小型耙吸式挖泥船加長改建關(guān)鍵工藝研究及實(shí)踐

陳碩穎，袁晨晨，王友亮，張春，林劍

（長江南京航道工程局，江蘇 南京 215000）

隨著作為綠色交通運(yùn)輸重要手段的水上運(yùn)輸業(yè)的蓬勃發(fā)展，全球港口的貨物吞吐量不斷增加，運(yùn)輸船舶的大型化發(fā)展趨勢日益明顯[1,2,3]。水上運(yùn)輸最為關(guān)鍵的就是港口和航道的通航水深，船舶大型化使得港口和航道疏浚維護(hù)的深度也逐漸增加[4,5]。但是，早期建造的小型疏浚船舶的挖深較淺、艙容面積較小、作業(yè)效率較差，已經(jīng)無法滿足日益拓寬和加深的港口和航道疏浚維護(hù)施工要求。對小型和老齡化嚴(yán)重的船舶進(jìn)行維修和改建，是提高港口航道疏浚船舶作業(yè)效率的常規(guī)做法[6,7]。船舶維修經(jīng)過多年發(fā)展，工藝技術(shù)已趨于成熟。但船舶改建由于在實(shí)施過程中要將船體從中間切斷后加長，破壞了船舶整體的縱向強(qiáng)度和剛度，施工過程中稍有偏差，改造后的船體在運(yùn)營中就存在發(fā)生扭曲、斷裂的風(fēng)險，所以技術(shù)工藝復(fù)雜、操作實(shí)施難度較大。近年來，國內(nèi)外很多學(xué)者都對小型船舶的改建工藝技術(shù)進(jìn)行了有益的研究和探索，研制出的小型船舶加長改建工藝方法中，新加分段的制作工藝有小分段嵌入法和總段吊裝法兩種，船體的分離和合攏工藝以拉移法和沉浮法等兩類方法為主，也已有應(yīng)用這些方法對散貨船、集裝箱船、油船、多用途船等不同船型的小型船舶加長改建的成功案例[8,9,10]。但是，針對不同的船舶船型、疏浚施工要求、改建場地及技術(shù)裝備等條件小型船舶加長改建工藝方法也不相同，要采用最為適合的技術(shù)工藝方法保證小型船舶加長改建工程的順利實(shí)施。為此，本文開發(fā)了小型船舶加長改建氣囊拉移法這種新型施工工藝方法，并依托500 方自航耙吸式挖泥船在斜船臺加長改建的成功案例，研究了氣囊拉移法施工應(yīng)用的控制要點(diǎn)及工藝流程，量化了新加分段預(yù)制、船體切割分離、搭載和合攏精度控制和配套疏浚設(shè)備等各施工階段的技術(shù)參數(shù)，以期為小型疏浚船舶的加長改造提供技術(shù)參考。

1 氣囊拉移施工工藝方法及控制要點(diǎn)

受到施工場地及技術(shù)裝備的制約，再加上對船體新增環(huán)段加工制作精度的要求，以及船廠自身的技術(shù)水平、船舶塢期和船東船期等因素的影響，小型船舶加長改建工程具體的施工方案也各不相同。通過對近年來國內(nèi)外關(guān)于小型船舶加長改建方面理論研究和工程案例的綜合分析發(fā)現(xiàn)，小型船舶加長改建常見的主要方法有軌道拉移法和船塢沉浮法兩種。其中，軌道拉移法對加長改造施工基礎(chǔ)設(shè)備的要求比較高，還需要在所用船臺上鋪設(shè)專用軌道來分離和合攏切開的船體，雖然施工精度較高、施工工期較短，但工程投入巨大、工程費(fèi)用高；船塢沉浮法是利用船塢沉浮的特性，來實(shí)現(xiàn)分離船體艏艉各分段的目的，對施工場地的要求不高，但施工環(huán)節(jié)多、過程復(fù)雜、精度難控制、施工工期長。

