船舶与履带式起重机组合式水上钢栈桥吊装施工技术研究

苗永茂

（中交一公局厦门工程有限公司，福建厦门 361000）

1 引言

传统的钢栈桥施工通常采用钓鱼法，施工时受限于工作面的影响，无法多作业面同时开展架桥施工，尤其是面临旧栈桥抢险加固施工时，原有的钢栈桥桥体锈蚀老化，无法承受施工机械荷载，施工效率低。因此，有必要探索新的水上钢栈桥施工工艺。本文通过研究将船舶与履带式起重机进行有效组合开展水上施工任务，总结形成一套操作简单、提高工效、保证安全、降低成本的施工工艺，对于水上钢栈桥施工具有参考意义。

2 工程概况

本研究依托工程为海口南海明珠临时钢栈桥项目。原临时钢栈桥已超过使用年限，经专业检测机构检测结论为5 类桥（机动车不能通行），项目拟对临时钢栈桥进行加固改造。

栈桥总长2 117 m，位于海域，施工受风浪，潮汐，海浪流速等环境影响因素大。改造前锈蚀严重，改造后桥宽仅4 m，改造前后均无法满足施工机械上桥施工。

3 船舶与履带式起重机组合式施工原理与设计

3.1 机械组合设计

施工前，首先需选定拟投入施工机械设备，再根据所选定的机械设备的参数进行初步组合设计，初步确定履带式起重机、装卸材料及混凝土罐车等在船舶中的位置，如图1 所示。

图1 机械组合示意图

3.2 机械组合稳性验算

3.2.1 计算说明

1）机械组合验算可依据中华人民共和国海事局颁布的《船舶与海上设施法定检验技术规则》（国内航行海船法定检验技术规则2020 年）中的有关规定进行计算。

2）此验算校核施工船舶在沿海航区装载一台履带式起重机作业时的稳性。施工船舶按全回转起重船核算作业、避风状态稳性。

3）所有计算状态下，船上所有车辆、物料均处于良好固定状态。

4）本工艺验算以起重船为计算模型，共分析15 种工况下的船舶稳性是否满足施工安全要求。

3.2.2 各种施工情况分析

确定位置后，根据船舶在作业、避风及航行3 种状态时，履带式起重机位于不同工作位置、燃油及淡水空载或满载、甲板上不同载货情况进行组合，汇总出15 种不同工况，分别进行稳性验算，具体工况见表1。

表1 计算状态统计表

3.2.3 稳性验算

15 种计算状态的计算过程类似，详细验算内容可参考《船舶与海上设施法定检验技术规则》（国内航行海船法定检验技术规则2020 年）内容进行计算。本文所依托工程中，在避风状态下、履带式起重机位于工作位置、甲板装载施工配料、燃油及淡水空载的工况时，处于最不利状态，故取其作为验算范例。

起重船在避风状态下的稳性衡准数K 应符合式（1）要求：

式中，lq为最小倾覆力臂，m；lf为风压倾侧力臂，m；Ml为船舶不对称装载倾侧力矩，kN·m；Δ 为所核算装载情况下的排水量，t。

4 水上吊装施工工艺

4.1 船舶及履带式起重机组合

履带式起重机登船后行驶至工作位置（靠船舱一端），按要求驳船中心线与履带式起重机重心线重合采用在驳船甲板上焊接I25a 工字钢固定架进行固定。固定架采用4 个门式固定架与4 个限位挡，防止船舶晃动过程中履带吊前后左右及上下滑动。如图2 所示。

图2 履带式起重机固定设计图

4.2 船舶及履带式起重机组合后试吊

履带式起重机登船行驶至设计位置进行固定后，需进行试吊。验证船舶与履带式起重机组合的施工设计是否可行，以及所采用的机械固定方式和施作质量是否可靠，也是对吊装稳定情况进行校核，保证吊装过程安全可控。同时，模拟吊装施工的各种工况，检验机械工作性能是否正常。

试吊过程分为空载试验及负载试验两个过程。负载试验需依次进行1.25Q（Q 为吊重）静载试验、1.00Q 动载试验及1.10Q动载试验。

4.2.1 空载试验

空载试验是在空载条件下，让履带式起重机完成起升、下降、变幅等动作，并且对各部位限位的性能试验和设计规定的各机构空载速度的测试，至少重复3 次。

4.2.2 负载试验

空载试验合格后，对履带式起重机重新进行检测，各部位合格后方可进行负载试验。要求按以下顺序进行负载试验：1.25Q 静载试验；1.00Q 额定动载试验；1.10Q 动载试验。

