大型卸船機跨越地面皮帶機廊道整機滾裝上岸技術(shù)

宗翠榮 錢豪佳

摘 要：卸船機與地面皮帶機、堆取料機等組成散貨卸船的裝備作業(yè)系統(tǒng)，任何設(shè)備的因故停擺，都將引起碼頭生產(chǎn)作業(yè)的中止、壓船壓貨，造成直接或間接經(jīng)濟損失。因此，新購的卸船機到貨后需要快速完成整機上岸，最大限度減小對碼頭生產(chǎn)的影響。常規(guī)方法需要把皮帶機結(jié)構(gòu)拆除，留出設(shè)備上岸空間，本文介紹了一種不拆除皮帶機的整機滾裝技術(shù)，通過高低變軌、荷載接續(xù)的方式，直接跨越地面皮帶機，完成整機滾裝，并在荷蘭某散貨碼頭成功實施。

關(guān)鍵詞：卸船機;地面皮帶機;整機滾裝

中圖分類號：U653.928.+1? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）09-0118-03

1引言

卸船機是一種大型港口機械設(shè)備，用于裝卸散裝固體物料，如礦石、煤炭、化肥、谷物等到運輸船或駁船，以方便散裝材料的進出口。隨著港口的升級擴建以及設(shè)備的更新疊代，散貨船埠通常都會面臨在已經(jīng)投產(chǎn)的碼頭增添新設(shè)備的難題。因為不同于集裝箱裝卸碼頭，散貨碼頭通常借助地面皮帶機來運輸物料，而這些皮帶機在每次新購卸船機上岸的同時，總要面臨繁瑣、復(fù)雜的拆除以及恢復(fù)工作，同時造成碼頭停工、停產(chǎn)。如何破解這個痛點？是散貨碼頭卸船機整機上岸技術(shù)改革研究的一大主要方向。

本次作為新技術(shù)試點的是一臺2600t/h卸船機，在中國上海完成總裝制造，再經(jīng)過遠(yuǎn)洋整機運輸至荷蘭某港口，然后整機卸移上岸。由于碼頭生產(chǎn)十分繁忙，業(yè)主要求卸船機卸移上岸期間，不能拆除地面三條皮帶機，以保證不影響碼頭幾乎24小時不間斷的生產(chǎn)作業(yè)，同時提出承包商需要提供包括上岸方案設(shè)計、工裝設(shè)備以及施工組織設(shè)計的整套解決方案，用于日后現(xiàn)有三臺舊機的淘汰和再購新機的上岸操作。經(jīng)過合同階段的多輪探討協(xié)商，在排除了借助大型浮吊吊卸等方案后，最終采用了本文所述的不拆皮帶機的整機滾裝上岸方案（圖1）。

2工程基本情況

卸船機自重約2600t，軌距21.5m，每軌兩列車輪，在制造完成后，用特種重型運輸船，經(jīng)過兩個月航行，整機運抵位于荷蘭鹿特丹的大型散貨碼頭，該碼頭主要經(jīng)營礦石、煤炭等散貨裝卸和儲存，生產(chǎn)運營超過30年，設(shè)施老舊，安裝有三條皮帶機廊道，廊道高出地面約4.1m，總寬度超11.4m，碼頭上已有的三臺卸船設(shè)備均已步入生命周期的末期，急需更替淘汰。除此之外，海、陸側(cè)之間的碼頭地面承載能力最薄弱處只有1t/m2，卸船機滾裝時的荷載，只能按工作輪壓要求均勻分布到碼頭海、陸側(cè)承軌梁上。

由于整機滾裝上岸時還不能拆除三條地面皮帶機，此類卸船工法在國際上未見報道先例，業(yè)主曾在歐洲尋求合意承接方，但都因沒有滿意的設(shè)計方案而最終放棄。公司在受到邀請招標(biāo)后，決定自主技術(shù)革新，探索研究出了一套獨特的卸船方案，經(jīng)過多次比選和優(yōu)化，研發(fā)了一套高低變軌的軌道系統(tǒng)，采用荷載轉(zhuǎn)移、接續(xù)的方式，輔以液壓千斤頂頂升技術(shù)，當(dāng)整機滾裝上岸，陸側(cè)門腿接近地面皮帶機時，由低軌向高軌變換卸船軌道，此時陸側(cè)部分的荷載由低軌轉(zhuǎn)移到高軌，同時高軌經(jīng)分載梁把荷載傳遞到碼頭強結(jié)構(gòu)處，在完成荷載轉(zhuǎn)移，接續(xù)傳遞的同時，也使陸側(cè)門腿沿著高軌跨越三條地面皮帶機，最終到達(dá)陸側(cè)軌道位置，再采用液壓頂升方法，安裝陸側(cè)臺車，最后，卸船機降落在斜坡軌道后，牽引側(cè)滑入碼頭軌道，實現(xiàn)整機上岸。

