大型构件滚装上驳船方案探讨

魏笑科　罗兴民

摘 要：本文以港珠澳大桥索塔桥墩防撞钢套箱为例，介绍一种将装运驳船码头停靠，利用SPMT液压平板小车将大型构件侧向滚装上船方案。此方案优点是能解决大型构件装船的难题；滚装上驳船的稳定性好；缩短大型构件现场安装周期。

关键词：桥墩防撞钢套箱；SPMT小车；驳船；调载；滚装

中图分类号：U693 文献标识码：A

1 引言

桥墩防撞设施目前一般选用钢套箱为主防撞结构，在其外设置缓冲护舷，起到辅助防撞作用。港珠澳大桥青州航道桥56#、57#索塔防撞设施采用哑铃型钢套箱结构，外形尺寸为91 m x 43 m x 8.5m，桥墩防撞钢套箱（以下简称钢套箱）整体重量1 780 t。目前，这种钢套箱安装的方案有两种形式：一种为分段制造运输，现场分段吊到位。优点是装船运输可以分多个批次，重量轻，方便吊装运输，风险小；缺点是现场吊装并组装成整体工作量大且安装难度大，风险高；另一种是钢套箱分段制作，在制造厂组装成整体结构，整体装船运输，现场采用大型浮吊整体吊装到位。

超大型构件装驳船目前比较常用的方案有四种：（1）浮吊吊装：优点是周期短，制作工装少；缺点是吊装成本高。这种超大型吊装一般要用两台浮吊联合抬吊，两台浮吊要1 000 t以上，由于钢套箱尺寸较大，对浮吊的工作半径要求至少是钢套箱宽度一半，两台浮吊的租借费用很高，华南地区租借难，不利于成本控制；（2）轨道小车拉移上船：拉移1 750 t钢套箱上驳船至少需布置100 t小车40台，100 t以上的小车很难租借到这么多，专门订制成本太高，且结构加强和轨道梁的制作成本很高；（3）滑动方式拉移上驳船：同样需要制作滑块、滑槽、轨道梁等工装，若多批次的重复使用成本还可以分摊，少量的拉移上船制作工装的成本太高；（4）液压平板车滚装上驳船：目前国内外大型构件移位比较先进的方案可选用液压驱动的平板车，这种模块化生产及组装的自行式平板拖车，可以根据装载货物的不同需求被配置成各种结构、尺寸和重量，短期内租借平板车的成本也容易控制。经过比较和分析，我们最终选定了第（4）种方案，利用液压平板车滚装上驳船。

2 技术方案

2.1 滚装用主要设备

SPMT（Self-Propelled Modular Trailers） 是一种模块化生产及组装的自行式平板拖车，可以根据装载货物的不同需求配置成各种结构、尺寸和重量。SPMT的基础部件是一个4轴线或6轴线的模块组以及一个动力头。SPMT的牵引力是由液压马达提供的，液压马达的动力是由置于设备末端的动力头提供，这就保证了SPMT拥有出色的牵引力以及紧凑的布局结构。SPMT每一轴线都是在主控程序的精确控制下执行各种动作并实现各种姿态（如：移动、旋转、升降等），不仅具备良好的操控性，同时还可以完成传统拖车（如：运梁车等）无法完成的动作。例如：轻松地原地调头、横向平移、绕中点旋转。SPMT的载重平台可以通过悬挂系统进行升降以便装卸货物并保持平台的水平状态。

2.2 运输驳船

本方案采用侧向滚装，选用甲板驳船运输，要求运输驳船装载甲板尺寸要不小于运输构件，驳船要有足够调载能力，稳性要满足侧向滚装要求。选用驳船主要参数：总长120.5 m，型宽43.4 m，型深7.5 m，设计吃水50 m，压载水调节能力2 400 m3/h。本次调载为左右舷对调，调载能力相当于4 800 m3/h。根据滚装实施步骤，对驳船进行稳性计算并制定详细的调载方案。

2.3 滚装上驳船具体步骤

本方案主要包括装船准备阶段和侧向滚装上船阶段，其具体步骤如下：

（1）将运输驳船舷侧沿码头停靠就位，并用缆绳固定驳船；

（2）根据装运构件自身情况在装运驳船甲板上放置支墩；

（3）根据SPMT自行平板车行走路线，在装运驳船甲板与码头边缘之间铺设钢板；

（4）沿大型构件宽度方向前后布置的三排SPMT自行平板车载运大型构件到码头前沿，并调整SPMT自行平板车使大型构件的长轴中线与码头边缘平行；

（5）当海水处于低平潮时，可以预先通过压入适量压载水的方式使装运船的甲板面略高于码头，第一排SPMT自行平板车沿着铺设的钢板开始上船，为了保证SPMT自行平板车开始上船时装运驳船的稳定性及防止大型构件变形，第一排SPMT自行平板车上驳船前装运驳船的甲板面高出码头150 mm；

