港口大型橋式起重機(jī)海上運(yùn)輸及現(xiàn)場安裝方式探討

陶 偉，張嵩云，林星銘，吳激揚(yáng)，黎開波

（1 中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，上海 200032；2 杭州華新機(jī)電工程有限公司，杭州 310002）

引言

港口大型橋式起重機(jī)主要包括用于大型專業(yè)化集裝箱碼頭，開展集裝箱裝卸船作業(yè)的岸邊集裝箱起重機(jī)；及用于大型專業(yè)化散貨碼頭，開展煤炭、礦石等散貨卸船作業(yè)的橋式抓斗卸船機(jī)等，主要由大型橋式門架結(jié)構(gòu)、前后大梁結(jié)構(gòu)、大車行走機(jī)構(gòu)、小車行走機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、俯仰機(jī)構(gòu)、電控系統(tǒng)等組成。具有整機(jī)自重大、高度和寬度尺度規(guī)格大、外伸距離長、重心位置高等特點(diǎn)[1]，屬于 “龐然大物”的機(jī)械設(shè)備，因此對海上運(yùn)輸及現(xiàn)場安裝技術(shù)要求高。本文擬對港口大型橋式起重機(jī)海上運(yùn)輸及現(xiàn)場安裝采用的幾種方式進(jìn)行對比，并結(jié)合工程案例進(jìn)行分析，供港口建設(shè)者參考和借鑒。

1 影響海上運(yùn)輸及現(xiàn)場安裝方式的因素

影響港口大型橋式起重機(jī)海上運(yùn)輸及現(xiàn)場安裝方式的主要因素如下：

1）橋式起重機(jī)的結(jié)構(gòu)形式、單機(jī)重量、規(guī)格尺度、重心位置；

2）海上運(yùn)輸?shù)沫h(huán)境條件，例如途經(jīng)橋梁高度限制、附近機(jī)場限高；航行過程及工程現(xiàn)場的風(fēng)、浪、潮流條件；

3）現(xiàn)場施工資源情況，如大型吊裝設(shè)備、人力資源配置；

4）碼頭靠泊等級、結(jié)構(gòu)面承載能力、碼頭面標(biāo)高、水位變化情況；

5）施工工期要求；

6）現(xiàn)場供電、供水等接口條件；

7）運(yùn)輸、安裝施工作業(yè)成本等。

2 海上運(yùn)輸及現(xiàn)場安裝方式

港口大型橋式起重機(jī)海上運(yùn)輸及現(xiàn)場安裝根據(jù)起重機(jī)發(fā)運(yùn)的部件構(gòu)成和現(xiàn)場起吊設(shè)備要求不同，主要包括“散裝發(fā)運(yùn)，現(xiàn)場組裝”、“整機(jī)發(fā)運(yùn)，滾裝上岸”和“整機(jī)發(fā)運(yùn)，現(xiàn)場吊裝”等三種方式。

2.1 散裝發(fā)運(yùn)，現(xiàn)場組裝

1）技術(shù)特點(diǎn)

傳統(tǒng)的港口起重機(jī)生產(chǎn)與運(yùn)輸流程為：起重機(jī)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)基地對各主要機(jī)構(gòu)和重要連接部位進(jìn)行試拼裝和預(yù)調(diào)試，待預(yù)調(diào)試完成后進(jìn)行拆散或直接按機(jī)構(gòu)、部位為單元，經(jīng)過綁扎分類裝船發(fā)運(yùn)，待抵達(dá)客戶碼頭后，再利用碼頭現(xiàn)場的起吊設(shè)備進(jìn)行總裝、調(diào)試[2]。

該海上運(yùn)輸及現(xiàn)場安裝方式優(yōu)點(diǎn)僅需配置常規(guī)的海駁或自帶吊機(jī)運(yùn)輸船，不需要配置大型海上運(yùn)輸船舶，且運(yùn)輸過程不受橋梁等高度限制，運(yùn)輸門檻相對較低，另外對生產(chǎn)廠家的場地條件要求較低，不需要在工廠進(jìn)行整機(jī)組裝，從而降低了對生產(chǎn)廠家的硬件條件要求；缺點(diǎn)是碼頭工程現(xiàn)場需要租用大型起吊設(shè)備，且需投入大量的安裝人員，由于大型橋式起重機(jī)結(jié)構(gòu)件龐大、機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜，單件重量大，組裝高空作業(yè)，安裝技術(shù)要求高，且作業(yè)危險(xiǎn)風(fēng)險(xiǎn)等級大。除此之外，現(xiàn)場拼裝周期長[3]，而且在整體結(jié)構(gòu)拼裝完成之后，現(xiàn)場調(diào)試作業(yè)還需要花費(fèi)大量的時間和人力成本。這種方式主要適用于生產(chǎn)廠家的制造基地規(guī)模較小或運(yùn)輸條件受限等場合。

