海上風(fēng)電導(dǎo)管架滾裝裝船運(yùn)輸技術(shù)研究

文/翁耿賢 鄒福順 林陽峰 魏笑科 羅興民 涂源根 陳世明 胡力文

0 引言

海上風(fēng)電導(dǎo)管架是把發(fā)電風(fēng)機(jī)及相關(guān)附屬設(shè)備固定在海上的重要基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，底部有四個(gè)導(dǎo)管架支腿與海底預(yù)埋件連接，頂部用于安裝發(fā)電風(fēng)機(jī)及附屬設(shè)備。海上風(fēng)電導(dǎo)管架長(zhǎng)和寬各為20 多米，高度可達(dá)40米以上，重量達(dá)900噸以上。海上風(fēng)電導(dǎo)管架在制作基地建造完成后，使用大型船舶運(yùn)輸?shù)绞褂冒惭b地點(diǎn)，進(jìn)行安裝使用。

1 概述

目前大型鋼結(jié)構(gòu)裝船的方式主要是浮吊吊運(yùn)和滾裝裝船兩種。海上風(fēng)電導(dǎo)管架體積和重量巨大、形狀不規(guī)則，產(chǎn)品船運(yùn)必須解決裝船方式的問題。為了有效控制成本，減少大型浮吊船的租賃或大型龍門吊的固定資本投入，本文以廣州文船重工有限公司（以下簡(jiǎn)稱“文船重工”）建造運(yùn)輸?shù)暮Ｉ巷L(fēng)電導(dǎo)管架為例，通過探索大型鋼結(jié)構(gòu)的滾裝運(yùn)輸技術(shù)特點(diǎn)，提出安全可靠的滾裝運(yùn)輸方案，達(dá)到降低成本、提高效率的目的，為海上風(fēng)電基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)化連續(xù)高效的運(yùn)輸提供保證。

2 導(dǎo)管架滾裝裝船技術(shù)

2.1 SPMT自行模塊車選擇

自行模塊車滾裝裝船（self-propelled modular transporter，SPMT）具有時(shí)間短、效率高、操作簡(jiǎn)單靈活、安全風(fēng)險(xiǎn)小、成本較低的特點(diǎn)。在選型前，需要充分考慮各個(gè)模塊車的載荷及工作后載荷分配情況，確保每個(gè)模塊車在運(yùn)輸過程中安全可靠。

文船重工建造的導(dǎo)管架尺寸為28m×25m×41m（長(zhǎng)×寬×高），重量為900t，外形如圖1所示。用于支撐導(dǎo)管架的四個(gè)工裝總重為47.92t，外形如圖2所示。采用48軸線SPMT 自行模塊車（SPMT 模塊車每側(cè)的車輛中間懸掛4軸線，實(shí)際利用軸線數(shù)量為40軸線），額定軸載為36t，則SPMT 的負(fù)荷率：

由上述理論計(jì)算結(jié)果可知，選用48軸線SPMT自行模塊車為本次運(yùn)輸是安全的。

圖1 海上風(fēng)電導(dǎo)管架外形

圖2 海上風(fēng)電導(dǎo)管架支撐工裝

2.2 場(chǎng)地策劃

導(dǎo)管架運(yùn)輸時(shí)直道路面寬度不小于26m，橫向移動(dòng)路面寬度不小于38m，車板中心回轉(zhuǎn)半徑不小于25m，道路平整無障礙物阻礙運(yùn)輸，運(yùn)輸?shù)缆凡贾萌鐖D3所示，道路各項(xiàng)指標(biāo)要求如表1所示。

SPMT 模塊車實(shí)際利用軸線數(shù)量為40軸線，由表2可得導(dǎo)管架運(yùn)輸時(shí)產(chǎn)生的最大地壓為8.48t/m2，為了確保運(yùn)輸?shù)陌踩?.2倍的安全系數(shù)，則運(yùn)輸?shù)缆仿访娴哪蛪耗芰?yīng)不小于：

