大型闸门和钢桥整体合并运输优化方案

冯腊初 李 辉

上海振华重工(集团)股份有限公司

1 引言

比利时闸门及其相配套的钢桥、坞门等大型钢构产品是上海振华重工建造的世界第一大闸门。如何实现装卸与一船运输需要解决5个方面的问题：①装船时运输船顺靠码头，用SPMT(Self Propelled Modular Transporter,自行式模块运输车、自行式液压平板车)从总装位置移至码头前沿后再用浮吊吊装上船[1]，闸门装在运输船主甲板上，两端均超出运输船船舷15 m，落潮时产品可能磕碰码头；②钢桥单件重量2 000 t，是长度约100 m的超长件，悬空支撑在运输船主甲板上方13 m的高度，需克服船舶中垂、中拱的影响，确保钢桥运输过程中的安全；③卸货阶段，由于用户码头无大型浮吊设备，无法同装船一样用浮吊来吊卸及进行现场安装，如何根据其最终安装方式在运输船上布置货物以便卸货；④闸门最终安装状态是在船池两端的入水口处，需采用浮卸方式，使其入水后再用拖轮拖到指定安装位置进行水下安装，而用于卸货的港池水深有限，半潜船下潜的深度受到限制，闸门无法完全依靠自身浮力进行浮卸；⑤钢桥架设在船池两端上方供人、车通行，航道水深有限，如何将其从港池拖往指定安装地点进行安装。针对这些问题，设计并实施了整体合并运输方案，实现了货物在船上的布置状态优化以及卸货与安装一体化。

2 整体合并运输方案及其关键技术

2.1 货物装载总布置

针对闸门、钢桥结构件数量多的特点，实现一船运输须将不同种类结构件在船上进行合理堆叠。由于运输大型钢结构件需用特种工程船，而此类船舶仅主甲板面可以用来进行货物堆栈，主甲板以下均为调载水舱，无法装货，因此需将货物分为上下2层，对主甲板空间进行合理利用。在主甲板上设置支撑，将2件单重2 000 t的钢桥架高13 m，下面留出闸门装卸空间。2个钢桥沿长度方向并排排列，桥尾支撑在运输船主甲板上，桥中及桥首分别放置于闸门顶部的桥中支撑和桥首支撑上。闸门、坞门放在钢桥下方的主甲板上，为节约甲板空间，让闸门平行于船宽放置，悬挑出船舷两侧15 m；小车、桅杆等附属件直接布置在闸门顶部(见图1)。

图1 货物装载总布置图

2.2 甲板空间的立体使用技术

在运输船甲板空间有限的情况下，如何实现大型钢构一船发运是常见的问题。甲板空间的立体使用技术可将这些不同产品在船上进行合理配载，通过在主甲板上设置支撑架高钢桥，将货物进行分层叠放。

(1)将闸门横向超宽并排平放在甲板上，减少对甲板空间的占用。

(2)对单件2 000 t的2座钢桥整体架起13 m，使其下端高出闸门上表面一定距离，不影响其正下方2个闸门的提前卸货。

(3)钢桥尾端放置在船尾专门为其设计的大型支撑上，中部分别支撑在临近的2个闸门上，对于钢桥首端，则放置在第3个闸门上。

(4)根据卸货要求对钢桥的不同支撑状态进行校核，在运输船处于港内抛锚状态下，钢桥正下方2个闸门先卸，拆除这2个闸门上的支撑，仅留首、尾两端的支撑受力，钢桥强度满足要求。

2.3 货物超宽装载技术

由于闸门两端各伸出运输船两侧船舷15 m，运输船直接靠码头在落潮时会与码头面干涉。为此，可在运输船与码头之间设置一定宽度的驳船进行垫档，在涨落潮时，驳船可与运输船同时起落，闸门悬挑部分不会触碰到码头及驳船。在运输船两侧设置工作驳船时，可将运输船和驳船的吃水差调到适度，以便大型铲、吊车等设备的作业和从闸门底部自由通行。

