橋式抓斗卸船機整機上岸方式

李恭川

上海振華重工（集團）股份有限公司 上海 200125

0 引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，我國對鐵礦石、煤炭等資源類礦產(chǎn)的需求量不斷攀升，隨之而來的是散料裝卸效率的提升需求，需要有相適應(yīng)的散料裝卸設(shè)備來滿足裝卸生產(chǎn)，橋式抓斗卸船機因其超高的散料卸載效率，是目前眾多散料裝卸碼頭選擇的典型設(shè)備。

散料裝卸碼頭根據(jù)自身發(fā)展需求添置新的橋式抓斗卸船機設(shè)備，為其提高裝卸效率。目前國際主流橋式卸船機裝卸效率可達3 000 t/h。

文中所述的3 000 t/h的橋式抓斗卸船機（以下簡稱卸船機）廣泛用于電廠、石化及其他散料裝卸領(lǐng)域的碼頭，作為30～40萬噸級散貨船的主力設(shè)備，其裝卸作業(yè)的工藝流程為：卸船機通過移動式下車下掛的抓斗將散料抓起后，放入門框結(jié)構(gòu)內(nèi)的漏斗系統(tǒng)，漏斗系統(tǒng)將散料過渡至帶式輸送機，通過帶式輸送機系統(tǒng)將散料運送至碼頭后方的堆場。

1 設(shè)計思路

對于新添置卸船機的碼頭，卸船機常規(guī)卸船方式為整機滾裝，即通過在碼頭鋪設(shè)臨時軌道，待潮水漲至運輸船與碼頭齊平，在船與碼頭間架設(shè)臨時過渡軌道梁，通過卷揚機牽引，卸船機滾裝上岸。上岸后撤除臨時過渡軌道梁，通過千斤頂與頂升支座的配合將設(shè)備落入碼頭軌道。按照常規(guī)卸船方式，需預(yù)留一個寬約50 m的工作區(qū)域供卸船機滾裝上岸。若是作業(yè)碼頭帶式輸送機廊道占據(jù)了卸船區(qū)域，必須將帶式輸送機的輸送帶剪斷，拆除卸船區(qū)域廊道及其支撐托輥，待卸船機上岸后再恢復(fù)帶式輸送機廊道的建設(shè)、硫化輸送帶，自卸船開始至帶式輸送機恢復(fù)作業(yè)需2周時間。

由于該卸船方式對碼頭連續(xù)作業(yè)產(chǎn)生極大的影響，為了使作業(yè)碼頭在短時間內(nèi)恢復(fù)生產(chǎn)，將新添置的卸船機對碼頭裝卸作業(yè)的影響降至最低，不拆除帶式輸送機廊道，可采用卸船機整機碼頭端部滾裝上岸和整機吊裝上岸2種方式。

2 方案論證

2.1 碼頭端部整機滾裝卸船

該方案在制造廠整機滾裝上船，到達用戶碼頭后運輸船頂靠用戶碼頭端部，在碼頭本機行走軌道上方鋪設(shè)臨時軌道（臨時軌道最后一段使用斜坡軌道），調(diào)整運輸船位置使船上軌道與碼頭臨時軌道對齊，在運輸船與碼頭間架設(shè)臨時過渡軌道梁，通過卷揚機牽引，卸船機利用自身行走滾裝上岸（帶式輸送機廊道在海陸的門框內(nèi)），通過最后一段斜坡軌直接進入碼頭軌道。

采用此方案需滿足以下條件：運輸船船艉無阻礙整機滾裝的障礙物、船的型深滿足運輸船與碼頭齊平、碼頭端部有防止運輸船與碼頭相碰撞的靠泊墩、碼頭上的系纜樁符合運輸船端部靠岸系纜要求、碼頭端部海域水流和風(fēng)向符合系纜的最大承載。

針對以上條件進行逐一對比，碼頭端部靠泊墩和系纜樁設(shè)置無法滿足運輸船靠泊要求，并且根據(jù)歷史氣象信息，端部海域水流速率較高，會對卸船過程造成影響；符合滾裝型深的運輸船在市場上較少，故此方案評估后無法實現(xiàn)。

2.2 整機吊裝上岸

運輸船舶正面靠泊碼頭，大型浮式起重機（以下簡稱浮吊）在碼頭端部拋錨，拋錨完成后跨越運輸船船艏進行吊裝索具掛鉤，吊起卸船機，通過自身錨點橫向移動，卸船機越過帶式輸送機廊道上方后落入碼頭卸船機軌道。采用此方案需滿足以下條件：1）浮吊吊裝幅度的額定起重量大于卸船機自重、沖擊載荷與吊索具之和的質(zhì)量；2）起升高度滿足卸船機能夠順利越過碼頭廊道的高度；3）作業(yè)區(qū)域海域錨索受力滿足浮吊作業(yè)時錨泊力的要求。