圖3 海上風(fēng)電導(dǎo)管架運(yùn)輸?shù)缆凡贾?/p>

表1 海上風(fēng)電導(dǎo)管架運(yùn)輸?shù)缆犯黜?xiàng)指標(biāo)要求

表2 海上風(fēng)電導(dǎo)管架運(yùn)輸?shù)貕焊黜?xiàng)指標(biāo)

2.3 導(dǎo)管架運(yùn)輸穩(wěn)性計(jì)算

導(dǎo)管架運(yùn)輸采用的SPMT 車組為4點(diǎn)支承，則模塊重心與車組承載區(qū)域的平面關(guān)系如圖4所示。

在豎直方向上，導(dǎo)管架重心與SPMT車組的關(guān)系如圖5所示。其中，導(dǎo)管架重心至車板表面的距離為25448mm；SPMT 模塊車正常行駛時(shí)，輪胎中心距離車板表面距離為1130mm。

圖4 海上風(fēng)電導(dǎo)管架重心與SPMT承載中心的平面關(guān)系

圖5 海上風(fēng)電導(dǎo)管架重心與SPMT之間的立面關(guān)系

則：

可得（SPMT 自行模塊車設(shè)計(jì)的傾覆角）傾覆角θ 與s、h 之間的關(guān)系如圖6所示。

圖6 SPMT自行模塊車設(shè)計(jì)的穩(wěn)定三角形

可算得：

故運(yùn)輸穩(wěn)定性滿足要求，可以根據(jù)方案進(jìn)行運(yùn)輸。

2.4 SPMT自行模塊車頂升導(dǎo)管架

按照導(dǎo)管架的承載要求控制SPMT 自行模塊車駛?cè)雽?dǎo)管架支腿底部進(jìn)車位置，單個(gè)模塊車縱向中心與導(dǎo)管架兩個(gè)支腿的裝載中心對(duì)稱，另一個(gè)模塊車縱向中心與導(dǎo)管架另外兩個(gè)支腿的裝載中心對(duì)稱，模塊車承載縱橫向中心對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)管架的重心。在模塊車布置好膠皮/枕木，膠皮/枕木的位置對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)管架支腿鋼結(jié)構(gòu)的筋板位置。施工人員將SPMT 自行模塊車高度調(diào)整至離導(dǎo)管架支撐座接觸面100mm。頂升SPMT 自行模塊車，使車板對(duì)導(dǎo)管架承受50bar 的重量。所有監(jiān)護(hù)人員、指揮人員、SPMT 自行模塊車操作人員各就各位，調(diào)試對(duì)講機(jī)確保通信良好。檢查并確認(rèn)一切無誤后，指揮人員發(fā)出動(dòng)作指令，導(dǎo)管架頂升開始。

SPMT 自行模塊車承受導(dǎo)管架的全部重量后，再次檢查確認(rèn)地基、導(dǎo)管架、支撐座、SPMT 自行模塊車無異常，導(dǎo)管架支腿鋼結(jié)構(gòu)離地面約100mm。檢查SPMT 自行模塊車各個(gè)支承壓力表讀數(shù)，各個(gè)壓力表之間的壓力差值不得大于8%，單個(gè)壓力表最大讀數(shù)不得超出230bar，使用遙控器上單點(diǎn)頂升、下降功能微動(dòng)調(diào)整各個(gè)壓力表讀數(shù)，使得所有壓力表讀數(shù)達(dá)到要求。

完成裝載后靜置10分鐘，等待運(yùn)輸。如圖7所示。

圖7 SPMT自行模塊車頂升海上風(fēng)電導(dǎo)管架

2.5 導(dǎo)管架滾裝裝船

在駁船甲板上利用油漆畫出運(yùn)輸車輛行走輪廓線、縱向中線，對(duì)位誤差控制在±10mm 以內(nèi)，并且保證甲板平面與碼頭平面共面。滾裝船駛?cè)胙b船碼頭并與碼頭呈“T”字形擺好，調(diào)整船只甲板龍骨線與發(fā)運(yùn)區(qū)中線對(duì)中定位，誤差控制在±10mm 以內(nèi)，通過艉部的系固纜繩與碼頭邊緣的錨樁呈“八”字形連接并進(jìn)行絞緊系泊。如圖8所示。

