散货船海上卸载施工技术优化的探讨

陈影东，赖一英，郑建坤

（中交广州航道局有限公司，广东 广州 510290）

0 引言

填海造地成为沿海城市拓展发展空间、促进经济持续发展的有效途径。填海材料受需求量、开采及进出口政策等多种因素影响，需由远端市场供应。如何解决散货船将远端填海材料运抵目的地后进行高效卸载，发挥其优势以满足填海工程进度需求值得探讨和研究。

本文以香港国际机场第三跑道填海工程（简称香港三跑工程）为例，利用散货船将远端海砂运抵香港，组织当地卸载设备及接驳船等资源，克服各种限制条件，从卸载方法、散货船选型、接驳船调配等方面优化卸载作业，提高卸载效率，降低成本。通过施工实践，验证了此施工技术的可行性，在满足工程关键区域和工序的施工进度需求方面起到了重要作用。

1 工程概况

香港三跑工程在现有第二跑道以北建造约650 hm2陆地，修建第三条跑道及其它机场设施。工程回填施工总量约9200 万m3，其中海砂需求量约1800 万m3。

香港三跑工程跑道区回填材料有严格的技术规格要求，香港本地无合适填料，珠江口地区海砂受客观因素制约无法按原计划出口，工程跑道区施工进度受特定回填材料的制约，节点工期面临巨大压力。项目部决定从台湾地区、菲律宾、马来西亚、广西等远端市场采购海砂，单程运距超过380 n mile。砂源点及运距如图1 所示。

图1 砂源点分布图Fig.1 Sea sand source distribution map

2 船舶资源及限制条件分析

采购远端海砂填海，需解决长途运输、卸载、转驳等关键问题。散货船舱容量大、远距离运输成本低，符合运输船型要求，但需要解决运抵港后卸载和转驳问题。

若按传统卸载方式，将远端海砂经岸吊等设备卸载到码头，会增加二次装驳转运的费用成本和时间成本，且香港地区无合适的码头存储和装驳数量庞大的海砂；因此，散货船卸载作业只能考虑在海上进行。经调查，香港水域锚地水深符合海上卸载要求，但当地无大型海上卸载浮吊、海上减载装卸系统[1]等高效率海上卸载设备。

另外，当地法例规定，非本地船舶禁止直接靠泊散货船作业；且当地政府对外来船舶采取准入管理，船舶的准入审批需耗时数月甚至更长，限制了卸载和接驳设备的快速引进；而工程进度紧，无法挤压出更多时间。面对这些限制条件，惟有立足于发挥散货船、当地海上卸载设备及接驳船的施工产能，优化海上卸载施工技术，方能满足工程进度需求。

3 工艺研究与技术优化

3.1 船舶资源分析

经调查，航运市场上散货船数量充足，能在短期内快速组建船队，且进出香港港口需办理的手续简便、快捷。

卸载设备可使用香港起重趸船，通过技术改造后配合散货船进行海上卸载作业（改造后的起重趸船简称“趸吊”）。另外，起重趸船亦可作为海上卸载的接驳船使用，特别适合于散货船清舱时使用，且数量充足。

皮带船为机动船，操作灵活性好，施工效率高，靠离泊方便，是接驳船最佳选用船型。但香港地区皮带船数量有限，需从内地引进。

3.2 散货船卸载工艺

散货船常规卸载作业是靠泊码头利用岸基设备进行卸载。卸船工艺主要分为两种：连续性卸船方式[2]和周期性卸船方式[3]。周期性卸船方式主要是指采用吊机+抓斗的卸船方式。

受航道或码头泊位水深限制，或其他特殊作业要求，需在海上船靠船过驳[4]。散货船在海上卸载是水上过驳作业的一种，是利用船吊、浮吊或平台装卸机械进行海船与驳船换装的作业[5]，一般有两种方式：一种是利用船舶吊杆进行过驳；另一种是采用中转换装设备进行过驳[6]。

3.3 散货船海上卸载试验

香港三跑工程散货船卸载试验采用海上周期性卸载工艺，利用其自身的船吊进行，整个卸载作业在海上完成。为验证散货船海上卸载操作的可行性，以自带船吊的5 万吨级散货船进行卸载施工试验，计划4 d 内完成一船次的卸载。

卸载主要操作步骤：散货船抵达预定锚地锚泊、水尺测量后，接驳船在拖轮协助下靠泊散货船两舷，通过散货船船吊将海砂卸载到接驳船上，再由接驳船运抵填海施工区。经研究论证，根据散货船和接驳船的特点，每舷各设2 个卸载点，同时共设4 个卸载点进行作业。卸载施工见图2。

图2 散货船现场作业示意图Fig.2 Schematic diagram of on-site operation of bulk carrier

试验验证了海上卸载的可行性，但使用船吊卸载存在以下不足：船吊的状态得不到保障，施工效率不高，不能满足填海施工需求和散货船船东提出的卸载工期要求；起重趸船作为接驳船，无法为填海施工船舶提供充足的产能；受散货船船吊吊臂长度的影响，无法将砂料装载到皮带船船舱中心，限制了皮带船的使用；限制了载重量更大的无船吊的散货船参与海砂运输，间接提高了施工成本；另外，利用散货船船吊卸载，还存在砂料泄漏等环保问题。

