散貨船海上卸載施工技術(shù)優(yōu)化的探討

陳影東，賴一英，鄭建坤

（中交廣州航道局有限公司，廣東 廣州 510290）

0 引言

填海造地成為沿海城市拓展發(fā)展空間、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的有效途徑。填海材料受需求量、開采及進(jìn)出口政策等多種因素影響，需由遠(yuǎn)端市場(chǎng)供應(yīng)。如何解決散貨船將遠(yuǎn)端填海材料運(yùn)抵目的地后進(jìn)行高效卸載，發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)以滿足填海工程進(jìn)度需求值得探討和研究。

本文以香港國(guó)際機(jī)場(chǎng)第三跑道填海工程（簡(jiǎn)稱香港三跑工程）為例，利用散貨船將遠(yuǎn)端海砂運(yùn)抵香港，組織當(dāng)?shù)匦遁d設(shè)備及接駁船等資源，克服各種限制條件，從卸載方法、散貨船選型、接駁船調(diào)配等方面優(yōu)化卸載作業(yè)，提高卸載效率，降低成本。通過(guò)施工實(shí)踐，驗(yàn)證了此施工技術(shù)的可行性，在滿足工程關(guān)鍵區(qū)域和工序的施工進(jìn)度需求方面起到了重要作用。

1 工程概況

香港三跑工程在現(xiàn)有第二跑道以北建造約650 hm2陸地，修建第三條跑道及其它機(jī)場(chǎng)設(shè)施。工程回填施工總量約9200 萬(wàn)m3，其中海砂需求量約1800 萬(wàn)m3。

香港三跑工程跑道區(qū)回填材料有嚴(yán)格的技術(shù)規(guī)格要求，香港本地?zé)o合適填料，珠江口地區(qū)海砂受客觀因素制約無(wú)法按原計(jì)劃出口，工程跑道區(qū)施工進(jìn)度受特定回填材料的制約，節(jié)點(diǎn)工期面臨巨大壓力。項(xiàng)目部決定從臺(tái)灣地區(qū)、菲律賓、馬來(lái)西亞、廣西等遠(yuǎn)端市場(chǎng)采購(gòu)海砂，單程運(yùn)距超過(guò)380 n mile。砂源點(diǎn)及運(yùn)距如圖1 所示。

圖1 砂源點(diǎn)分布圖Fig.1 Sea sand source distribution map

2 船舶資源及限制條件分析

采購(gòu)遠(yuǎn)端海砂填海，需解決長(zhǎng)途運(yùn)輸、卸載、轉(zhuǎn)駁等關(guān)鍵問(wèn)題。散貨船艙容量大、遠(yuǎn)距離運(yùn)輸成本低，符合運(yùn)輸船型要求，但需要解決運(yùn)抵港后卸載和轉(zhuǎn)駁問(wèn)題。

若按傳統(tǒng)卸載方式，將遠(yuǎn)端海砂經(jīng)岸吊等設(shè)備卸載到碼頭，會(huì)增加二次裝駁轉(zhuǎn)運(yùn)的費(fèi)用成本和時(shí)間成本，且香港地區(qū)無(wú)合適的碼頭存儲(chǔ)和裝駁數(shù)量龐大的海砂；因此，散貨船卸載作業(yè)只能考慮在海上進(jìn)行。經(jīng)調(diào)查，香港水域錨地水深符合海上卸載要求，但當(dāng)?shù)責(zé)o大型海上卸載浮吊、海上減載裝卸系統(tǒng)[1]等高效率海上卸載設(shè)備。

另外，當(dāng)?shù)胤ɡ?guī)定，非本地船舶禁止直接靠泊散貨船作業(yè)；且當(dāng)?shù)卣畬?duì)外來(lái)船舶采取準(zhǔn)入管理，船舶的準(zhǔn)入審批需耗時(shí)數(shù)月甚至更長(zhǎng)，限制了卸載和接駁設(shè)備的快速引進(jìn)；而工程進(jìn)度緊，無(wú)法擠壓出更多時(shí)間。面對(duì)這些限制條件，惟有立足于發(fā)揮散貨船、當(dāng)?shù)睾Ｉ闲遁d設(shè)備及接駁船的施工產(chǎn)能，優(yōu)化海上卸載施工技術(shù)，方能滿足工程進(jìn)度需求。

