朱慶森

廈門嵩嶼集裝箱碼頭有限公司

1 引言

廈門港是我國(guó)沿海的主樞紐港，廈門嵩嶼集裝箱碼頭位于海滄航道入口北側(cè)，有3個(gè)深水泊位，碼頭水工結(jié)構(gòu)按靠泊15萬t集裝箱船建設(shè)，長(zhǎng)度1 246 m，前沿底標(biāo)高-17.0 m，碼頭配置10臺(tái)起升高度42 m的岸邊集裝箱起重機(jī)(以下簡(jiǎn)稱岸橋)。通過能力180萬TEU，于2011年6月24日通過交通運(yùn)輸部的竣工驗(yàn)收，是廈門港水工條件最優(yōu)越的碼頭。為適應(yīng)集裝箱船超大型化的需求，公司自2014年根據(jù)交通運(yùn)輸部《沿海碼頭靠泊能力管理規(guī)定》開始研究碼頭升級(jí)改造事宜。

2 工程背景

2.1 碼頭作業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

隨著2013年7月馬士基航運(yùn)首艘超大型1.8萬TEU的3E級(jí)集裝箱船和2016年2.02萬TEU(馬士基英姬戴安娜)船的投入運(yùn)營(yíng)，碼頭的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，必須尋找適應(yīng)船舶大型化的作業(yè)出路。2013年根據(jù)交通部有關(guān)的培訓(xùn)信息，嵩嶼碼頭于10月份完成對(duì)原有碼頭水工結(jié)構(gòu)的全面檢測(cè)與評(píng)估，確認(rèn)碼頭為A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，符合碼頭升級(jí)改造的條件要求。2014年2月交通運(yùn)輸部印發(fā)《沿海碼頭靠泊能力管理規(guī)定》的通知，根據(jù)通知要求，碼頭公司委托設(shè)計(jì)院進(jìn)行靠泊和通航能力論證。通過校核論證，明確需要進(jìn)行岸橋加高及水域拓寬浚深清理兩項(xiàng)主要工作，才能滿足20萬t減載靠泊的作業(yè)能力。

2.2 岸橋加高及水域拓寬清理的必要性

隨著大型船舶的陸續(xù)下水運(yùn)營(yíng)及多家班輪公司相繼訂購2.0萬TEU級(jí)的超大型集裝箱船，接靠20萬t集裝箱船已成為衡量港口競(jìng)爭(zhēng)力的重要指標(biāo)。嵩嶼碼頭配置的岸橋起升高度僅為42 m，在作業(yè)1.8萬TEU以上船舶，甲板上裝箱層高超過7層時(shí)，需要等潮水作業(yè)，嚴(yán)重影響作業(yè)效率。如果購置新岸橋勢(shì)必增加碼頭的運(yùn)營(yíng)成本，并且造成資源浪費(fèi)。因此對(duì)現(xiàn)有岸橋進(jìn)行整體的技術(shù)考評(píng)論證，尋找合適的技術(shù)方案進(jìn)行加高改造，以滿足集裝箱碼頭大型化發(fā)展的需求，提高服務(wù)質(zhì)量，保證航線的正常掛靠運(yùn)營(yíng)，同時(shí)也為企業(yè)節(jié)約營(yíng)運(yùn)成本，提升廈門港的行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

3 升級(jí)改造方案的選擇

3.1 岸橋加高產(chǎn)生的主要影響

岸橋加高后對(duì)設(shè)備的主要影響有：整機(jī)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、大車輪壓、防風(fēng)錨定、碼頭基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、頂升裝置、車檔裝置等。所以設(shè)備加高前應(yīng)該進(jìn)行詳細(xì)的核算，以確保設(shè)備本身和碼頭基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的安全可靠。

3.2 必要的校核論證

(1)岸橋軌上起升高度的復(fù)核。根據(jù)現(xiàn)有20萬t級(jí)集裝箱船的船型參數(shù)及廈門港潮差和碼頭軌頂高程參數(shù)，按有關(guān)的公式計(jì)算，岸橋起升高度50 m能夠滿足碼頭裝卸20萬t集裝箱船舶的工藝需求，確認(rèn)岸橋加高8 m。

(2)碼頭水工基礎(chǔ)的校核。按現(xiàn)有岸橋加高8 m后的載荷數(shù)據(jù)(按70 m/s風(fēng)速計(jì)算)，經(jīng)過對(duì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的驗(yàn)算，嵩嶼碼頭1#～3#泊位現(xiàn)有的系、靠泊設(shè)施、沉箱底板及后軌道梁(含灌注樁配筋)各基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及承載能力，可滿足正?？坎?0萬t級(jí)集裝箱船舶的要求。

(3)防風(fēng)錨定的校核。經(jīng)復(fù)核驗(yàn)算，岸橋加高8 m后，現(xiàn)有的防風(fēng)拉桿座滿足加高后的防臺(tái)需求；現(xiàn)有錨定插板座需要進(jìn)行加固改造，每個(gè)錨定插板座須采用18根M42螺栓，即每個(gè)錨定插板座增加6根全螺紋螺栓(植筋)，同時(shí)更換上部的錨定結(jié)構(gòu)。

