浮码头L形布置及新型提升系统设计要点

罗建美，梁丰收

（1.中交武汉港湾工程设计研究院有限公司，湖北 武汉 430040；2.中交第二航务工程勘察设计院有限公司，湖北 武汉 430040）

浮码头L形布置及新型提升系统设计要点

罗建美1，梁丰收2

（1.中交武汉港湾工程设计研究院有限公司，湖北 武汉 430040；2.中交第二航务工程勘察设计院有限公司，湖北 武汉 430040）

根据国内外客运浮码头现状，结合武汉地区大水位差的情况，论述了武汉某浮码头工程采用L形平面布置方案以及利用新型提升系统实现偏载活动平台与钢引桥同步提升的工艺的相关设计要点，解决码头长度对主航道的影响。格雷母线定位检测技术，解决偏载平台同步提升问题，实现了提升全程的高精度自动化操作。研究成果对大水位差、航道贴岸、客流量较大的客运码头具有极好的应用和推广前景。

客运浮码头；L形结构；提升系统

1 工程概况

武汉某客运码头采用浮码头结构形式，前沿布置2艘60 m×16 m趸船，2艘趸船之间通过钢引桥连接，每艘趸船后面通过1榀56 m×6 m活动钢引桥、提升平台以及1榀40 m×6 m活动钢引桥组成L形结构与接驳平台连接，接驳平台与后方大堤通过1条景观长廊连接，码头旅客吞吐量19.5万人次/a，平面布置见图1。

2 L形平面布置的选择

2.1 国内外客运浮码头现状

客运浮码头根据项目建设地点地形地貌、水文地质等条件的不同，有多种形式，常见有如下几种形式[1-3]。

1）实体斜坡道形式：老码头常用形式，一般多用于较陡岸坡，斜坡道坡度一般1∶2～1∶4，斜坡道上设人行踏步，趸船与斜坡道间通过跳趸和跳板连接，旅客需步行踏步及跳趸跳板上下船。此类形式的客运码头施工便捷，建设及运行维护成本均较低，但旅客上下船较为不便，尤其是自行车、电动车上下船极为困难，同时旅客也存在跌倒落水的安全隐患。另外因实体斜坡道阻水面积较大，在行洪要求较高的河段一般不允许建设此类码头。

2）架空斜坡道或栈桥：目前最常用的浮码头结构形式，通道坡度较缓，一般不大于1∶7，旅客上下船比较便捷，码头安全性也较强。水位差较大时，码头前沿外伸较远，在架空栈桥间会设置数座提升架用于随水位调节栈桥坡度，一般采用卷扬机进行提升。此类码头结构阻水面积小，码头安全性较高，旅客发送能力较强，但水位差较大时码头外伸距离较远，可能影响主航道通航，因码头比较突出，自身也存在被过往船舶撞击的安全隐患。

3）缆车码头：多用于大水位差且较陡岸坡，旅客上下船均乘坐缆车，较方便舒适。但缆车为间歇式作业，单次乘坐人员有限，考虑非机动车辆需要时缆车轿厢尺寸较大；旅客发送能力一般，人流量密集时疏散压力大，运行维护成本较高。

4）浮箱/浮筒式栈桥：栈桥通过定位桩固定，下部设置浮箱浮于水上，栈桥始终保持水平状态，适用于水位差较小、水流平缓的河流、湖泊、海湾等，靠泊船型一般较小。

2.2 L形平面布置的选择

某客运码头人流集中，客流量大，对码头疏散能力要求较高。而日常轮渡期间，自行车、电动车等非机动车辆数量较多，上下船通道坡度要求较缓，码头所处长江河段水位差14 m，通道长度势必较长。考虑到以上特点，斜坡道形式、缆车、浮箱式栈桥等形式在本项目适用性均较差，本项目码头适宜采用架空栈桥形式，但受栈桥坡度及长江主航道等因素限制，传统直线形栈桥布置方案存在一些弊病，需加以改进。本项目从传统直线形布置方案入手，分析利弊，最终提出了L形布置栈桥的平面布置新形式。

2.2.1 直线形布置方案

1）码头栈桥呈直线形布置，水平段观景长廊穿过江滩后，通过2座活动钢栈桥与趸船衔接，2座活动栈桥间设1座提升架，栈桥搁置在升降架内活动平台上，水位涨落时通过提升活动平台来调整栈桥坡度，设计低水位时，栈桥坡度最陡，为1∶7。此方案行人及非机动车上下船均较为舒适，活动栈桥对称布置，活动平台提升工艺较为简单，但因码头设计水位差较大，码头前沿外伸较远，影响主航道通航及码头自身结构安全。

