氣囊下水在海工模塊建造中的應(yīng)用

未俊豐

煙臺(tái)中集來(lái)福士海洋工程有限公司

1 引言

PLV-Castor ONE鋪管船項(xiàng)目是為意大利Saipem公司建造的迄今為止世界上最大的動(dòng)力定位鋪管船。該船由美國(guó)船級(jí)社監(jiān)造，全長(zhǎng)325 m，寬39 m，型深24 m，輕船重量65 630 t。該鋪管船建造時(shí)主船體分為3大部分建造，其中舯部模塊長(zhǎng)101 m、寬39 m，重約1.7萬(wàn)t。為實(shí)現(xiàn)該模塊下水，設(shè)計(jì)了使用氣囊滑移到半潛駁船上，半潛駁船下潛船體模塊漂浮的工藝。

2 常用船舶下水方式

船舶下水是船舶建造過(guò)程中最為重要的工序之一，常用3種船舶下水方式。

(1)重力式下水。船舶在一定傾角的船臺(tái)上建造，建造完成后，利用船舶重力，完成滑移及水中漂浮。該下水方式又可分為縱向涂油滑道下水、縱向鋼珠滑道下水和橫向涂油滑道下水。重力式下水是以往造船主要下水方式之一。

(2)漂浮式下水。用水泵或自流方式將水注入建造船舶的船塢內(nèi)，依靠船舶自身的浮力將船浮起。船舶建造完成后，通過(guò)進(jìn)排水系統(tǒng)將塢外水域的水引入塢內(nèi)，船舶依靠浮力起浮，待塢內(nèi)水面和塢外一致時(shí)，將船舶用拖船拖出船塢。

(3)利用滑道和浮船塢完成下水作業(yè)。首先使浮船塢就位，塢底板上的軌道和岸上水平船臺(tái)的軌道對(duì)準(zhǔn)，將用船臺(tái)小車承載的船舶移入浮塢，然后將浮塢脫離與岸壁的連接。如果塢下水深足夠，浮船塢就地下沉，船舶即可自浮出塢；如果塢下水深不足，則將浮塢拖帶到專門(mén)建造的沉塢坑處下沉。

3 氣囊下水項(xiàng)目應(yīng)用

3.1 氣囊下水方式

船舶氣囊下水方式是指以起重氣囊和滾動(dòng)氣囊為主要工具，將船舶承托在氣囊上，從修、造場(chǎng)地移入水域或半潛駁船的下水方法，也稱柔性下水方式[1]。利用氣囊的低充氣壓力，大承載面積以及大變形后仍容易滾動(dòng)的特點(diǎn)，先用起重氣囊將船舶從墩木上抬起，擱置于滾動(dòng)氣囊上，然后通過(guò)鋼纜牽引氣囊的滾動(dòng)，使船舶緩慢滑移到駁船或水中[2]。在本項(xiàng)目中，鋪管船模塊將先借助氣囊滑移至半潛駁船，隨后半潛駁船下潛使模塊漂浮，完成下水。

3.2 氣囊滑移模塊

該模塊船臺(tái)建造擺墩前，應(yīng)充分考慮氣囊布置位置，以減少拆墩數(shù)量。為配合下水及易于施工，墩高設(shè)為860 mm，氣囊縱向間距4 070 mm，橫向囊頭間距3 600 mm，布置氣囊部分為船底平面區(qū)域：長(zhǎng)102 000 mm，寬39 000 mm，所使用氣囊規(guī)格及數(shù)量見(jiàn)表1。搬運(yùn)采用氣囊為載體，并輔以牽引裝置，氣囊滾動(dòng)平移(見(jiàn)圖1)。搬運(yùn)當(dāng)天要求天氣晴朗、無(wú)風(fēng)，在高潮位時(shí)進(jìn)行。