3 工藝研究與技術(shù)優(yōu)化

3.1 船舶資源分析

經(jīng)調(diào)查，航運(yùn)市場(chǎng)上散貨船數(shù)量充足，能在短期內(nèi)快速組建船隊(duì)，且進(jìn)出香港港口需辦理的手續(xù)簡(jiǎn)便、快捷。

卸載設(shè)備可使用香港起重躉船，通過(guò)技術(shù)改造后配合散貨船進(jìn)行海上卸載作業(yè)（改造后的起重躉船簡(jiǎn)稱“躉吊”）。另外，起重躉船亦可作為海上卸載的接駁船使用，特別適合于散貨船清艙時(shí)使用，且數(shù)量充足。

皮帶船為機(jī)動(dòng)船，操作靈活性好，施工效率高，靠離泊方便，是接駁船最佳選用船型。但香港地區(qū)皮帶船數(shù)量有限，需從內(nèi)地引進(jìn)。

3.2 散貨船卸載工藝

散貨船常規(guī)卸載作業(yè)是靠泊碼頭利用岸基設(shè)備進(jìn)行卸載。卸船工藝主要分為兩種：連續(xù)性卸船方式[2]和周期性卸船方式[3]。周期性卸船方式主要是指采用吊機(jī)+抓斗的卸船方式。

受航道或碼頭泊位水深限制，或其他特殊作業(yè)要求，需在海上船靠船過(guò)駁[4]。散貨船在海上卸載是水上過(guò)駁作業(yè)的一種，是利用船吊、浮吊或平臺(tái)裝卸機(jī)械進(jìn)行海船與駁船換裝的作業(yè)[5]，一般有兩種方式：一種是利用船舶吊桿進(jìn)行過(guò)駁；另一種是采用中轉(zhuǎn)換裝設(shè)備進(jìn)行過(guò)駁[6]。

3.3 散貨船海上卸載試驗(yàn)

香港三跑工程散貨船卸載試驗(yàn)采用海上周期性卸載工藝，利用其自身的船吊進(jìn)行，整個(gè)卸載作業(yè)在海上完成。為驗(yàn)證散貨船海上卸載操作的可行性，以自帶船吊的5 萬(wàn)噸級(jí)散貨船進(jìn)行卸載施工試驗(yàn)，計(jì)劃4 d 內(nèi)完成一船次的卸載。

卸載主要操作步驟：散貨船抵達(dá)預(yù)定錨地錨泊、水尺測(cè)量后，接駁船在拖輪協(xié)助下靠泊散貨船兩舷，通過(guò)散貨船船吊將海砂卸載到接駁船上，再由接駁船運(yùn)抵填海施工區(qū)。經(jīng)研究論證，根據(jù)散貨船和接駁船的特點(diǎn)，每舷各設(shè)2 個(gè)卸載點(diǎn)，同時(shí)共設(shè)4 個(gè)卸載點(diǎn)進(jìn)行作業(yè)。卸載施工見圖2。

圖2 散貨船現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)示意圖Fig.2 Schematic diagram of on-site operation of bulk carrier

試驗(yàn)驗(yàn)證了海上卸載的可行性，但使用船吊卸載存在以下不足：船吊的狀態(tài)得不到保障，施工效率不高，不能滿足填海施工需求和散貨船船東提出的卸載工期要求；起重躉船作為接駁船，無(wú)法為填海施工船舶提供充足的產(chǎn)能；受散貨船船吊吊臂長(zhǎng)度的影響，無(wú)法將砂料裝載到皮帶船船艙中心，限制了皮帶船的使用；限制了載重量更大的無(wú)船吊的散貨船參與海砂運(yùn)輸，間接提高了施工成本；另外，利用散貨船船吊卸載，還存在砂料泄漏等環(huán)保問(wèn)題。