2）为使码头前沿线尽量后退，研究了抬高钢栈桥在趸船上搁置点高程的改进方案，即将趸船结构设计为3层甲板，钢栈桥搁置在顶层甲板上，这样在低水位时栈桥两端高差从14 m降为7 m，可取消提升架及1座活动栈桥，码头前沿线可后退50 m左右而满足航道通航安全要求。此方案虽很好地解决了码头碍航的难题，但乘客需在趸船上上下3层甲板，安装自动扶梯及电梯成本较高，同时因趸船受力点在上部外侧，倾覆力矩较大，趸船稳性要求较高，宜设置定位桩及舱内压载等辅助措施，趸船建造成本也较高。

2.2.2 L形布置方案

对传统方案进一步改进，将2座活动钢栈桥改为垂直L形布置，通过平行于岸线方向活动栈桥调坡后再通过垂直于岸线方向活动栈桥连接至前沿趸船，水位涨落时通过提升L形拐点处活动平台来调整栈桥坡度。此方案栈桥总长度及坡度均与传统直线形布置相同，但码头前沿线却后退约50 m，满足通航安全要求，趸船也无需作特殊处理。

3 同步提升系统的设计

L形平面布置方案的技术关键点是L形拐点处栈桥的提升工艺[4-5]，因栈桥落于提升平台相邻边，平台整体受力偏载极大，如何克服偏载平稳提升是研究难点。针对该特点，将传统的栈桥与活动平台分别独立分步提升的分步提升方案与创新的栈桥与活动平台整体同步提升的同步提升方案2种思路进行了对比研究。

3.1 分步提升方案

为减小活动平台偏载，将L形布置的2座钢栈桥与活动平台分离（图2、图3），分别单独提升。

在提升平台上设4根立柱，立柱设导向凹槽和搁置牛腿，提升平台中央设活动平台，立柱导向凹槽间设2根吊梁分别用于提升2座钢栈桥，钢栈桥铰接在吊梁上，吊梁上设2个吊点。活动平台的4角设4个吊点。在平台上方为卷扬机房，其内共设置了3套独立的提升装置，分别用于提升钢栈桥和活动平台，提升装置由卷扬机、滑轮组、钢丝绳和吊具等组成。卷扬机采用双联卷筒，通过滑轮组分别实现吊梁上2个吊点间的力平衡和活动平台上4个吊点间的力平衡。

偏载活动平台分步的提升方案提升作业流程如下：

1）卷扬机放钩连接吊点，升起钢栈桥搁置在活动平台上的端部搭接板。

2）将1座钢栈桥提升5 cm，推动吊梁下的搁置梁将其移出牛腿。

3）将钢栈桥提升至下一级高度超高5 cm，然后推动吊梁下的搁置梁移入牛腿，钢栈桥下降将搁置梁搁置在牛腿上落位。

4）重复步骤2）、3）分别提升另一座钢栈桥及活动平台。

5）全部提升完成后降下钢栈桥端部搭接板，卷扬机收钩。

此提升驱动方案能够比较顺利的实现L形布置钢栈桥的提升作业，目前已成功在一些轮渡码头上成功应用，但实际使用中还存在一些不足。

1）提升作业步骤较多，工作较为繁琐。随着水位的变化，每进行1次坡道调整，就需要对2座钢栈桥和活动平台分别做1次提升操作，且各项操作均不能同步进行。

2）滑轮组系统可以在多个吊点间取得力平衡，但并不能直接满足多个吊点间的同步提升。如果吊点间的荷载出现了不平衡，滑轮组系统就会使多个吊点组成的作业面产生倾斜，使得吊梁或活动平台不再保持水平状态，最终会导致提升过程产生卡阻，甚至卡死。另外，因各钢丝绳性能差异，导致钢丝绳伸长量产生差异，也易导致吊梁或活动平台倾斜卡阻。因此，采用该方案对吊梁及活动平台的设计和制造及钢丝绳性能要求都很高，吊梁和活动平台在提升过程中的重心必须与形心重合，保证各吊点间载荷的平衡，实际中较难实现。

3）栈桥及活动平台的提升高度需人肉眼观察，精度差、效率低。

4）因栈桥及活动平台导向定位、搁置需要，各立柱尺寸不一，牛腿布置参差不齐，整体美观性较差。

3.2 同步提升方案

由于分步提升方案有许多不足，在新建客运码头中提出同步提升方案，基本出发点为将栈桥直接搁置在活动平台上，提升装置直接对活动平台进行提升，见图4、图5。

在提升平台4角对称布置4根带凹槽的立柱，立柱上等间距布置牛腿，提升平台中央设置活动平台，由立柱凹槽导向定位，活动平台设4个吊点，主梁下倒挂4根搁置梁。活动平台相邻侧两主梁设钢栈桥铰支座，钢栈桥铰接于活动平台上，通过卷扬机系统进行提升。上方卷扬平台与吊点对应位置各布置1套提升装置，每套提升装置均由卷扬机、滑轮组、钢丝绳及吊具等组成，相互独立，可以根据控制系统的信号对提升速度进行实时调整，为减少后期维护量和备件数量，4套提升装置规格相同，见图6。