2）工程案例分析

南京某公司散貨碼頭寬27 m，碼頭上部皮帶機(jī)廊道寬12 m，高7 m，碼頭最大水位落差達(dá)8.5 m，配置的橋式抓斗卸船機(jī)整機(jī)高約54 m、自重約1 150 t。由于該碼頭所在地處于長江大橋上游，從制造基地到用戶碼頭需經(jīng)過蘇通大橋、江陰大橋、鎮(zhèn)江大橋、南京長江大橋等多座橋梁[4]，其中南京長江大橋通航高度限高僅24 m，無法整機(jī)運(yùn)輸，因此采用“散裝發(fā)運(yùn)，現(xiàn)場組裝”方式。

卸船機(jī)到達(dá)碼頭現(xiàn)場后，散件解綁并采用船吊將散件吊裝至碼頭，然后借助岸上租用的大型履帶吊進(jìn)行組裝，主要安裝流程為：履帶吊先吊裝卸船機(jī)下部門框總成、立柱上端吊裝、左右斜撐管及海側(cè)接料版吊裝、后大梁及電氣機(jī)房吊裝、前大梁吊裝、穿俯仰機(jī)構(gòu)鋼絲繩，前大梁拉桿安裝，最后進(jìn)行電氣安裝并現(xiàn)場調(diào)試，詳細(xì)組裝過程如圖1 所示。

圖1 橋抓現(xiàn)場拼裝過程圖

2.2 整機(jī)發(fā)運(yùn)，滾裝上岸

1）技術(shù)特點(diǎn)

雖然“散裝發(fā)運(yùn)，現(xiàn)場組裝”方式降低了對運(yùn)輸船舶和生產(chǎn)廠家的條件要求，但該方式存在現(xiàn)場安裝及調(diào)試工作量大、施工周期長等問題，特別是對有勞工限制的境外工程適應(yīng)性較差。隨著船舶海運(yùn)業(yè)的發(fā)展，海駁、半潛船、以及散貨船改造而成的運(yùn)輸船運(yùn)輸噸位極大提升，上世紀(jì)90 年代以來，國內(nèi)一些大型港機(jī)制造公司逐漸采用整機(jī)運(yùn)輸?shù)姆绞教娲鷤鹘y(tǒng)的散件運(yùn)輸。該方式中，港口大型橋式起重機(jī)主要結(jié)構(gòu)件和外購件到位后直接在基地拼裝并進(jìn)行預(yù)調(diào)試，然后以整機(jī)運(yùn)輸船為載體，在船體與碼頭之間鋪設(shè)過橋梁，在卷揚(yáng)機(jī)的牽引下，先將起重機(jī)從廠家碼頭滾裝上船，運(yùn)輸至工程碼頭后再使用相同方式將整機(jī)牽引滾裝至碼頭，最后直接在工程碼頭現(xiàn)場進(jìn)行設(shè)備調(diào)試。此方式具有以下優(yōu)勢：

①大大縮短了橋式起重機(jī)在工程碼頭現(xiàn)場的安裝調(diào)試時間，能夠充分利用生產(chǎn)廠家的人員、技術(shù)、設(shè)備以及場地優(yōu)勢，避免了多次拆裝造成的安裝精度下降問題[5]，有利于保證設(shè)備的質(zhì)量。

②降低設(shè)備制造安裝總成本，尤其是針對海外項(xiàng)目，起重機(jī)滾裝至工程碼頭后，只需少量調(diào)試人員進(jìn)行整機(jī)的調(diào)試工作即可[6]，大大降低了“散裝發(fā)運(yùn)，現(xiàn)場組裝”安裝調(diào)試所需的人力成本以及設(shè)備租賃和場地占用成本。

③縮短裝卸船作業(yè)時間，采取整機(jī)滾裝運(yùn)輸?shù)姆绞?，一臺起重機(jī)一般只需1～2 天左右的準(zhǔn)備時間，滾裝開始一般只需半天即可滾裝完畢，大大縮短了項(xiàng)目工期。