表1 氣囊規(guī)格及數(shù)量

1.大型模塊 2.半潛駁船 3.氣囊

搬運(yùn)分兩階段進(jìn)行。

第一階段，氣囊頂升分段模塊后撤墩，全船重量完全承載在氣囊上，2臺(tái)絞車牽引分段前移，2臺(tái)絞車控制船艏后牽，通過(guò)控制4臺(tái)牽引絞車，使船體緩慢移動(dòng)，當(dāng)移動(dòng)到碼頭前沿時(shí)停放。移動(dòng)過(guò)程中及時(shí)安放接應(yīng)氣囊，保證船體有足夠氣囊支承。

第二階段，搭接駁船系泊就位，拖輪等準(zhǔn)備工作完成，安放搭拉鋼板，在預(yù)定水位時(shí)，分段繼續(xù)向前移動(dòng)，直到分段搬運(yùn)到預(yù)計(jì)位置就位停放。接著安放分段底部支墩，氣囊放氣使分段落墩座實(shí)。最后釋放牽引裝置，并回收氣囊。

3.3 半潛駁船下潛模塊漂浮

巨型模塊搬運(yùn)至半潛駁船后，半潛駁船移至深水海域進(jìn)行下潛，模塊完成漂浮與駁船脫離，完成下水作業(yè)(見(jiàn)圖2)。

圖2 模塊完成下水漂浮

3.4 氣囊下水方式的優(yōu)缺點(diǎn)

3.4.1 氣囊下水的優(yōu)點(diǎn)

(1)氣囊下水可大幅度的提高船廠修造能力，節(jié)省大量的建設(shè)經(jīng)費(fèi)和初期投資。因?yàn)閭鹘y(tǒng)工藝的上下水需要受到重量、海域、地基等條件因素的影響，從而制約了船廠的生產(chǎn)能力；而利用氣囊柔性上下水從根本上改變了只能利用船臺(tái)、船塢修造的傳統(tǒng)方式，能適應(yīng)各種船舶的特點(diǎn)，適用重量范圍廣，對(duì)地基和海域都有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，甚至可以采用平地修造然后利用氣囊下水的方式，可以大幅度地提高船廠的修造能力。

(2)氣囊下水能更有效地保護(hù)船體，安全可靠。因?yàn)闅饽遗c船體是柔性接觸，船體重量都會(huì)放在氣囊上，船舶隨氣囊柔性平穩(wěn)運(yùn)行，保證船體不擦地、不劃傷、無(wú)激烈震動(dòng)，更有效地保護(hù)船體和船體涂層。

(3)氣囊下水省時(shí)、省力、靈活機(jī)動(dòng)。因?yàn)闅饽也粌H具有將船舶頂升、縱向移動(dòng)的能力，還具有橫行、斜向移動(dòng)的能力，與傳統(tǒng)的上下水方式相比，更省時(shí)、省力、靈活機(jī)動(dòng)。

(4)氣囊下水更能降低環(huán)境污染，適應(yīng)國(guó)家環(huán)保政策。傳統(tǒng)工藝使用滑道下水方式，需要用大量的潤(rùn)滑脂，在船舶下水后會(huì)隨之流到水中，造成大面積污染；氣囊下水不需要通過(guò)潤(rùn)滑類物質(zhì)輔助，從而避免對(duì)海域的污染。

3.4.2 氣囊下水方式的不足

氣囊在上下水作業(yè)過(guò)程中，可能會(huì)發(fā)生破裂，造成經(jīng)濟(jì)損失。更為嚴(yán)重的是氣囊爆破引發(fā)鐵件飛出傷人，造成人身安全事故。事故產(chǎn)生的原因多數(shù)是氣囊質(zhì)量不過(guò)關(guān)，或是使用人員對(duì)氣囊承壓能力不夠了解，操作不當(dāng)造成，故施工前應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)的分析計(jì)算及作業(yè)技能培訓(xùn)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)比分析傳統(tǒng)大型船舶下水工藝，以PLV鋪管船模塊為例，介紹了首例采用氣囊滑移+半潛駁船下水1.7萬(wàn)t以上巨型分段的實(shí)施工藝，可為類似大型船舶的下水工程提供參考。