适用内河大水位差地区的移船、下水设施设计创新

杨昌辉， 居惠红， 徐东晖， 秦晓宇

(1. 中船第九设计研究院工程有限公司， 上海 200063； 2. 上海海洋工程和船厂水工特种工程技术研究中心， 上海200063)

适用内河大水位差地区的移船、下水设施设计创新

杨昌辉1,2， 居惠红1,2， 徐东晖1,2， 秦晓宇1,2

(1. 中船第九设计研究院工程有限公司， 上海 200063； 2. 上海海洋工程和船厂水工特种工程技术研究中心， 上海200063)

结合武昌船舶重工有限责任公司双柳基地横向万吨级下水滑道工程，论述大型特种产品在平地总装建造，利用组合式模块车移运，结合横向斜船架滑道下水的方案。该项目大型平台产品(如双体船)在平地总装建造及移船下水操作的成功实施，可为类似产品在大水位差地区的建造场地总体布置方案、滑道工程设计提供参考。

移船；下水; 万吨级滑道; 水位差

0 前言

武昌船舶重工有限责任公司(以下简称武船)双柳基地船台、滑道工程根据地形、地质、水文的不同情况和下水操作的不同要求，因地制宜地进行了总体布置：将沿岸线自然水深较大的区段布置码头设施；地质条件较好的区段作为承载力要求高的船台、横移区；而有着适宜水域、水下自然地形坡度贴合滑道坡度的区段作为下水滑道区域，相关构筑物在进行移船、下水作业时互不干扰。此项目中新颖的移船工艺方案、突破常规的平面布置等方面可为类似工程设计提供参考。

1 项目背景

武船双柳基地位于阳逻经济开发区双柳镇长江左岸，占地3 000亩(沿江岸线2 800 m，纵深800～1 000 m)。基地目标产品最大为载重量30 000 t成品化学品船，重量达10 000 t，对于地处长江中游，最大水位差达20 m的重型装备制造基地来说，在产品移运、上墩和下水设施的设计和施工方面均提出了较高的要求。

2 产品移运、下水设施设计创新

2.1 组合式模块车移运+滑道横向下水工艺

武船双柳特种船舶及重型装备制造基地的代表性产品主要有海工辅助平台船和成品化学品船，其具体参数如表1所示。

表1 典型产品参数

工程所处的区域位置决定了项目产品下水方案是总体设计中的关键部分。经多种方案对比分析，考虑到目标产品的主尺度、自重以及工程位置水位差情况，横向斜船架滑道下水相较于纵向布置的滑道、船坞或者升船机等方案均更为可行。

横向斜船架滑道是借助于绞车的拉曳使船舶通过垂直其纵轴的方向运动而上墩、下水的滑道。与纵向布置滑道相比，其优点是：能在坡度较陡的情况下，既使滑道长度尽可能缩短，又使滑道末端标高有较大的提高，从而使滑道末端有可能布置在离岸较近、水深较浅的地方。这样，对于因水域狭窄或航运繁忙而不允许滑道过于伸出水面的情况较为有利，且由于近岸处水流速度相对较缓，而船舶在上墩、下水时处于与水流基本平行的状态，迎水面积较小，对船舶的下水安全和定位操作均较为有利。

初步设计时，移船工艺采用船台小车载运船舶，经过纵、横移上斜船架，这是一种成熟的移船工艺，通过了集团公司组织的初步设计专家评审会的审查。但考虑到船台小车轨道铺设面积较大会增加投资成本，经分析比较，最终采用组合式模块运输车作为移船设备。模块运输车使用灵活，对场地荷载、沉降要求较小，可分期、分批购买或部分租赁，组合使用，从而显著节约了初期投资。