(4)岸橋加高后設(shè)備本體的安全校核。由于加高后岸橋自重增加、重心上移、風(fēng)力引起的附加載荷增加，加高前要對(duì)擬加高的岸橋進(jìn)行穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及剛度核算，起升鋼絲繩卷筒的容繩量、大車驅(qū)動(dòng)力及夾輪器夾緊力進(jìn)行核算校驗(yàn)，以明確加高改造的設(shè)計(jì)方案及改造內(nèi)容。

(5)通航安全論證。根據(jù)現(xiàn)有集裝箱船的船型尺寸，進(jìn)行20萬t集裝箱船舶靠泊碼頭的合理性、可行性的論證，以確保20萬t集裝箱船的通航安全。

3.3 校核論證后確認(rèn)碼頭改造的項(xiàng)目

岸橋加高主要包括岸橋立柱加高、電梯及登機(jī)梯、機(jī)房行車、吊具電纜卷筒系統(tǒng)、動(dòng)力電纜及控制電纜系統(tǒng)。碼頭前沿停泊水域及回旋水域重新按規(guī)范要求進(jìn)行拓寬清理，防風(fēng)錨定插板底座增加植筋及改造。

4 升級(jí)改造方案的實(shí)施

4.1 岸橋加高工藝和方案

按照設(shè)備加高前的校核論證確認(rèn)的改造項(xiàng)目進(jìn)行工藝及方案設(shè)計(jì)。

4.1.1 岸橋加高的技術(shù)方案

在岸橋門框下部立柱增加8 m加高段，并增加岸橋門框下方的海陸聯(lián)系橫梁及八字斜撐，以確保加高后整機(jī)的穩(wěn)定性(見圖1)。主要改造工作有：

(1)主體鋼結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的輔助結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)加固等。

(2)相應(yīng)的電氣改造，主要包括大車系統(tǒng)的電源、控制電纜、高壓電纜卷筒系統(tǒng)。

(3)機(jī)房行車的起升系統(tǒng)改造。

(4)電梯及梯子平臺(tái)等輔助結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)改造。

(5)吊具電纜卷筒系統(tǒng)改造。

(6)岸橋提升裝置的安裝、運(yùn)行、檢測(cè)等。

1.加高立柱 2.加高聯(lián)系棟梁 3.加高桁架圖1 岸橋整機(jī)加高示意圖

4.1.2 岸橋加高前的準(zhǔn)備

將岸橋停放到指定的改造位置，錨定、拉緊系固，并在4個(gè)大平衡梁下按照大車固定工藝裝置用頂升塊頂死，車輪嵌住。進(jìn)行整機(jī)測(cè)量，包括大車軌距、角尺、大梁對(duì)中等，并對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，以便改造后做對(duì)比參考。把吊具升到最高位置，小車停到停車位置，前大梁揚(yáng)起到60°(為保證前后壓力平衡)，綁扎固定小車、維修行車等活動(dòng)部件，電梯停到最低停層。

4.1.3 提升設(shè)備安裝

安裝提升設(shè)備采用的是鋼絞線式岸橋提升裝置，主要包括壓梁、頂升支架、加高支架、提升挑梁、4套機(jī)電液集成提升系統(tǒng)(見圖2)。額定提升能力為2 000 t，額定抬高高度為9 m。

1.提升座 2.海陸側(cè)牛腿 3.挑梁 4.托梁 5.提升支架 6.壓架圖2 鋼絞線式岸橋提升裝置

4.1.4 岸橋抬高的實(shí)施步驟

(1)焊接海陸側(cè)牛腿，安裝抬高裝置，岸橋局部固定并加強(qiáng)，裝配液壓設(shè)備及控制系統(tǒng)。

(2)調(diào)試提升系統(tǒng)，連接提升設(shè)備的機(jī)、電、液控制系統(tǒng)，在通電前進(jìn)行必要的檢查；測(cè)試4個(gè)角的液壓系統(tǒng)是否正常工作、4個(gè)分支機(jī)構(gòu)的同步性；進(jìn)行空載模擬提升測(cè)試，確認(rèn)試驗(yàn)的平穩(wěn)性、連續(xù)性；分別對(duì)鋼絞線進(jìn)行微調(diào)。

(3)將系統(tǒng)調(diào)試到待加高位置，焊接上立柱止動(dòng)塊。

(4)抬升岸橋并加裝8 m加高段。抬升岸橋到高度約8.5 m，調(diào)整水平后鎖定；加高段吊升到要求位置，并安裝到位；逐步放下岸橋上部結(jié)構(gòu)，調(diào)整箱體各面板的對(duì)筋，符合要求后，抬升裝置逐步釋放岸橋，使加高段法蘭與原立柱各主板更好的接觸，并在抬升系統(tǒng)保障下完成4個(gè)加高段的主焊縫焊接工作。