1）静载试验。含吊具在内吊起1.25Q 额定重量。吊臂放至48°，吊具安装完成后确保牢固可靠，慢慢吊起重物至1 m 高度，并静止10 min。检查确定吊装过程是否正常，然后将重物放下。试验结束后检查履带式起重机及各部分构件是否存在异常状态。

2）额定动载试验。静载试验正常后卸除部分荷载至1.00Q后，重新检查吊具是否牢固可靠，慢慢起升离船面1m 高度，并静止10 min，一切正常后启动船舶。后起升吊物高度，仰臂至76°。过程中注意试吊状态是否正常，然后按此顺序做下放动作。试验重复次数不应少于3 次，检查起重机运行是否正常、是否有异响，检查卷扬机的制动器工作情况是否正常。

3）动载试验。1.00Q 的额定动载试验正常后，进行1.10Q额定重量的动载试验，做提升、下放、制动等试验。在离平面高1 m 位置，进行10 min 的悬停试验。检查各部位情况，正常后进行主钩提升、下放。检查起重机是否正常，是否有异响[1]。

4.3 施工位置船舶靠泊

船舶在涨潮后到达施工现场，并通过调节系缆长度调整平面位置，船舶方向与拟建结构物纵向方向平行，船舶逆着洋流向外侧抛掷八字锚，船舶抛锚停靠时保证船舶与拟建结构物边缘之间的安全距离不小于10 m。船舶外侧采用抛八字锚，后锚较长，驳船拆除过程中可以通过收紧锚实现驳船向前移动，保证履带式起重机的旋转半径保证在39 m 范围内。如图3所示。

4.4 吊装施工

在施工位置停靠完毕后，应在吊装区域设置警戒线，严禁无关人员入内，起吊前检查起吊物与地面完成脱离，避免勾连。起吊过程由信号工统一指挥调度，机械运转时应匀速起落，严禁左右回转、忽快忽然慢或突然制动等，应符合施工方案及操作规程的要求，严禁超负荷起吊。当履带式起重机在回转未停稳前，不得作反向动作。特别是在起重机正在满负荷或接近满负荷起重时不得同时进行两种操作动作[2]。

5 施工安全管理技术

5.1 碰撞后应急安全措施

倘若发生船舶碰撞，应根据发生碰撞的周边环境、相撞姿态、破口大小等情况采取不同的应急措施。当施工船舶以船首撞入其他船舶的船侧时，不应贸然倒出。在没有采取堵漏和排水措施之前贸然倒出，有可能造成破口扩大，存在破口处大量进水使船沉没的危险。故此时应该根据碰撞的具体程度，两船的相对位置等因素，采取停车或者微进车的措施，保持两船处于相互密接碰撞吃合状态进行漂浮，并迅速组织救援，检查破口出，进行堵漏排水抢险。

两船相撞后若双方船舶均有沉没的危险时，则应发出遇难信号并采取弃船措施。若一方存在沉没危险，应立即组织救援，将船上全体人员转移至安全的船舶上，如果碰撞发生的地点距离岸边较近，应尽可能考虑在就近抢滩。若确认两船暂时没有沉没危险后，应采取系缆等方式保持两船碰撞的姿态，从而有效控制两船的破损扩大，减少船舱进水，并应尽可能操纵船舶将其破损部位处于下风侧。方便加快排水、堵漏和加强水密隔舱壁抢险[3]。

5.2 走锚后应急安全措施

当发现船舶走锚，应立即加长锚链或抛下另一锚作为止荡锚，以延缓走锚速度，同时配合使用车舵，让船首迎风减少偏荡并缓和锚链张力。

船上负责人在接到走锚的报告后，应当立即采取加松锚链和备车等急救措施，迅速查清走锚险情的情况，并立即向现场海上指挥机构报告，现场指挥机构接到报告后，应立即向现场负责人报告，并立即启动应急预案。

5.3 水上吊装安全措施

履带式起重机登陆施工船舶，起重机轴线与船舶轴线一致，大型构件或占地面积小且质量大构件堆放区设置在船轴线处；小型散装构件应集中在驳船中心位置，禁止集中在一侧。

吊装作业前，应关注当地潮汐、洋流以及风力等级等天气情况，做好施工部署，当遇上恶劣天气应及时停止施工作业，将船舶停靠至避风港。

6 结论

1）采用船舶与履带式起重机进行组合式水上吊装施工，相较于钓鱼法施工可有效拓展施工作业面，提高工效；而相比于采用起重船施工，则明显降低成本。且施工全过程风险可控，是一种值得推广的施工技术，为水上吊装作业提供了新思路。

2）在采用该施工技术开展水上施工时，施工机械组合及站位应严格按照经验算方案进行，同时应注意做好防碰撞及防走锚安全措施，施工前应编制好防碰撞及防走锚应急预案。