采用模块运输车承载船舶纵、横移并上斜船架的移船方式，是一种全新的移船工艺。模块运输车具有机动灵活、运输重量大、地面承载力要求相对较低、可根据运输产品进行多种方式的组合拼接的特点。使用时，既可以拼接成一个大的模块运送大型结构，又可以分成若干个小模块进行运输，节能高效。将众多车辆模块组合后，通过同步控制系统实现所有车辆的同步运行。图1为模块运输车承载整船移运，单个模块车如图2所示，模块车组合如图3所示，采用模块式运输车的移船工艺如图4所示。

图1 模块运输车承载整船移运 图2 单个模块运输车

图3 模块运输车组合

图4 模块运输车移船工艺

2.2 船台及滑道平面布置创新

基于上述移船工艺，进行总平面布置调整。根据地形、水流及泥沙淤积情况，从下水安全、开挖土方量方面考虑，在不改变陆域总体规划的前提下，将滑道向下游适当移动，滑道中心线距离厂区下游边界线850 m。该布置方案使泥沙淤积情况得到大幅改善，并得到了模型试验的验证。

下水滑道布置在厂区的中下游，根据设计原则：长江大堤开口宽度不大于60 m，标高不低于24.3 m[1]，在滑道顶端，将防汛大堤局部(约220 m)往陆域方向平移，移动距离70 m，新建大堤与原大堤形成“凹”字型。船舶移运工艺要求船舶需要由船台经横移区纵移穿堤后转移至下水斜船架上，故需新建大堤西侧连接段，设置净宽不大于60 m的防汛闸门门礅。当长江水位达到警戒水位时，关闭防汛闸门，形成完整的防汛体系。 “凹”字型平面布置方案的提出，不仅为船舶从横移区直接纵移上横移架提供了可能，省去了模块运输车的一次转向操作，还满足了防洪主管部门对大堤开口宽度要求，同时，横向滑道末端未伸入现有航道水域，对长江通航环境没有影响。

滑道区陆域侧布置4#露天船台，并向北依次布置5#～7#室内船台；4#～7#露天船台西侧布置为横移区，横移区西侧布置1#～3#露天船台。船台布置均为东西走向，与下水斜船架平行。绞车房布置在滑道顶端、防汛大堤内侧。调整后的船台、横移区取消了船台小车纵、横移轨道，其布置如图5所示。

图5 调整后的船台、横移区平面布置

2.3 滑道主要参数确定

(1) 设计水位及防洪水位。拟建工程处防洪水位为26.83 m(高程系统为1985国家高程，下同)。汉口站警戒水位为25.2 m，推算到拟建工程处为24.21 m。场址所在的堵龙干堤为3级堤防，堤顶高程为28.50 m。

工程处于不受潮汐影响的长江中游地区，以造船为主，取枯水期3个月内，水位持续时间2.0 h，统计月平均达到20天的水位，作为滑道设计下水水位，取11.5 m。

(2) 滑道坡度。 横向滑道坡度的确定涉及下水船舶大小、水域地形以及曳船绞车的拉力等因素，一般比纵向滑道坡度陡。考虑滑道坡度应与自然岸坡相适应，水下部分尽量不改变原有地形特征，以减少后期使用回淤量，并减少挖方或回填量。经模型试验验证，最终确定滑道坡度为1∶8。

(3) 滑道顶端标高。船台、横移区场地设计标高为24.3 m，高于警戒水位。滑道顶端斜船架首端高度为2.0 m，架面标高与场地设计标高一样，则滑道顶端标高为22.3 m。绞车房布置在滑道顶端防洪墙(顶端标高为28.5 m)后方，在绞车钢丝绳出口处开孔，并经定滑轮转向，连接至斜船架首端的动滑轮上。

(4) 滑道末端标高。滑道末端标高为设计水位与滑道末端水深之差。滑道末端水深按式(1)计算。

式中：T为下水船舶最大吃水，m；a为裕度，m；ht3为船舶垫墩高度(包括垫墩、抬船横梁、船台小车、曲线边墩等高度)，m；ha为斜船架末端高度，m。

经计算，滑道末端标高为-2.1m。

2.4 滑道工艺设备及拉曳系统布置

滑道上主要设备为横向斜船架，该斜船架采用多台绞车曳引，并制定有保证同步或调整的措施。由于移船距离较长，且要求牵引速度恒定，因此采用带储绳筒的摩擦式绞车[2]。滑道上坡时总牵引力及牵引绞车拉力根据机械化滑道设计规范相关公式进行计算。