長江南京航道工程局的“航浚22”輪是自航耙吸式挖泥船，該船船長76.2 米，船寬14.0 米，型深5.2 米，總噸2123。為提高其在港口航道疏浚維護(hù)過程中的深度和效率，南京長江油運(yùn)有限公司紫金山船廠對“航浚22”輪進(jìn)行了加長改建。紫金山船廠僅有一個軌道的斜船臺和一臺40T 的門吊，基于“航浚22”輪的加長改造工作受基礎(chǔ)設(shè)備的限制較大方面考慮，并結(jié)合“航浚22”輪自身的船體特征，本文創(chuàng)新開發(fā)了一種新型的小型船舶加長改建方法，即氣囊拉移法。該方法是在船舶上船臺落墩后，將船體沿劃線環(huán)口進(jìn)行切割，然后在艏段下方布排氣囊并充氣，膨脹的氣囊會將船舶艏部頂起，再利用牽拉絞車和滑輪組將其拉移至指定位置撤除氣囊艏部落墩，待新分段搭載完成后，再于艏段下方位置處重新布排氣囊并充氣，在坡度和重力的作用下艏段會緩慢回移，配合絞車牽拉調(diào)整實(shí)現(xiàn)二次合攏，圖1 為氣囊拉移法分段施工示意圖。

圖1 “氣囊拉移法”示意圖

“氣囊拉移法”對場地要求不高，氣囊和絞車等設(shè)備也有專業(yè)的服務(wù)公司來提供，但是精度控制相對困難，需要多次對氣囊進(jìn)行充放氣調(diào)節(jié)艏段高度，還要利用絞車往返牽拉和回移來調(diào)節(jié)艏段位置，直至精度符合規(guī)范要求，才可進(jìn)行定位和落墩。假如船臺沒有坡度，或者在塢內(nèi)，拉移裝置可布置在前面和兩側(cè)，從而實(shí)現(xiàn)遷移艏段位置的目的。此外，耙吸挖泥船的特性還要對泥門系統(tǒng)、耙管、耙管絞車等疏浚設(shè)備和控制系統(tǒng)進(jìn)行配套改裝。

2 氣囊拉移法施工技術(shù)參數(shù)量化

2.1 分段預(yù)制

為了合理控制改建周期同時滿足高精度要求，我們優(yōu)先考慮了“小分段嵌入法”——即將“航浚22”新增環(huán)段分為主甲板以下3 個小分段和艙口圍3 個小片體，圖2 主甲板以下分段劃分示意圖。在船舶進(jìn)船廠改建前，應(yīng)組織船廠和設(shè)計(jì)院相關(guān)人員到實(shí)船勘查，組織行業(yè)專家進(jìn)行分析，之后提供原結(jié)構(gòu)圖紙給設(shè)計(jì)人員，要求預(yù)制好部分分段，以節(jié)約改建周期。由于“航浚22”船齡為15 年，考慮到耙吸挖泥船頻繁裝卸泥漿船體會有一定變形，小分段嵌入能相對靈活調(diào)節(jié)寬度和高度，相比“總段吊裝法”，能更好保證新舊合攏口的搭載精度。

圖2 主甲板以下分段劃分

2.2 劃線切割和標(biāo)記

劃線是否精準(zhǔn)直接決定切開端面的平整度，也將影響后續(xù)搭載的質(zhì)量，因此需要電子激光儀器輔助在FR67+200 處劃線，并根據(jù)原船F(xiàn)R67 和FR68 肋位的結(jié)構(gòu)來做進(jìn)一步校準(zhǔn)，主船體切割前要做好環(huán)線兩側(cè)的加強(qiáng)措施，防止自由端扭曲變形。由于“航浚22”FR67肋位為強(qiáng)肋位因此尾段不用做角鋼加強(qiáng)，艏段和泥艙內(nèi)寬正常按要求加強(qiáng)，圖3 為切割環(huán)縫周圍加強(qiáng)措施。