（6）当第一排SPMT自行平板车全部上驳船后，第二排SPMT自行平板车已到达码头前沿并开始上驳船；

（7）当第二排SPMT自行平板车全部上驳船后且第三排SPMT平板车到达码头前沿时，大型构件的一半以上重量已到驳船上，此时暂停上驳船并通过调整压载水保证装运驳船的甲板面与码头的高度差；

（8）第三排SPMT平板车开始上驳船直至SPMT平板车全部上驳船；

（9）三排SPMT平板车都上驳船后继续行进至驳船中位置；

（10）SPMT平板车下降将大型构件放置在支墩上。

2.4 滚装上驳船关键控制点

（1）为了使得钢套箱重心与装运驳船的重心基本重合，保证运输过程钢套箱不向一侧倾斜及装运驳船的稳定性，在步骤（9）中，三排SPMT自行平板车上驳船后继续行进直至大型构件宽度的中轴面与装运驳船的中轴面重合；

（2）在步驟（5）至（7）中，装运驳船的甲板面与码头高度差控制在180 mm以内；

（3）当装运驳船的甲板面与码头高度差超过180 mm时，SPMT自行平板车停止上驳船，装运驳船进行调载或排水至允许的高度差范围内；

（4）在步骤（4）之前增加以下步骤：将大型构件装载至SPMT自行平板车上，其中SPMT自行平板车是每次以大型构件总重量的20%顶升大型构件；

（5）所述三排SPMT自行平板车数量为9台，其中第二排设有1台且位于大型构件的中部，第一排和第三排各设有4台且每排的4台两两相对于第二排的SPMT自行平板车对称布置；

（6）所述第一排和第三排各设置的4台SPMT自行平板车皆为6轴线模块组的SPMT自行平板车，所述第二排的1台SPMT自行平板车为两个6轴线模块组前后组合形成的12轴线模块组的SPMT自行平板车。

2.5 本方案的优点及注意事项

与现有技术相比，本方案的优点是：

（1）通过装运驳船船身一侧沿码头停靠的侧向滚装装船方式，缩短了装船时间，同时大大保证了装运船的安全稳定性；

（2）由于装驳船时间短，大大降低了潮汐条件限制的影响；

（3）由于SPMT自行平板车自身可根据装载货物组合配置及普遍使用使得租借费用容易控制，因此有效地控制了装驳船成本。

装驳船完成后，SPMT平板车直接撤离装运驳船返回码头。整体运输的桥梁防撞钢套箱一般是在装运码头现场组装。为了防止组装好的钢套箱結构变形，在装驳船准备阶段还需要运输装载配车方案及大型构件装车方案。对于运输装载配车方案，需要根据大型构件尺寸、重量及结构等信息计算、分析配置运载SPMT自行平板车每台选用几轴线模块组及车辆数量。而在本方案较佳实施案例中采用9台SPMT自行平板车分三排布置，通过液压管路和控制系统的合理布置，平板车承载系统组成三角形稳定支撑形式，可以在滚装过程中动态调节钢套箱的水平状态，保证滚装运输的稳定性。

由于大型构件即钢套箱的重量较大，防止在滚装过程中钢套箱的局部结构变形，当SPMT自行平板车顶升至钢套箱完全离开胎架，而这个过程包括几个步骤，在每个步骤中SPMT自行平板车每次是以钢套箱总重量的20%顶升大型构件至SPMT载重平台，每次以钢套箱总重量的20%顶升过程都要观察一次顶升点结构变形情况，并作相应的测量和记录。而且钢套箱顶升到位后还需向码头前沿预走一段距离，并在预走过程中观察结构变形情况，确认无明显变形后，退回原位置并将钢套箱回落在原支墩上，等待潮水达到滚装条件时再开始滚装。为了控制滚装过程中大型构件的变形，在步骤（5）至（7）中，装运驳船的甲板面与码头高度差控制在180 mm以内，并在上驳船过程中不停观察两者的高度差，当装运驳船的甲板面与码头高度差超过180 mm时，SPMT自行平板车停止上驳船，如果船甲板面低于码头超过允许的范围，装运驳船的前后左右船舱进行调载使船体升高至规定范围内，如果由于涨潮海水涨得过快使船体高于码头超过允许的范围，就通过排水使船体降低至允许的高度差范围内后，SPMT自行平板车再恢复上驳船。为了防止运输过程中支墩对大型构件的落墩位置产生影响并造成变形，在支墩上端设置垫木并在制造时对大型构件的落墩位置特别加强。为了防止运输过程中风浪对运输船作用引起大型构件滑动，进而导致大型构件产生结构变形，要根据海运拖航工况对钢套箱的绑扎固定进行受力分析，并制定详细的绑扎加固方案。

3 结束语

本滚装方案通过装运驳船舷侧沿码头停靠的侧向滚装大型构件的装驳船方式，缩短了装驳船时间，同时大大保证了装运驳船的安全稳定性；由于装驳船时间短，大大降低潮汐条件限制的影响；而且SPMT自行平板车自身可根据装载货物组合配置及普遍使用使得租借费用容易控制，因此有效地控制了装驳船成本。本方案的成功实施为类似超大型构件滚装上驳船运输提供借鉴。

参考文献

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