根据代表产品尺度、重量分布，横向斜船架长190m，共分2节，主架长110m，副架长80m，主、副架可联合或分别独立使用。斜船架在滑道的上下运行，由拉曳系统提供支持。根据工艺配置，整个斜船架横向一排共配置了26个拉点，主架16个拉点，副架10个拉点。每台绞车钢丝绳拉力为40t，在滑轮上绕4道组成一个拉点，每个拉点名义拉力为160t。主、副架质量分别为1 850t，1 350t。横向斜船架横剖面如图6所示。

图6 横向斜船架横剖面

2.5 滑道结构设计

2.5.1 设计条件及要求

(1) 水文。阳逻长江段属常年径流河段，受季节性雨季上游来水及干支流汇水影响，每年洪峰期与枯水期水位相差在10m以上，高水位可达26m，低水位在13m以下。

(2) 地质。拟建场区地层主要由粉土、粉质黏土、粉质黏土及粉细砂、细砂、卵石和含砾粉砂岩组成。勘区地层成因以河流冲积、冲洪积为主，且地层分布不均匀。拟建场区岸坡在目前自然条件下比较稳定，但在江水冲蚀作用下存在崩塌等隐患，岸坡局部稳定性存在问题，应予以重视。预制桩可采用⑦-2、⑧、⑩-1层为持力层，钻孔灌注桩可采用第⑧、⑩-2层作为桩基持力层[5]。

横向下水滑道典型地质剖面如图7所示。

图7 工程地质典型剖面

(3) 工艺荷载及使用要求。滑道水平投影长度为195.2m，整个滑道铺设32根轨道，主架占20根，轨距为5.65m，副架占12根，轨距为6.8m，轨道型号QU100，轮压为70t。每根轨道上有走轮16个，轮距为1.1m，共有走轮512个，其中主架320个，副架192个。

该斜船架既长且载重量大，是我国目前最大规格之一，因此走轮多轨道也多。特别是轨道的状态对斜船架正常运行影响甚大。轨道铺设要求：以理论位置为基准，轨道中心线偏差±5mm，接头错牙小于1mm，顶端标高偏差±4mm，接缝间隙小于4mm。此外，走轮在运行中对钢轨有侧向力，最大侧向力按每个走轮25t考虑。

2.5.2 滑道结构设计

为满足工艺设备轨道基础承受荷载较大和严格控制变形的使用要求，滑道采用桩基连续梁或桩基简支梁结构，并将每2根轨道梁连接形成井字梁形式。

2.5.2.1 结构方案

滑道靠近陆域侧约60m范围为陆上施工，采用桩基连续梁结构，结构分段长度为27.5m或33.0m，跨距为7.50～9.0m。滑道梁断面尺寸为0.8m×2.6m(H)，桩基采用灌注桩，直径Φ为1 200mm，桩底嵌入⑩-2中风化含砾粉砂岩6.50～8.50m。

滑道靠近水域侧130m范围为水下施工，滑道采用简支梁结构。滑道梁分段长度为7.0m，跨距为7.0m。滑道梁断面尺寸为0.8m×2.4m(H)，桩基采用灌注桩，直径Φ为1 200mm，桩底嵌入中风化泥质粉砂岩6.50～8.50m。