而因港口大型橋式起重機(jī)自重大、高度和寬度尺度大、重心高，采用“整機(jī)發(fā)運(yùn)，滾裝上岸”的方式需要對上岸段碼頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，提高碼頭結(jié)構(gòu)承載能力，除此之外，海上運(yùn)輸船型選擇、運(yùn)輸路徑中途是否有橋梁限制高度、設(shè)備船上綁扎加固[7]、工程碼頭標(biāo)高以及所處海域潮差、風(fēng)浪、天氣等情況，都是影響起重機(jī)能否安全滾裝上岸的重要因素，工程實(shí)施時需予以綜合考慮。

2）工程案例分析

菲律賓某燃煤電站配套碼頭面寬度26 m，工作平臺長510 m，碼頭面標(biāo)高+10.0 m。碼頭配置的橋式抓斗卸船機(jī)軌距22 m，外伸距40 m，單機(jī)自量約1 100 t。碼頭設(shè)計(jì)高水位+1.26 m，設(shè)計(jì)低水位-0.2 m，極端高水位+1.89 m，碼頭面高程為10 m。

由于本項(xiàng)目屬于新建碼頭，碼頭輸煤鋼棧橋尚未安裝，不會對卸船機(jī)滾裝上岸產(chǎn)生阻礙，由于項(xiàng)目工期緊迫，且工程現(xiàn)場若調(diào)配大型浮吊或履帶吊等租賃成本高，據(jù)此，卸船機(jī)的運(yùn)輸及安裝采用“整機(jī)發(fā)運(yùn)、滾裝上岸”方式。

本項(xiàng)目中卸船機(jī)海上運(yùn)輸與滾裝上岸的技術(shù)難點(diǎn)在于碼頭面與海平面高差達(dá)將近10m，而目前國內(nèi)最大的甲板船為振華重工所屬的“振華14”號，詳細(xì)參數(shù)如表1 所示，該船通過調(diào)整吃水后也無法滿足干舷高度達(dá)到碼頭面要求。

表1 “振華14” 號甲板船參數(shù)

基于本次所運(yùn)輸?shù)膬膳_卸船機(jī)重量、軌距、工程碼頭的標(biāo)高及運(yùn)輸海況條件等信息，先選用海駁進(jìn)行廠家至工程現(xiàn)場錨地間的第一段海上運(yùn)輸，然后在工程現(xiàn)場錨地采用海駁和半潛船組合方式進(jìn)行工程現(xiàn)場錨地至工程碼頭間第二段海上運(yùn)輸（船型參數(shù)如表2 所示），至工程碼頭靠泊后卸船機(jī)整機(jī)滾裝上岸，具體步驟如下：

表2 卸船機(jī)整機(jī)發(fā)運(yùn)及滾裝上岸所采用船型參數(shù)表

①卸船機(jī)整機(jī)裝配完成后，在工廠碼頭滾裝至駁船，卸船機(jī)上駁船后，采用撐桿固定，以確保無縱橫向滑移及橫向翻轉(zhuǎn)，卸船機(jī)縱橫向設(shè)硬綁扎。

②待工程現(xiàn)場的卸船碼頭準(zhǔn)備工作完成后，駁船航行至工程現(xiàn)場錨地。待半潛船到達(dá)錨地后，下潛并調(diào)整位置，配載駁船。配載后半潛船行駛至工程現(xiàn)場的卸船碼頭，調(diào)整至滾裝位置進(jìn)行靠泊、帶纜，為滾裝上岸做準(zhǔn)備。

③卸船機(jī)整機(jī)運(yùn)輸船到岸后，通過半潛船配載調(diào)整駁船上軌道面與碼頭面軌道面基本處于同一高度，然后碼頭與駁船間鋪設(shè)過橋梁，卷揚(yáng)機(jī)就位牽引卸船機(jī)大車行走到位后通過液壓頂升，臺車轉(zhuǎn)向90°落軌，牽引卸船機(jī)至碼頭設(shè)定停機(jī)位置并進(jìn)行錨定。至此，整機(jī)滾裝上岸工作全部完成。滾裝整體布置如圖2 所示。

圖2 卸船機(jī)滾裝整體布置示意圖

2.3 整機(jī)發(fā)運(yùn)，現(xiàn)場吊裝

1）技術(shù)特點(diǎn)