3 滾裝卸船的水文環(huán)境分析和作業(yè)窗口選擇

大型設(shè)備整機滾裝、滾卸作業(yè)，需要保證船舶甲板面與碼頭面的高差在允許的范圍內(nèi)波動，由于卸船中設(shè)備位移以及潮水的動態(tài)變化，要求船舶具有一定的調(diào)壓載能力，以抵消卸船過程中荷載以及潮水的變化帶來的影響，其中前者可以通過控制卸船速度來降低影響，而后者受客觀環(huán)境制約，不僅如此，還限制前者的主觀操作。因此，卸船作業(yè)對于窗口期的選擇變得非常重要。一是選擇潮差相對較小的日期，二是潮位變化平緩時段，一般要求在0.1～0.2米/小時。本項目根據(jù)當(dāng)?shù)爻毕闆r，選擇目標(biāo)日的8點至12點低平潮卸船，如圖所示（圖2），此時段潮差變化平緩，4小時內(nèi)潮位變化0.4米，是一個較為合適的窗口期。

作業(yè)窗口的選擇除了潮汐因素，還要考慮氣象因素，尤其是風(fēng)速。根據(jù)計算，本項目整個滾裝過程，大約需要三個小時。作業(yè)環(huán)境風(fēng)力要求小于蒲氏5級風(fēng)速，約為10m/s（圖3），從碼頭附近一個Geulhaven氣象監(jiān)測站點的風(fēng)玫瑰圖的顯示數(shù)據(jù)來看，該地區(qū)盛行風(fēng)向區(qū)間為南風(fēng)和西南風(fēng)（扇區(qū)9、10、11、12），其中9扇區(qū)和11扇區(qū)各占10%以上。根據(jù)風(fēng)速威布爾分布的柱狀圖（圖4）的分析統(tǒng)計，平均風(fēng)速和風(fēng)能密度分別為5.71m/s和196W/m2。這對該項目的順利實施，提供了良好的環(huán)境基礎(chǔ)。確準(zhǔn)了上述環(huán)境條件后，在施工作業(yè)前，提前關(guān)注氣象預(yù)報，規(guī)避極端天氣，確定最后作業(yè)窗口。

4工程實施技術(shù)難點

4.1 整機卸船時跨越三條地面皮帶機，需要設(shè)計專用軌道系統(tǒng)予以解決

如下圖所示，此鋪軌方式不同于常規(guī)平面直鋪，而采用立體方式架設(shè)，把卸船軌道設(shè)計成高、低兩層（圖5）。卸船時，陸側(cè)大車先在低軌運行，到達(dá)地面皮帶機處時，在低軌運行的臺車完成前半程的滾裝作業(yè)，此時作業(yè)臺車切換至皮帶機上層的高軌上，高軌運行的臺車接續(xù)完成后半程的滾裝作業(yè)，從而使得整機滾裝避開地面皮帶機系統(tǒng)，這個切換點需提前計算好高低軌道的精確高程，并借助臺車自帶的頂升能力做到荷載的平順轉(zhuǎn)移。

4.2海陸側(cè)軌道間的碼頭面承載最薄弱處小于1t/m2，卸船時的荷載不允許直接作用在碼頭面上

由于碼頭面承載能力限制，卸船全過程的荷載，需一直作用于海、陸側(cè)兩端的承軌梁上，這其中包括后半程由高軌傳遞到低軌時的荷載，再經(jīng)分載梁作二次傳遞到碼頭承軌梁。此過程需要對卸船軌道進行非線性仿真分析，按碼頭許可的承載能力，做到精確分載，均勻分布，同時通過位移矢量的迭代，校核梁截面的最大擾度，保證卸船軌道的底面在滾裝全過程中不觸及碼頭面，解決碼頭面不能直接承受卸船荷載的問題。

4.3 陸側(cè)卸船大車裝置的特殊設(shè)計

由于地面皮帶機的阻礙因素，陸側(cè)大車需要進行拆裝。因此從項目設(shè)計上考慮把原陸側(cè)大車結(jié)構(gòu)直接拆除至所需高度，同時在陸側(cè)下橫梁設(shè)置臨時安裝點，用于安裝臨時卸船大車裝置。設(shè)備到位后，再將原陸側(cè)大車結(jié)構(gòu)復(fù)原，最后通過側(cè)滑平移的方式入軌。為此，卸船機在整體設(shè)計上，需要根據(jù)障礙物的高度，把下橫梁和大車機構(gòu)設(shè)計成分段可拆形式（圖6）。

5 結(jié)語

上述這種新型卸船方式，打破平面軌道鋪設(shè)的思維，采用空間立體架設(shè)，結(jié)合工程實際，通過高、低軌道梁的切換，完成整個滾裝過程。同時利用分載形式，把荷載精準(zhǔn)傳遞到碼頭強結(jié)構(gòu)處，既不拆除地面皮帶機廊道，也不使用大型浮吊的情況下，達(dá)到整機卸船的目的。其明顯的優(yōu)點是：保證了碼頭皮帶機設(shè)備的完整性，確保港口生產(chǎn)作業(yè)的連貫銜接，最大限度保障了用戶的利益。該方法的成功應(yīng)用，為卸船機整機上岸，提供了一種新的解決思路，對于類似工程項目的實施具有一定的借鑒意義。

參考文獻：

[1] 宗翠榮，褚偉波.用于移動卸船機的軌道系統(tǒng)：中國，ZL200920211533.9[P]. 2010.09.22.

[2] Fikirte M. Yemer B.Sc. Urban Wind Map for Delft， Rotterdam and Zoetermeer [D]. Delft University of Technology Faculty of Applied Science Department of Sustainable Energy Technology，2010：45.