下水滑道结构典型断面如图8所示。

图8 下水滑道结构典型断面

2.5.2.2 结构计算

横向下水滑道按照弹性支撑简支梁考虑，采用有限元软件进行分析计算。

桩力承载力：根据《武船双柳基地船台滑道工程地质勘察报告书(详细勘察)》中有关地质参数确定单桩垂直极限承载力的分析，计算结果如下：

(1) 单根梁最大反力4 090kN，最大桩力为4 090×2=8 180kN。

(2) 滑道梁弯矩：Mmax=6 285kN·m。

(3) 相关内力计算结果云图如图9所示。

图9 内力计算结果云图

(4) 单桩垂直极限承载力设计值。

根据《港口工程桩基规范》(JTS167-4-2012)第4.2.4条规定，当桩基按承载力采用承载力经验参数法确定单桩垂直极限承载力设计值时，按下式计算：

以ZK44钻孔为例，桩底嵌岩深度为8.50m时，Φ1 200钻孔灌注桩单桩极限承载力设计值为8 400kN。试桩压力达到14 000kN。

3 结语

(1) 武船双柳基地横向斜船架滑道是国内已建设实施的最大机械化滑道工程之一，下水质量达10 000t，也是首次在国内将组合式模块车应用于整船移运及总段合龙[3]。模块运输车承载船舶纵、横移，并与斜船架滑道下水相结合，是一种全新的移船、下水工艺。

组合式模块车移运大件产品，省去了船台小车轨道这样的固定设施，并与横向斜船架滑道相结合，显示出该方案的灵活性和可扩展性：① 斜船架可在纵向和横向2个方向根据产品需要扩展。目前，为满足船宽达45m的双体船移船下水要求，已实施副架加宽工程； ② 已建横移区和船台北侧均预留了场地空间，可供未来发展使用。

(2) 本项目主要水工设施是下水滑道，水流运动特征及河床冲淤变化对滑道工程的布置及运行具有重要的影响，尤其是滑道建成后，其水域内是否会出现泥沙淤积是工程成败的关键。为此，委托南京水利科学研究院专门进行了数学、物理模型试验研究。

通过对不同水文条件下滑道不同布置方案实施前后的情况进行计算，分析工程河段水流泥沙运动特征及河床演变规律，着重研究滑道建成后其附近水域的水流流速、流态以及泥沙淤积状况，并对滑道工程的平面布置方案进行论证。结果表明：采用1∶8坡度，闸门通道直接对准斜船架，船舶下水时，可以减少一次横移操作，且不需要设置模块车退出平台，而泥沙淤积情况与其他方案相差不大。模型报告结论的提出，为本项目总平面布置、滑道设计参数的最终优化提供了理论依据。

[1] 中船第九设计研究院工程有限公司. 武船阳逻双柳特种船舶及重型装备制造基地造船区建设项目可行性研究报告[R].2010.

[2] 中华人民共和国工业和信息化部.机械化滑道设计规范：CB/T 8523-2011[S].北京：中国船舶工业综合技术经济研究院，2011.

[3] 中船第九设计研究院工程有限公司.武昌造船厂集团有限公司武船双柳基地造船区水工设施初步设计[R].2012.

[4] 南京水利科学研究院港口航道泥沙工程交通行业重点实验室.武船双柳基地造船区水工设施水流泥沙数学模型计算研究[R]. 2011.

Design Innovation on Ship Transport and Launching for Inland River with Large Tide Range

YANG Changhui1,2， JU Huihong1,2， XU Donghui1,2， QING Xiaoyu1,2

(1. China Shipbuilding NDRI Engineering Co., Ltd.， Shanghai 200063， China；2. Shanghai Research Center of Ocean & Shipbuilding Engineering， Shanghai 200063， China)

Regarding the launching skid way project of Shuangliu base in Wuhan, a transverse skid way proposal for large-scale vessels is demonstrated and analyzed by considering on-land assembly with module carriages. The successful launching of large-scale vessels in the project (twin-hull ship and etc.) can provide reliable and helpful reference for other similar products launching in area with large tide range.

ship transport; launching; skid way; tide range

杨昌辉(1979-)，男，高级工程师，主要从事船厂、港口等水工工程设计。

1000-3878(2017)01-0058-07

U651

A