2.4 超长件的特殊海运绑扎技术

由于钢桥放置于多点超静定支撑上，为确保各支撑能均匀受力，在装船前，需用全站仪对各支撑布置位置和高度进行严格控制，并对特定支撑技术性地留出适当的余量。

为解决超长件钢桥在海运途中运输船中垂、中拱对产品造成的影响，需对钢桥的尾端进行刚性固定，约束其3个方向的自由度，其余位置则采用柔性绑扎形式。

(1)在钢桥尾部，通过抗剪板、档块，将钢桥桥墩刚性固定在专门为架高钢桥设计的桥墩支座上，在纵、横方向上限制其移动。

(2)在除桥墩支座外的桥首、桥中、桥尾支座上表面设置抗磨块，在这些部位的钢桥纵向放开其自由度，让这部分能在抗磨块上沿桥纵向自由滑动。

(3)对于除桥墩支座外的桥首、桥中、桥尾支座的绑扎件，使其与钢桥底板在垂向上方留出适当间隙，使钢桥在一定幅度内能够适度上拱。

(4)仅刚性约束钢桥的横向，使其在支座上不能移动。

2.5 卸货技术

由于用户码头无大型浮吊，在卸船时无法如装船一样对单件重量2 000 t的闸门和

钢桥进行吊卸。针对钢桥和闸门的特点，需选用适当的卸船方式，并按卸货先后次序进行合理配载。

对于局部密封，有一定浮力的闸门，原计划完全采用浮卸，即让半潜船下潜到20 m吃水深度，也就是主甲板位于水面以下6.5 m，然后靠闸门自身的浮力浮起，用拖轮将闸门拖离运输船。因卸货港锚地水深的限制，半潜船无法潜到最低要求深度，闸门无法靠自身浮力浮起，为此，采取浮卸时适当借助外力的方式，即让半潜船下潜到主甲板位于水面以下4.5 m处，在闸门的两端设置2条借力驳船，在驳船上设置提升机构，通过闸门自身浮力与外加驳船上的提升机构助力，实现了闸门的浮卸。最后，拖轮、闸门、驳船横跨运输船主甲板，从运输船船的一侧穿出，拖往安装地点。详细卸货操作步骤如下：

(1)先在辅助驳船上架设提升机构，对钢桥正下方的2个闸门提供拉力辅助货物浮卸，用拖轮将闸门拖到指定安装地点进行安装。

(2)由于航道水深不够，半潜船无法开往钢桥安装位置卸货，在2个闸门浮卸后，用型深满足航道要求的驳船顺靠半潜船，铺设SPMT跳板，利用钢桥正下方2个闸门卸货后空出甲板空间，采用SPMT将钢桥分别顶起过驳到驳船上[2]，再将钢桥运到指定位置进行浮托安装。

(3)用小型浮吊卸船首2个闸门上的附属件和船尾钢桥底部的坞门。

(4)再次利用辅助驳船浮卸运输船船首的最后2个闸门。

3 技术创新点

对于闸门，由于用户卸货港锚地水深有限，不能满足浮卸要求，只能利用闸门一部分浮力的情况，创造性地通过在闸门两端加辅助驳船，并在驳船上设置提升系统，用以提拎闸门两端，给闸门施加辅助浮力，以达到闸门浮卸的目的。对于钢桥，因半潜船无法开往钢桥安装位置卸货，且钢桥架高叠放在闸门上，通过SPMT及支撑架对其进行海上过驳，将其从半潜船平托到型深满足航道要求的驳船上，来实现卸货和现场安装。卸钢桥前需先卸下钢桥正下方的2个闸门，并拆除这2个闸门上的钢桥支撑，给钢桥留出顶升空间，钢桥与闸门的间隙要能满足闸门浮卸要求。

4 结语

本次装、卸过程，结合了大型浮吊吊装装船、驳船助力半潜浮卸、SPMT海上过驳钢桥等多种方式，实现了原本需要两船发运的所有产品的一船运输，节约一个半潜船远洋航次约500万美元的运费。采用安全可靠的支撑结构对单重2 000 t的钢桥架高2层发运；运用合理的绑扎形式，成功消除运输船中垂、中拱对超长件钢桥的影响；选用新型自润滑高分子材料，有效降低了摩擦系数，使各支撑点受力更均匀；充分利用卸货港口资源条件，采用多种卸货方式相结合，节约了租用大型浮吊设备的巨额费用。

经2个月的海上航行，运输船安全抵达卸货港比利时安特卫普，实际检查产品完好无损，达到了设计要求，并按照既定计划完成卸货，最终将产品完好交付给用户。比利时闸门、钢桥的装卸及发运成功，为后续类似产品的运输提供了借鉴。