針對以上條件，根據(jù)設(shè)計圖初步編制現(xiàn)場整機吊裝工藝，以確定浮吊具體參數(shù)選擇的相關(guān)要求，最終確定采用整機吊裝方案。

3 卸船機性能參數(shù)及整機吊裝技術(shù)分析

3.1 卸船機性能參數(shù)

卸船機軌距30 m，基距18 m，前伸距52 m，后伸距27.5 m，軌道面以上起升高度32.5 m，軌道面以下28 m，額定裝卸效率3 000 t/h，整機質(zhì)量約2 100 t，主要針對目前全球最大散料運輸船（400 000 DWT）的卸船作業(yè)。

3.2 整機吊裝技術(shù)分析

3.2.1 浮吊作業(yè)參數(shù)及錨泊系統(tǒng)受力計算

在國際工程項目建設(shè)過程中，承包商可能因為某種原因?qū)⒉糠止こ谭职o當(dāng)?shù)仄髽I(yè)。當(dāng)項目所在國政府保護地方施工企業(yè)要求當(dāng)?shù)胤职承┕ぷ骰蛘吣承╉椖繒r，在一些比較落后的國家當(dāng)?shù)厥┕て髽I(yè)可能技術(shù)無法滿足要求，從而會造成整個項目出現(xiàn)進度落后或者質(zhì)量不合格等問題，對施工單位造成影響。

根據(jù)卸船機現(xiàn)場整機吊裝工藝，結(jié)合安裝場地周邊的浮吊情況，初步確定某5 000 t浮吊作為卸船機整機吊裝的浮吊，吊裝載荷與臂幅、起升高度參數(shù)如表1所示。

表1 5 000 t浮吊主要技術(shù)參數(shù)

通過5 000 t浮吊比對初始吊裝工藝所需起重量和起升高度參數(shù)，確定使用60 m幅度作為本次整機吊裝幅度（見圖1），以確定浮吊臂架與卸船機是否產(chǎn)生干涉，完善整機吊裝工藝。

確定浮吊吊裝幅度后，根據(jù)浮吊船體主參數(shù)和卸船機的受風(fēng)面積計算錨索系統(tǒng)的錨泊力。

1）浮吊船體長度為138.50 m，寬度為50.80 m，型深為9.60 m，吃水深度為5.25 m，船體濕表面積為8 435.00 m2。

2）卸船機受風(fēng)型心高度為58 m，縱向受風(fēng)面積為1 620.2 m2，橫向受風(fēng)面積為1 446.5 m2。浮吊受風(fēng)型心高度為52 m，縱向受風(fēng)面積為2 500 m2，橫向受風(fēng)面積為3 386 m2。

結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)水文條件和上述參數(shù)，根據(jù)不同風(fēng)向和水流方向浮吊作業(yè)工況，計算錨索系統(tǒng)的受力情況，得出最大錨泊力滿足浮吊的錨索系統(tǒng)作業(yè)要求如圖2、圖3所示。

3.2.2 吊裝載荷分析

根據(jù)整機重心位置，計算卸船機門框系統(tǒng)聯(lián)系橫梁靠近立柱位置4個吊點的受力情況（計算吊點處最大載荷約700 t），在吊點處安裝4件整機吊裝吊耳，單件吊耳額定承載力800 t。考慮吊裝鋼絲繩與卸扣安裝的便捷性，單件吊耳設(shè)計為4孔吊耳。

卸船機門框系統(tǒng)立柱與上層聯(lián)系橫梁吊耳安裝位置的鋼結(jié)構(gòu)，承受整機質(zhì)量與海浪波動的疊加載荷，通過對吊點安裝位置鋼結(jié)構(gòu)和吊耳有限元分析（見圖4、圖5），吊耳載荷符合要求，吊耳安裝位置上層聯(lián)系橫梁箱體梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)局部應(yīng)力過大，需進行結(jié)構(gòu)加強方可滿足整機吊裝的要求。

4 承運船舶選擇要求

2）卸船機在制造廠發(fā)運碼頭滾裝上船，需通過壓載水艙內(nèi)壓載水的調(diào)節(jié)，適用整機滾裝上船；

3）卸船機裝載后船舶的整體穩(wěn)定性滿足卸船機裝載后船舶有良好的搖擺修正性能。

同時滿足以上3點要求，最終選擇排水總噸為5萬噸級的港口機械專用運輸船作為承運船舶，其主總長度為225 m，2柱間長度為206 m，型寬為32.24 m，最大寬度為40 m，型深為13.5 m，設(shè)計吃水深度為8.5 m。