3.4 散貨船海上卸載施工技術(shù)優(yōu)化

為保障散貨船運(yùn)輸優(yōu)勢(shì)和卸載效率，滿足工程進(jìn)度需求，對(duì)散貨船海上卸載施工技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化。采用載重量更大的無(wú)船吊散貨船運(yùn)輸砂料，引入躉吊和皮帶船，將這三類船舶進(jìn)行施工組合，躉吊靠泊散貨船，皮帶船靠泊躉吊，由躉吊將海砂卸載到皮帶船。卸載作業(yè)方式如圖3 所示。皮帶船完成裝載后，將砂料運(yùn)抵填海施工區(qū)，循環(huán)往復(fù)，直至散貨船卸載完成。

圖3 散貨船海上卸載優(yōu)化示意圖Fig.3 Schematic diagram of offshore unloading optimization of bulk carrier

3.5 優(yōu)化后的卸載施工工藝

3.5.1 工藝流程

根據(jù)散貨船海上卸載施工技術(shù)優(yōu)化原理，其工藝流程如圖4 所示。

圖4 優(yōu)化后施工工藝流程圖Fig.4 Optimized construction process flow chart

3.5.2 操作關(guān)鍵步驟

1） 起重躉船改造為躉吊

兩舷加裝防撞輪胎，防止靠離泊及卸載作業(yè)時(shí)與其他船體發(fā)生直接碰撞；改造系纜系統(tǒng)，增加鋼絲纜繩長(zhǎng)度，以滿足靠泊散貨船長(zhǎng)距離的系固需求；更換強(qiáng)度更高的吊重鋼絲，改用斗容更大的自動(dòng)密合型抓斗，以保障卸載作業(yè)的穩(wěn)定性、高效率及解決砂料泄漏等環(huán)保問(wèn)題。

2） 選擇散貨船

組建散貨船運(yùn)輸船隊(duì)提高運(yùn)輸效率。根據(jù)卸載錨地水深條件，選擇噸位在6 萬(wàn)～7.6 萬(wàn)t、船長(zhǎng)在210～250 m 的散貨船。此措施可節(jié)約長(zhǎng)距離運(yùn)輸成本，增加躉吊有效作業(yè)時(shí)間，同時(shí)減少散貨船清艙時(shí)間，提高卸載效率。卸載錨地不足時(shí)，可考慮根據(jù)減載散貨船吃水的估算方法[7]，通過(guò)減載一定量的海砂，使用水深淺的錨地進(jìn)行卸載，增加產(chǎn)量。

3） 船靠船作業(yè)

船靠船操作的風(fēng)險(xiǎn)比靠離碼頭大，在作業(yè)過(guò)程中易發(fā)生碰撞、污染、船舶火災(zāi)等事故。船靠船的過(guò)駁作業(yè)管理須考慮以下因素：能見度，風(fēng)速和風(fēng)向，波浪和涌浪的浪高、周期和方向，天氣預(yù)報(bào)等[8]。配備充足的狀態(tài)良好的輔助拖輪和有資格有能力勝任該項(xiàng)操作的人員。

3.5.3 安全措施

3.5.3.1 防止走錨

散貨船受潮流影響，會(huì)定期改變船艏方向。禁止躉吊、接駁船與散貨船同時(shí)下錨，防止發(fā)生錨鏈纏繞導(dǎo)致船舶觸損、翻沉等事故。卸載過(guò)程只由散貨船下船艏錨，為其他船舶提供系駐力。

1） 躉吊和接駁船共7～8 艘，系駐力全部集中到散貨船上，特別是潮流急或者施工現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)力大時(shí)，散貨船承受高強(qiáng)度拉力，易發(fā)生走錨。為提供足夠系駐力，散貨船須考慮額外拉力的影響，比單船錨泊時(shí)多下至少1 節(jié)錨鏈。