本方案提升作业流程如下：

1）卷扬机放钩，与活动平台4个吊点连接。

2）预提升张紧，提升5 cm，解卡锁电机正转，将搁置梁从牛腿上方滑出。

3）卷扬机将活动平台整体提升到上一级牛腿上方设计高度超高5 cm。

4）解卡锁电机翻转，将搁置梁滑入牛腿的上方。

5）活动平台下放，搁置梁搁置到位。

6）卷扬机收钩，提升作业完成。

4 活动平台定位检测技术

栈桥与活动平台整体同步提升方案中活动平台偏载较为严重，提升过程中保持活动平台水平状态是本方案成败的关键，传统肉眼观察难以达到要求，因此需选择1套成熟稳定的定位检测技术对活动平台姿态进行实时检测与反馈。目前国内外常用的定位检测技术主要有：旋转编码器、光标尺、条形码、GPS定位、拉绳传感器、格雷母线，项目对这几种检测技术进行比较，具体见表1。

本项目位于长江露天环境，环境较为恶劣，中高水位时设备会浸泡于水下。目前格雷母线技术已广泛应用于铁路、煤炭、钢铁、机械、造船等领域高温高湿、粉尘污染、高腐蚀恶劣工业环境，技术成熟稳定，特别是格雷母线和天线箱均为无源器件，具有防水浸泡特点，相比其他定位检测技术，具有较好的性价比[6]。因此，项目首次将格雷母线定位检测技术嫁接至码头提升系统中，利用3点成面的原理，每个活动平台布置3套定位系统，以确保码头提升过程中保持平稳，顺利提升。

本方案具备以下显著优点：

1）4台变频卷扬机分别独立提升4个吊点，分别根据控制系统信号实时调整提升速度和提升高度，精度高，稳定性强。

2）栈桥与活动平台整体同步提升，提升作业步骤少，操作简便省时。

3）结构布置紧凑，牛腿数量少，整洁美观，满足项目景观要求。

5 结语

本文通过对客运浮码头平面布置形式、栈桥提升工艺技术要点分析，希望能为类似项目提供参考，形成结论如下。

1）针对水位差较大、航道贴岸、客流量大的特点，提出客运浮码头L形平面布置新形式，有效解决了传统大水位差客运浮码头外伸距离过长、占用主航道或可航水域而影响过往船舶及码头自身安全的问题。

2）研发了L形布置钢栈桥偏载活动平台整体化提升驱动系统，大大提高了栈桥提升效率和安全性。

3）首次将格雷母线定位检测技术应用于客运浮码头建设，自动完成活动平台提升过程中的位置检测和纠偏控制，提高了栈桥同步提升系统的智能化水平。

[1] 邱驹.港工建筑物[M].天津：天津大学出版社，2002. QIU Ju.Port structure[M].Tianjin:Tianjin University Press,2002.

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[3] JTJ 212—2006，河港工程总体设计规范[S]. JTJ 212—2006,Code for master design of river port engineering[S].

[4] 陈进，周晓辉.工业有轨作业机车自动定位控制[J].电气应用，2006，25（5）：65-68. CHEN Jin,ZHOU Xiao-hui.Automatic positioning control of job locomotive[J].Electrotechnical Application,2006,25(5):65-68.

[5] 陈进.感应无线技术在工业移动机车自动化中的应用[J].自动化技术和应用，2006，25（4）：33-36. CHEN Jin.Application of inductive wireless technology in mobile vehicle automation[J].Techniques of Automation and Applications, 2006,25(4):33-36.

[6]姚震，王国峰.编码电缆技术在RMG位置检测中的应用[J].港口装卸，2007（4）：23-25. YAO Zhen,WANG Guo-feng.Application of coded cable technology in position measurement for rail mounted gantry crane[J].Port Operation,2007(4):23-25.

Design points of L-shaped layout and new type hoisting system for floating wharf

LUO Jian-mei1,LIANG Feng-shou2
（1.CCCC Wuhan Harbour Engineering Design&Research Co.,Ltd.，Hubei,Wuhan,430040,China 2.CCCC Second Harbor Consultants Co.,Ltd.，Hubei,Wuhan,430040,China）

According to the situation of domestic and international passenger floating wharfs,combining with great height of water in Wuhan,we introduced key technical points of a floating wharf project used the L-shaped layout plan and make use of new type hoisting system to load activity platform and steel approach bridge synchronous ascension,solved the berth length's influence on the main channel.In this paper,through the gray bus location detection technology,we solved the activity platform synchronous hoisting，and improved the whole precision automation.The results have the very good application and popularization prospects in great water level difference,channel,larger passenger terminal.

passenger floating wharf;L-shaped structure;hoisting system

U656.117

A

2095-7874（2017）03-0043-05

10.7640/zggwjs201703009

2016-09-22

2016-11-19

罗建美（1984— ），女，福建建瓯市人，工程师，港口航道与海岸工程专业。E-mail：ljm358@163.com