(5)完成新聯(lián)系梁的安裝工作，采用2臺(tái)汽車吊同步吊起新聯(lián)系梁結(jié)構(gòu)，通過卡板的導(dǎo)向，調(diào)整立柱和新聯(lián)系梁箱體4面的翼板和腹板的對(duì)中偏移情況，在符合要求后，進(jìn)行對(duì)接焊的施工。安裝前需要復(fù)測(cè)軌距，超過標(biāo)準(zhǔn)需要調(diào)整。

(6)完成加高的全部后續(xù)工作并按試車大綱進(jìn)行調(diào)試與驗(yàn)收。

4.2 水域拓寬浚深清理

嵩嶼一期(含二期)碼頭于2014年6月進(jìn)行前沿拓寬浚深工程，于2015年9月完工驗(yàn)收。拓寬浚深后，碼頭前沿停泊水域?qū)?23 m、設(shè)計(jì)底高程-17.0 m，前沿回旋水域(與嵩嶼二期共用)長(zhǎng)軸2 040 m、短軸675 m、設(shè)計(jì)底高程-15.5 m。根據(jù)修訂后減載靠泊20萬t級(jí)集裝箱船合理性、可行性的規(guī)范要求，本水域的通航尺度滿足要求。

4.3 錨定插板座改造

(1)拆除原有的混凝土及截?cái)嘞鄳?yīng)的鋼筋焊接。沿現(xiàn)有錨碇座的長(zhǎng)度方向向兩側(cè)分別拆除610 mm長(zhǎng)的混凝土，沿寬度方向向軌道外側(cè)拆除150 mm長(zhǎng)的混凝土，并拆除現(xiàn)有錨碇座內(nèi)的定位鋼板。分別在長(zhǎng)度方向和寬度方向距離拆除邊界170 mm和70 mm處截?cái)嘞鄳?yīng)的鋼筋，長(zhǎng)度方向截?cái)嗟匿摻铐氃诮財(cái)嗵幒附拥戎睆紿RB400鋼筋。

(2)植筋膠固化及植筋檢測(cè)。原有每個(gè)錨碇座增加同類型M42螺栓6根，每側(cè)各增加3根，螺栓縱向間距260 mm，采用直筋法埋設(shè)。螺栓植入深度1 150 mm，采用等級(jí)為A級(jí)耐中溫膠的改性環(huán)氧樹脂，植筋鉆孔直徑不小于48 mm。待植筋膠完全固化后，在每套錨定新增的植筋螺栓中隨機(jī)選取4根進(jìn)行荷載檢測(cè)，檢測(cè)的結(jié)果評(píng)定應(yīng)滿足相應(yīng)規(guī)范要求，并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度值。

(3)錨定插板座安裝及坑外區(qū)域恢復(fù)。根據(jù)每個(gè)錨定坑內(nèi)的螺栓位置，現(xiàn)場(chǎng)開孔并更換坑內(nèi)預(yù)埋鋼板，預(yù)埋鋼板與底部混凝土通過聚合物水泥砂漿緊密粘接，待水泥砂漿固化后按照擴(kuò)寬后的錨定坑平面尺寸立模澆筑C45細(xì)石混凝土填補(bǔ)坑外區(qū)域，并預(yù)埋護(hù)邊角鋼。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)每個(gè)錨定坑內(nèi)螺栓位置，對(duì)更換后的上部錨碇結(jié)構(gòu)底部鋼板按現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的尺寸進(jìn)行單獨(dú)配對(duì)開孔，通過螺栓螺母進(jìn)行安裝連接。

5 升級(jí)改造的效果

岸橋起升高度加高8 m后，嵩嶼碼頭的岸橋起升高度達(dá)到50 m。在加高時(shí)選用海陸聯(lián)系梁的改造設(shè)計(jì)方案，很好地解決了設(shè)備加高后整機(jī)的穩(wěn)定性，且高壓電纜卷筒系統(tǒng)可以不用升高，使得岸橋司機(jī)的操作舒適性和高壓電纜的使用壽命得到有效保障。

2016～2019年嵩嶼港區(qū)一期工程1#～3#泊位先后減載靠泊20萬t級(jí)集裝箱船共267艘次，涵蓋現(xiàn)有20萬t級(jí)集裝箱班船55艘?？坎瘁詭Z港區(qū)一期工程1#～3#泊位的20萬t級(jí)集裝箱船載重最大22.5萬t，分別是地中海的伊莎貝拉號(hào)、米婭號(hào)、海內(nèi)拉號(hào)。

6 結(jié)語

嵩嶼碼頭在不影響生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的前提下，經(jīng)過前后5年多的改造工作，已經(jīng)完成碼頭前沿停泊水域及回旋水域的拓寬浚深清理、7臺(tái)岸橋的加高、全部16套防風(fēng)錨定插板底座增加植筋及改造，具備常態(tài)化靠泊作業(yè)超大型船舶(目前最大的2.3萬TEU集裝箱船)的能力，為增強(qiáng)廈門港的行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力提供了有力的保障，在技術(shù)性、安全性及經(jīng)濟(jì)效益方面，都具有較大的借鑒推廣價(jià)值。