5 方案實施

5.1 制造廠滾裝裝船

卸船機完成整機調(diào)試試車后，因吊裝時整機重心的要求，將前大梁仰起，掛好安全鉤。

卸船機整機頂升，大車行走轉(zhuǎn)向，在運輸船與制造廠碼頭間架設(shè)臨時過渡軌道梁，待運輸船與碼頭齊平后，通過卷揚機牽引卸船機上船。卸船機在船上頂升，大車行走轉(zhuǎn)向（最終在碼頭運行狀態(tài)），整機海運綁扎完成并經(jīng)檢驗合格后，運輸船開航。

5.2 運輸船、浮吊航行程序及進港申請

1）進港前，向當(dāng)?shù)睾Ｊ虏块T申請發(fā)布航行安全通告，由海事部門派遣大馬力拖輪護航。按照SOLAS海事公約要求，對主輔機、舵機、AIS、通訊、照明等航行設(shè)備及助航設(shè)施進行檢查測試記錄，確保其處于正常適航工作狀態(tài)。

2）提前收聽天氣預(yù)報，準(zhǔn)確掌握整個進港期間的水文氣象情況，尤其通過歷史氣象比對是否存在突發(fā)性大風(fēng)、強對流、暴雨的可能性，妥善安排好應(yīng)急預(yù)案。

3）進港時，選擇指定航道，在視線較好的白天航行進港。航行要求：視程大于1 n mile，風(fēng)力6級及以下，密切關(guān)注風(fēng)和流壓的影響；為防止壓壞碼頭靠泊墩，提前選擇靠泊時間，以低平潮靠泊為宜。

4）密切注意進出口各船舶動態(tài)，及早用VHF相關(guān)頻道與對方取得聯(lián)系，主動協(xié)調(diào)避讓，以策安全。

5）船艏派專人值守，備妥船舶上的2個錨，確保在緊急情況時能立即拋下；一旦在航行中遇突發(fā)惡劣天氣，立即向當(dāng)?shù)睾Ｊ虏块T交管中心報告，聽從海事交管中心的指揮；在拖輪護航下采取滯航，用VHF向周圍船舶通報本船動態(tài)或選擇安全水域錨泊。

5.3 運輸船和浮吊靠泊程序

1）運輸船到達碼頭前沿后，通過拖輪靠泊碼頭預(yù)留指定泊位，船艏和船艉共需8根纜繩。

2）運輸船靠妥碼頭后，浮吊到達卸船機碼頭端部海域，起航行錨，拋下右后錨，拖輪護航浮吊向靠近碼頭端部方向前進，用浮吊自帶拋錨艇將浮吊船艏纜繩掛至碼頭系纜樁上。

拋錨艇依次拋下右前錨、左前錨和左后錨，為方便夜間航行的船舶，錨浮上配置夜間可見的自亮燈。

拋錨結(jié)束后，浮吊調(diào)整船位，拖輪解綁離開浮吊，浮吊吊裝具備作業(yè)條件。

5.4 卸船機整機吊裝作業(yè)程序

1)運輸船右舷順靠卸船機碼頭安全泊位，船艏距碼頭邊約50 m距離系纜，需帶好頭纜、尾纜與倒纜（見圖6）。

2）待浮吊拋錨完成后，運輸船在拖輪的協(xié)助下移位至所示位置，船艏頭纜變?yōu)闄M纜，為確保船艏能抵消回流的影響，此靠泊位需采用一艘港作拖輪協(xié)助運輸船作業(yè)（見圖7）。

3）浮吊跨過船頭吊裝第1臺卸船機，浮吊通過自身錨點橫向移動，卸船機越過帶式輸送機廊道上方后落入碼頭卸船機軌道（見圖8）。

4）第1臺卸船機吊起即將落入碼頭本機軌道時，運輸船在港作拖輪的協(xié)助下脫離碼頭（為避免卸船機在岸上牽引時與船上卸船機大梁碰撞）。

5）待第1臺卸船機岸上牽引至防風(fēng)錨定位置后，運輸船按進港方案重新靠泊。靠泊完成后，第2臺卸船機在運輸船上通過船上專用卷揚機牽引至第1臺卸船機位置，按前述流程整機吊裝。

6 結(jié)語

由于整機吊裝上岸涉及到的因素較多，為整機吊裝前期需準(zhǔn)備的設(shè)計資料、水文資料以及卸船機設(shè)計時局部鋼結(jié)構(gòu)加強等的溝通較為頻繁，并且大件吊裝水上作業(yè)是海事部門重點監(jiān)管的活動，故建議用戶方在有意向供貨方采購卸船機時提前提出此要求。

文中項目的順利實施，為卸船機整機上岸提供了一個新的方式，使作業(yè)碼頭因添置新設(shè)備暫停生產(chǎn)的時間降到最低，也為同類型產(chǎn)品的上岸提供一定的借鑒。