確保SPMT 自行模塊車3m 寬運(yùn)輸通道及甲板上無障礙物。全面檢查導(dǎo)管架的裝載情況和SPMT 的相關(guān)性能狀況，確認(rèn)一切正常后，所有人員各就各位，指揮專職發(fā)出啟運(yùn)指令，運(yùn)輸開始。運(yùn)輸過程的速度參照表3運(yùn)輸車輛速度控制表進(jìn)行相關(guān)控制。通過模塊車組的縱橫向微動(dòng)調(diào)節(jié)，確保導(dǎo)管架的縱向中心線對(duì)準(zhǔn)發(fā)運(yùn)區(qū)域中線，誤差控制在±10mm 以內(nèi)，如圖9所示。

表3 SPMT自行模塊車速度控制表標(biāo)準(zhǔn)

圖9 海上風(fēng)電導(dǎo)管架滾裝結(jié)構(gòu)

根據(jù)裝船碼頭處的水位，駁船操作人員操作運(yùn)輸船上的壓載水調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)船舶浮態(tài)進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)全程檢測(cè)碼頭與甲板高程變化情況，使船體保持相對(duì)平穩(wěn)。監(jiān)護(hù)人員需及時(shí)監(jiān)護(hù)駁船尾部甲板面與碼頭平面高度差、車輛行走軌跡偏差情況、導(dǎo)管架底部與駁船上甲板高度變化、跳板移位情況、SPMT 車組狀況、導(dǎo)管架狀況。設(shè)備滾裝時(shí)要求駁船前沿甲板高于碼頭平面，最高不超過150mm。

設(shè)備滾裝調(diào)載情況如下：

（1）模塊車開到碼頭前沿全車制動(dòng)，等待駁船甲板高度滿足滾裝要求；

（2）當(dāng)駁船前沿甲板高于碼頭平面150mm 時(shí)開始滾裝；

（3）模塊車開始滾裝，駁船所有蓄水艙持續(xù)排水調(diào)載，模塊車持續(xù)行駛直至駁船甲板與碼頭平面平齊，此時(shí)停止?jié)L裝，等待駁船調(diào)載水；

（4）駁船停止將船艉蓄水艙進(jìn)行排水，并將船艏蓄水艙的水排出船外，使船艏慢慢上浮；

（5）當(dāng)駁船船艏甲板平面高于碼頭平面150mm時(shí)繼續(xù)滾裝，并同時(shí)對(duì)駁船所用艙進(jìn)行排水。當(dāng)運(yùn)輸車全部滾裝上船時(shí)，駁船停止排水，模塊車行駛至指定裝載位置后，駁船重新調(diào)載水使船身保持平衡。

操作模塊車組將導(dǎo)管架運(yùn)輸至駁船指定裝載位置，全車制動(dòng)，操作SPMT 自行模塊車緩慢下降，使導(dǎo)管架的全部重量由駁船承載。操作SPMT 自行模塊車駛出導(dǎo)管架，將導(dǎo)管架底部與甲板進(jìn)行焊接，對(duì)導(dǎo)管架采取綁扎加固措施。

3 結(jié)語

《廣東省海上風(fēng)電發(fā)展規(guī)劃（2017 － 2030年）（修編）》提出，要打造萬億元級(jí)海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略部署。廣東省發(fā)改委發(fā)布的《廣東省2019年重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目計(jì)劃》，有30多個(gè)海上風(fēng)電項(xiàng)目將于近期進(jìn)行重點(diǎn)開發(fā)，提出要通過海上風(fēng)電大規(guī)模開發(fā)，帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，將廣東打造成為全國(guó)乃至全球重要的海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)基地。到目前為止，廣州文船重工有限公司已成功建造數(shù)十套大型海上風(fēng)電導(dǎo)管，并通過研究解決導(dǎo)管架滾裝裝船運(yùn)輸問題，有效降低風(fēng)電導(dǎo)管架的運(yùn)輸成本和提高安全性，為國(guó)家大力發(fā)展風(fēng)電事業(yè)貢獻(xiàn)一份力量。