作為綠色交通運輸重要手段的水上運輸業的蓬勃發展，全球港口的貨物吞吐量不斷增加，運輸船舶的大型化發展趨勢日益明顯[1,2,3]。水上運輸最為關鍵的就是港口和航道的通航水深，船舶大型化使得港口和航道疏浚維護的深度也逐漸增加[4,5]。但是，早期建造的小型疏浚船舶的挖深較淺、艙容面積較小、作業效率較差，已經無法滿足日益拓寬和加深的港口和航道疏浚維護施工要求。對小型和老齡化嚴重的船舶進行維修和改建，是提高港口航道疏浚船舶作業效率的常規做法[6,7]。船舶維修經過多年發展，工藝技術已趨于成熟。但船舶改建由于在實施過程中要將船體從中間切斷后加長，破壞了船舶整體的縱向強度和剛度，施工過程中稍有偏差，改造后的船體在運營中就存在發生扭曲、斷裂的風險，所以技術工藝復雜、操作實施難度較大。近年來，國內外很多學者都對小型船舶的改建工藝技術進行了有益的研究和探索，研制出的小型船舶加長改建工藝方法中，新加分段的制作工藝有小分段嵌入法和總段吊裝法兩種，船體的分離和合攏工藝以拉移法和沉浮法等兩類方法為主，也已有應用這些方法對散貨船、集裝箱船、油船、多用途船等不同船型的小型船舶加長改建的成功案例[8,9,10]。但是，針對不同的船舶船型、疏浚施工要求、改建場地及技術裝備等條件小型船舶加長改建工藝方法也不相同，要采用最為適合的技術工藝方法保證小型船舶加長改建工程的順利實施。為此，本文開發了小型船舶加長改建氣囊拉移法這種新型施工工藝方法，并依托500 方自航耙吸式挖泥船在斜船臺加長改建的成功案例，研究了氣囊拉移法施工應用的控制要點及工藝流程，量化了新加分段預制、船體切割分離、搭載和合攏精度控制和配套疏浚設備等各施工階段的技術參數，以期為小型疏浚船舶的加長改造提供技術參考。

1 氣囊拉移施工工藝方法及控制要點

受到施工場地及技術裝備的制約，再加上對船體新增環段加工制作精度的要求，以及船廠自身的技術水平、船舶塢期和船東船期等因素的影響，小型船舶加長改建工程具體的施工方案也各不相同。通過對近年來國內外關于小型船舶加長改建方面理論研究和工程案例的綜合分析發現，小型船舶加長改建常見的主要方法有軌道拉移法和船塢沉浮法兩種。其中，軌道拉移法對加長改造施工基礎設備的要求比較高，還需要在所用船臺上鋪設專用軌道來分離和合攏切開的船體，雖然施工精度較高、施工工期較短，但工程投入巨大、工程費用高；船塢沉浮法是利用船塢沉浮的特性，來實現分離船體艏艉各分段的目的，對施工場地的要求不高，但施工環節多、過程復雜、精度難控制、施工工期長。

長江南京航道工程局的“航浚22”輪是自航耙吸式挖泥船，該船船長76.2 米，船寬14.0 米，型深5.2 米，總噸2123。為提高其在港口航道疏浚維護過程中的深度和效率，南京長江油運有限公司紫金山船廠對“航浚22”輪進行了加長改建。紫金山船廠僅有一個軌道的斜船臺和一臺40T 的門吊，基于“航浚22”輪的加長改造工作受基礎設備的限制較大方面考慮，并結合“航浚22”輪自身的船體特征，本文創新開發了一種新型的小型船舶加長改建方法，即氣囊拉移法。該方法是在船舶上船臺落墩后，將船體沿劃線環口進行切割，然后在艏段下方布排氣囊并充氣，膨脹的氣囊會將船舶艏部頂起，再利用牽拉絞車和滑輪組將其拉移至指定位置撤除氣囊艏部落墩，待新分段搭載完成后，再于艏段下方位置處重新布排氣囊并充氣，在坡度和重力的作用下艏段會緩慢回移，配合絞車牽拉調整實現二次合攏，圖1 為氣囊拉移法分段施工示意圖。

圖1 “氣囊拉移法”示意圖

“氣囊拉移法”對場地要求不高，氣囊和絞車等設備也有專業的服務公司來提供，但是精度控制相對困難，需要多次對氣囊進行充放氣調節艏段高度，還要利用絞車往返牽拉和回移來調節艏段位置，直至精度符合規范要求，才可進行定位和落墩。假如船臺沒有坡度，或者在塢內，拉移裝置可布置在前面和兩側，從而實現遷移艏段位置的目的。此外，耙吸挖泥船的特性還要對泥門系統、耙管、耙管絞車等疏浚設備和控制系統進行配套改裝。