2） 散貨船卸載作業(yè)過(guò)程中，應(yīng)保持主機(jī)處于良好的使用狀態(tài)，禁止修理。值班駕駛員預(yù)判有走錨風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，應(yīng)提前啟動(dòng)主機(jī)防止走錨。

3） 現(xiàn)場(chǎng)配備值班拖輪，一旦發(fā)生緊急情況，可以立即投入救援。

3.5.3.2 防止斷纜

躉吊、接駁船、散貨船彼此之間通過(guò)纜繩系靠進(jìn)行組合施工，受風(fēng)、浪、流影響可能發(fā)生斷纜事故。為防止斷纜，須選用足夠強(qiáng)度的纜繩，并參照散貨船在風(fēng)浪聯(lián)合作用下的系泊試驗(yàn)研究方式二[9]系纜；同時(shí)安排專人值班，并隨自身吃水及散貨船吃水的變化適時(shí)調(diào)整纜繩長(zhǎng)度。

3.5.4 環(huán)保要求

卸載過(guò)程有揚(yáng)塵、砂料漏入海中等不符合環(huán)保要求的現(xiàn)象。為防止揚(yáng)塵，使砂料保持一定的濕度，卸載過(guò)程中降低開斗高度。對(duì)抓斗進(jìn)行密封處理，防止在卸載過(guò)程中造成污染事故。

4 工程應(yīng)用及成效

通過(guò)散貨船海上卸載施工試驗(yàn)、施工技術(shù)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了載重量更大的無(wú)船吊的散貨船參與運(yùn)輸，同時(shí)使皮帶船可以參與卸載作業(yè)，卸載工效滿足散貨船船東的卸載工期要求和工程施工進(jìn)度需求，加快推動(dòng)了節(jié)點(diǎn)施工任務(wù)的完成，暢通了海砂運(yùn)輸和填海施工材料輸送渠道，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)輸效率、卸載效率和填海施工效率大幅提升，解決了填海材料超長(zhǎng)距離運(yùn)輸問(wèn)題，開辟了填海工程供料新渠道。卸載作業(yè)的安全、環(huán)保各項(xiàng)指標(biāo)均符合要求，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益明顯。

通過(guò)卸載驗(yàn)證，每艘散貨船卸載效率由優(yōu)化之前約0.90 萬(wàn)m3/d，大幅提升至優(yōu)化后超過(guò)1.50萬(wàn)m3/d，最高達(dá)1.99 萬(wàn)m3/d。經(jīng)策劃和估算，香港地區(qū)共有3 個(gè)適合6 萬(wàn)噸級(jí)以上散貨船卸載的港內(nèi)錨位，理論上單個(gè)錨位月產(chǎn)量可超40 萬(wàn)m3，月總產(chǎn)量可達(dá)120 萬(wàn)m3以上。受散貨船船期、惡劣天氣、卸載設(shè)備、接駁船、填海施工安排等因素影響，實(shí)際海上卸載月最高產(chǎn)量約75 萬(wàn)m3，海上卸載海砂總量約1100 萬(wàn)m3。

5 結(jié)語(yǔ)

以香港三跑工程為例，針對(duì)傳統(tǒng)填海施工船舶無(wú)法發(fā)揮作用、填海材料遠(yuǎn)距離運(yùn)輸、海上卸載條件受限等問(wèn)題，使用散貨船參與填海工程施工，充分挖掘和發(fā)揮散貨船運(yùn)輸優(yōu)勢(shì)，克服散貨船海上卸載作業(yè)各種限制條件，優(yōu)化卸載施工技術(shù)，大幅提高卸載效率，最終在解決工程所面臨的進(jìn)度問(wèn)題中起到了重要作用。實(shí)踐證明優(yōu)化后的卸載技術(shù)施工工藝可行且效益明顯，對(duì)類似的工程有參考與啟發(fā)意義。