圖3 切割環(huán)縫周圍加強(qiáng)措施

在切割前應(yīng)做好必要的標(biāo)記，我們采用五段線法進(jìn)行標(biāo)記，圖4 為劃線檢測標(biāo)記圖，配合固定好的激光經(jīng)緯儀測量記錄這五條線與船體的偏差數(shù)據(jù)，如測量主船體的撓度，舷側(cè)和主甲板的平整度等，輔助后續(xù)分段搭載和艏段合攏的精度控制。

圖4 劃線檢測標(biāo)記圖示

圖5 部分需要改裝的疏浚設(shè)備

2.3 搭載和合攏精度控制

在主船體割開以后應(yīng)立即開展實(shí)船二次勘測，利用激光測距儀等精密儀器重新測繪，記錄切割端面的平整度、高度、寬度等數(shù)據(jù)。采用“小分段嵌入法”進(jìn)行搭載，分段預(yù)制時合攏口留有10mm 左右的余量，結(jié)合搭載情況和測繪數(shù)據(jù)修正船舶因切割或使用變形產(chǎn)生的偏差[2]。利用先前標(biāo)記好的“五段線”配合固定好的激光經(jīng)緯儀建立動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，利用絞車和葫蘆等裝置調(diào)節(jié)新分段和艏段的位置，調(diào)整至符合規(guī)范要求后，在直底、平底、泥艙和主甲板等位置安裝定位長碼板[9]。

合攏口的焊接質(zhì)量也是精度控制的重要流程，需要控制好焊前和焊后的精度，焊前開坡口時要重點(diǎn)關(guān)注坡口的間距，坡口附近的清潔打磨等工作，局部變形或者無法調(diào)節(jié)位置應(yīng)在焊前開刀調(diào)順。焊后在處理好表面焊瘤、夾渣、氣孔等常規(guī)缺陷后，應(yīng)適當(dāng)增加超聲波探傷的比例，進(jìn)行100%抽真空密性試驗(yàn)，確保合攏口焊接質(zhì)量[4]。

2.4 配套疏浚設(shè)備

耙吸挖泥船的加長改建還要考慮挖深、艙容、卸泥系統(tǒng)的配套改裝，我們在加長改建時，應(yīng)先考慮泥艙的整體布置情況，“航浚22”原船有三個泥門，即泥艙可分為三個標(biāo)準(zhǔn)段。據(jù)此我們結(jié)合使用需求和實(shí)船情況決定增加一個泥艙標(biāo)準(zhǔn)段并新增一套泥門系統(tǒng)，這樣既能滿足與前后結(jié)構(gòu)的對接也能達(dá)到加長改建目的。需要注意的是，挖泥船相應(yīng)的疏浚管系和液壓管系也應(yīng)隨著延長，艏尾貫通的電纜應(yīng)增加接線盒延長電纜長度。此外，耙管加長以后還要考慮吊架的強(qiáng)度、鋼絲繩的粗細(xì)、絞車的拉力、疏浚控制系統(tǒng)控制邏輯等是否需要進(jìn)行配套改裝。

3 結(jié)論

“航浚22”改建后艙容增加了約300 方，挖深增加了約4.5 米，各項(xiàng)指標(biāo)和試驗(yàn)均符合中國船級社的檢驗(yàn)要求，同時適應(yīng)了更多深水航道的維護(hù)疏浚需求，經(jīng)過半年投產(chǎn)觀察，各項(xiàng)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，船體結(jié)構(gòu)滿足使用需求。

耙吸挖泥船加長改建在我國尚屬首例，經(jīng)過對“航浚22”的成功加長改建積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，同時根據(jù)已有的條件自創(chuàng)了“氣囊拉移法”，該方法對場地和設(shè)備要求不高，只要能安放遷移絞車裝置干船塢、浮塢、船臺均適用，且周期比“船塢沉浮法”短，設(shè)備要求和成本控制均低于“軌道拉移法”，具有較大可操作性，具備進(jìn)一步推廣的優(yōu)勢。