“整機(jī)發(fā)運(yùn)，滾裝上岸”方式由于對工程現(xiàn)場不需要大型起吊設(shè)備，而且也縮短了現(xiàn)場安裝和調(diào)試周期、降低了運(yùn)輸及安裝總成本，因此目前采用此方式較為普遍。但對于有些已投入運(yùn)營而后期需要新增橋式抓斗卸船機(jī)的散貨碼頭改造項(xiàng)目，由于皮帶機(jī)廊道等碼頭上部已建構(gòu)筑物設(shè)施阻礙了起重機(jī)的滾裝上岸[8]通道，若仍采用整機(jī)滾裝上岸需對廊道結(jié)構(gòu)和水電管線等進(jìn)行拆除，待滾裝上岸完成后再進(jìn)行廊道結(jié)構(gòu)和水電管線的“還原”，此將碼頭運(yùn)營產(chǎn)生一定的影響。而采用“整機(jī)發(fā)運(yùn)，現(xiàn)場吊裝”可解決此問題。

同“整機(jī)發(fā)運(yùn)，現(xiàn)場滾裝”方式一樣，起重機(jī)在基地內(nèi)完成拼裝和預(yù)調(diào)試后，采用滾裝或者吊裝至整機(jī)運(yùn)輸船，運(yùn)抵用戶碼頭后再用大型浮吊從整機(jī)運(yùn)輸船吊起跨過碼頭上方廊道等阻礙物后放至軌道安裝就位。

該方式具有前文所述整機(jī)運(yùn)輸?shù)母鞣N優(yōu)勢，且無需對碼頭承載能力進(jìn)行特殊加固。但是對大型浮吊設(shè)備的依賴性較大，而且吊點(diǎn)的選擇、天氣及風(fēng)浪等條件對大機(jī)吊裝作業(yè)的安全性影響較大。

2）工程案例分析

上海外高橋某電廠項(xiàng)目采用的1 600 t/h 橋式抓斗卸船機(jī)，前伸距30 m，高53 m，寬約33 m，整機(jī)重量950 t，由于是后期增加的卸船機(jī)，碼頭上部皮帶機(jī)廊道等結(jié)構(gòu)已經(jīng)安裝，如果采用先拆廊道后對卸船機(jī)滾裝上岸的方式，會導(dǎo)致碼頭長時間無法作業(yè)，影響電廠正常運(yùn)營，因此經(jīng)綜合分析采用2 200 t大型浮吊進(jìn)行整機(jī)吊裝方式安裝新增的卸船機(jī)。

卸船機(jī)經(jīng)整機(jī)運(yùn)輸船運(yùn)輸?shù)轿缓螅坎磶Ю|，待天氣和風(fēng)浪條件合適，大型浮吊就位，吊裝工作正式開始。通過浮吊負(fù)荷曲線以及卸船機(jī)前大梁外伸距計(jì)算吊裝角度，確定浮吊占位，確認(rèn)載荷滿足起吊要求后，浮吊抵達(dá)指定位置，拋錨定位，通過浮吊頂部小鉤將吊索具吊起，并安裝至主鉤。

待卸船機(jī)陸側(cè)門架跨過下方廊道，到達(dá)指定位置后，浮吊松鉤，將卸船機(jī)緩慢放下落軌，拆除吊索具，之后將卸船機(jī)牽引至指定停機(jī)位置后錨定。

3）方式對比

根據(jù)前文分析，港口大型橋式起重機(jī)不同運(yùn)輸、現(xiàn)場安裝方式對比如下表：

表3 港口大型橋式起重機(jī)運(yùn)輸和安裝方式對比

3 結(jié)語

文章結(jié)合各影響因素，探討了港口大型橋式起重機(jī)運(yùn)輸、安裝方式的具體技術(shù)特點(diǎn)，將其運(yùn)輸、安裝方式劃分為“散裝發(fā)運(yùn)，現(xiàn)場組裝”、“整機(jī)發(fā)運(yùn)，滾裝上岸”、“整機(jī)發(fā)運(yùn)，現(xiàn)場吊裝”，對比其優(yōu)缺點(diǎn)，并結(jié)合工程實(shí)例分析，確定各運(yùn)輸、安裝方式所適用的環(huán)境條件及項(xiàng)目場景，為同類工程制定適宜的方案提供參考。