3.4 散货船海上卸载施工技术优化

为保障散货船运输优势和卸载效率，满足工程进度需求，对散货船海上卸载施工技术进行优化。采用载重量更大的无船吊散货船运输砂料，引入趸吊和皮带船，将这三类船舶进行施工组合，趸吊靠泊散货船，皮带船靠泊趸吊，由趸吊将海砂卸载到皮带船。卸载作业方式如图3 所示。皮带船完成装载后，将砂料运抵填海施工区，循环往复，直至散货船卸载完成。

图3 散货船海上卸载优化示意图Fig.3 Schematic diagram of offshore unloading optimization of bulk carrier

3.5 优化后的卸载施工工艺

3.5.1 工艺流程

根据散货船海上卸载施工技术优化原理，其工艺流程如图4 所示。

图4 优化后施工工艺流程图Fig.4 Optimized construction process flow chart

3.5.2 操作关键步骤

1） 起重趸船改造为趸吊

两舷加装防撞轮胎，防止靠离泊及卸载作业时与其他船体发生直接碰撞；改造系缆系统，增加钢丝缆绳长度，以满足靠泊散货船长距离的系固需求；更换强度更高的吊重钢丝，改用斗容更大的自动密合型抓斗，以保障卸载作业的稳定性、高效率及解决砂料泄漏等环保问题。

2） 选择散货船

组建散货船运输船队提高运输效率。根据卸载锚地水深条件，选择吨位在6 万～7.6 万t、船长在210～250 m 的散货船。此措施可节约长距离运输成本，增加趸吊有效作业时间，同时减少散货船清舱时间，提高卸载效率。卸载锚地不足时，可考虑根据减载散货船吃水的估算方法[7]，通过减载一定量的海砂，使用水深浅的锚地进行卸载，增加产量。

3） 船靠船作业

船靠船操作的风险比靠离码头大，在作业过程中易发生碰撞、污染、船舶火灾等事故。船靠船的过驳作业管理须考虑以下因素：能见度，风速和风向，波浪和涌浪的浪高、周期和方向，天气预报等[8]。配备充足的状态良好的辅助拖轮和有资格有能力胜任该项操作的人员。

3.5.3 安全措施

3.5.3.1 防止走锚

散货船受潮流影响，会定期改变船艏方向。禁止趸吊、接驳船与散货船同时下锚，防止发生锚链缠绕导致船舶触损、翻沉等事故。卸载过程只由散货船下船艏锚，为其他船舶提供系驻力。

1） 趸吊和接驳船共7～8 艘，系驻力全部集中到散货船上，特别是潮流急或者施工现场风力大时，散货船承受高强度拉力，易发生走锚。为提供足够系驻力，散货船须考虑额外拉力的影响，比单船锚泊时多下至少1 节锚链。

2） 散货船卸载作业过程中，应保持主机处于良好的使用状态，禁止修理。值班驾驶员预判有走锚风险时，应提前启动主机防止走锚。

3） 现场配备值班拖轮，一旦发生紧急情况，可以立即投入救援。

3.5.3.2 防止断缆

趸吊、接驳船、散货船彼此之间通过缆绳系靠进行组合施工，受风、浪、流影响可能发生断缆事故。为防止断缆，须选用足够强度的缆绳，并参照散货船在风浪联合作用下的系泊试验研究方式二[9]系缆；同时安排专人值班，并随自身吃水及散货船吃水的变化适时调整缆绳长度。

3.5.4 环保要求

卸载过程有扬尘、砂料漏入海中等不符合环保要求的现象。为防止扬尘，使砂料保持一定的湿度，卸载过程中降低开斗高度。对抓斗进行密封处理，防止在卸载过程中造成污染事故。

4 工程应用及成效

通过散货船海上卸载施工试验、施工技术优化，实现了载重量更大的无船吊的散货船参与运输，同时使皮带船可以参与卸载作业，卸载工效满足散货船船东的卸载工期要求和工程施工进度需求，加快推动了节点施工任务的完成，畅通了海砂运输和填海施工材料输送渠道，实现了运输效率、卸载效率和填海施工效率大幅提升，解决了填海材料超长距离运输问题，开辟了填海工程供料新渠道。卸载作业的安全、环保各项指标均符合要求，技术经济效益明显。

通过卸载验证，每艘散货船卸载效率由优化之前约0.90 万m3/d，大幅提升至优化后超过1.50万m3/d，最高达1.99 万m3/d。经策划和估算，香港地区共有3 个适合6 万吨级以上散货船卸载的港内锚位，理论上单个锚位月产量可超40 万m3，月总产量可达120 万m3以上。受散货船船期、恶劣天气、卸载设备、接驳船、填海施工安排等因素影响，实际海上卸载月最高产量约75 万m3，海上卸载海砂总量约1100 万m3。

5 结语

以香港三跑工程为例，针对传统填海施工船舶无法发挥作用、填海材料远距离运输、海上卸载条件受限等问题，使用散货船参与填海工程施工，充分挖掘和发挥散货船运输优势，克服散货船海上卸载作业各种限制条件，优化卸载施工技术，大幅提高卸载效率，最终在解决工程所面临的进度问题中起到了重要作用。实践证明优化后的卸载技术施工工艺可行且效益明显，对类似的工程有参考与启发意义。