2 氣囊拉移法施工技術參數量化

2.1 分段預制

為了合理控制改建周期同時滿足高精度要求，我們優先考慮了“小分段嵌入法”——即將“航浚22”新增環段分為主甲板以下3 個小分段和艙口圍3 個小片體，圖2 主甲板以下分段劃分示意圖。在船舶進船廠改建前，應組織船廠和設計院相關人員到實船勘查，組織行業專家進行分析，之后提供原結構圖紙給設計人員，要求預制好部分分段，以節約改建周期。由于“航浚22”船齡為15 年，考慮到耙吸挖泥船頻繁裝卸泥漿船體會有一定變形，小分段嵌入能相對靈活調節寬度和高度，相比“總段吊裝法”，能更好保證新舊合攏口的搭載精度。

圖2 主甲板以下分段劃分

2.2 劃線切割和標記

劃線是否精準直接決定切開端面的平整度，也將影響后續搭載的質量，因此需要電子激光儀器輔助在FR67+200 處劃線，并根據原船FR67 和FR68 肋位的結構來做進一步校準，主船體切割前要做好環線兩側的加強措施，防止自由端扭曲變形。由于“航浚22”FR67肋位為強肋位因此尾段不用做角鋼加強，艏段和泥艙內寬正常按要求加強，圖3 為切割環縫周圍加強措施。

圖3 切割環縫周圍加強措施

在切割前應做好必要的標記，我們采用五段線法進行標記，圖4 為劃線檢測標記圖，配合固定好的激光經緯儀測量記錄這五條線與船體的偏差數據，如測量主船體的撓度，舷側和主甲板的平整度等，輔助后續分段搭載和艏段合攏的精度控制。

圖4 劃線檢測標記圖示

圖5 部分需要改裝的疏浚設備

2.3 搭載和合攏精度控制

在主船體割開以后應立即開展實船二次勘測，利用激光測距儀等精密儀器重新測繪，記錄切割端面的平整度、高度、寬度等數據。采用“小分段嵌入法”進行搭載，分段預制時合攏口留有10mm 左右的余量，結合搭載情況和測繪數據修正船舶因切割或使用變形產生的偏差[2]。利用先前標記好的“五段線”配合固定好的激光經緯儀建立動態監測系統，利用絞車和葫蘆等裝置調節新分段和艏段的位置，調整至符合規范要求后，在直底、平底、泥艙和主甲板等位置安裝定位長碼板[9]。

合攏口的焊接質量也是精度控制的重要流程，需要控制好焊前和焊后的精度，焊前開坡口時要重點關注坡口的間距，坡口附近的清潔打磨等工作，局部變形或者無法調節位置應在焊前開刀調順。焊后在處理好表面焊瘤、夾渣、氣孔等常規缺陷后，應適當增加超聲波探傷的比例，進行100%抽真空密性試驗，確保合攏口焊接質量[4]。

2.4 配套疏浚設備

耙吸挖泥船的加長改建還要考慮挖深、艙容、卸泥系統的配套改裝，我們在加長改建時，應先考慮泥艙的整體布置情況，“航浚22”原船有三個泥門，即泥艙可分為三個標準段。據此我們結合使用需求和實船情況決定增加一個泥艙標準段并新增一套泥門系統，這樣既能滿足與前后結構的對接也能達到加長改建目的。需要注意的是，挖泥船相應的疏浚管系和液壓管系也應隨著延長，艏尾貫通的電纜應增加接線盒延長電纜長度。此外，耙管加長以后還要考慮吊架的強度、鋼絲繩的粗細、絞車的拉力、疏?？刂葡到y控制邏輯等是否需要進行配套改裝。

3 結論

“航浚22”改建后艙容增加了約300 方，挖深增加了約4.5 米，各項指標和試驗均符合中國船級社的檢驗要求，同時適應了更多深水航道的維護疏浚需求，經過半年投產觀察，各項設備運行穩定，船體結構滿足使用需求。

耙吸挖泥船加長改建在我國尚屬首例，經過對“航浚22”的成功加長改建積累了一定的經驗，同時根據已有的條件自創了“氣囊拉移法”，該方法對場地和設備要求不高，只要能安放遷移絞車裝置干船塢、浮塢、船臺均適用，且周期比“船塢沉浮法”短，設備要求和成本控制均低于“軌道拉移法”，具有較大可操作性，具備進一步推廣的優勢。