張 亮 劉 敬 梁 浩

1 中交第四航務(wù)勘察設(shè)計(jì)院有限公司 2 中國(guó)港灣工程有限責(zé)任公司

1 引言

國(guó)內(nèi)某漁業(yè)公司，計(jì)劃在海外建設(shè)一個(gè)遠(yuǎn)洋漁業(yè)基地，為本公司及其他在該區(qū)域作業(yè)的漁船提供漁船修理服務(wù)，以解決當(dāng)?shù)匦薮O(shè)施缺乏、漁船回國(guó)修理燃油成本及時(shí)間成本過(guò)大的問(wèn)題。該項(xiàng)目擬建設(shè)4個(gè)修船船臺(tái)(遠(yuǎn)期另外預(yù)留4個(gè))、漁船上墩下水設(shè)施、生產(chǎn)設(shè)施及其他配套設(shè)施。漁船水上修理借用旁邊的多用途泊位，不再新建修船泊位。代表船型主尺度見(jiàn)表1。

表1 代表船型主尺度表

修造船廠船舶上墩下水方式一般可分為滑道、船塢和升船機(jī)3種大類,漁船上墩下水最常采用滑道方式。結(jié)合本工程修理船型的特點(diǎn)及修船船臺(tái)的數(shù)量需求，設(shè)計(jì)了2種工藝方案，即縱向兩支點(diǎn)滑道-液壓船臺(tái)小車橫移方案和縱向船排滑道-變坡橫移方案，并進(jìn)行對(duì)比分析，以選取最為經(jīng)濟(jì)合理的方案，可為類似項(xiàng)目提供借鑒。

2 縱向兩支點(diǎn)滑道-液壓船臺(tái)小車橫移方案

縱向兩支點(diǎn)滑道的特點(diǎn)有：①船舶上墩下水時(shí)采用兩臺(tái)承船小車支承；②通過(guò)鋼絲繩牽引承船小車，船舶可直接從滑道傾斜段駛?cè)胨蕉?，操作?jiǎn)單。

2.1 滑道設(shè)計(jì)

兩支點(diǎn)滑道傾斜段可以是直線型或折線型。采用折線型滑道，一方面通過(guò)增大靠近末端段的坡度降低滑道末端的標(biāo)高，減少滑道長(zhǎng)度；另一方面傾斜段到水平段的過(guò)渡分多次進(jìn)行，靠近水平段時(shí)的坡度小，使船舶從傾斜段往水平段的過(guò)渡更為平順，減小船舶在此過(guò)程中承受的彎矩，避免因承受彎矩過(guò)大而損壞船體。

2.1.1 滑道高程設(shè)計(jì)

折線滑道高程計(jì)算時(shí)，可先假定一個(gè)平均坡比i=1∶10?；滥┒怂畎聪率竭M(jìn)行計(jì)算[1]：

H=Tf2+a+h2+ht2+l×i

(1)

式中，Tf2為船舶在前節(jié)承船小車處吃水的數(shù)值，取4.6 m；a為裕度，取0.4 m；h2為前節(jié)承船小車上的曲線邊墩高度，根據(jù)船體線型確定，取0.6 m；ht2為承船小車及其墊木高度，取1.2 m；l為兩臺(tái)兩支點(diǎn)小車之間的間距，取0.4倍船長(zhǎng)，32 m。

計(jì)算得：H=10 m。

滑道上下水設(shè)計(jì)水位按100%保證率，乘潮4 h(不規(guī)則半日潮)取D=2.0 m，滑道末端標(biāo)高=D-H=-8.0 m。

根據(jù)現(xiàn)有陸域條件，滑道頂標(biāo)高取3.6 m。

2.1.2 滑道坡度確定

兩支點(diǎn)折線滑道各折點(diǎn)在同一理論圓弧上[2]，見(jiàn)圖1：

圖1 兩支點(diǎn)折線縱向滑道理論圓弧

R2=(R-Δh)2+L2

(2)

式中，R為理論圓弧半徑；Δh為滑道末端與場(chǎng)地高程之間的高度差；L為折線滑道折線段水平投影長(zhǎng)度。計(jì)算得：理論圓弧半徑R=585.8 m。

設(shè)定各折線段長(zhǎng)度相等(AB=BC=CD=DE)，計(jì)算可得：B點(diǎn)高程hB=-2.934 m；C點(diǎn)高程hC=0.693 m；D點(diǎn)高程hD=2.873 m；E點(diǎn)高程hE=3.6m。每段滑道長(zhǎng)度為29.2 m，總長(zhǎng)為116.8 m。

AB段坡比為：iAB=1∶5.674；BC段坡比為：iBC=1∶7.986；CD段坡比為：iCD=1∶13.352；DE段坡比為：iDE=1∶40.139。

2.1.3 滑道軌距

最大設(shè)計(jì)船型自重1 000 t，由于兩臺(tái)小車受力分布不均衡，單臺(tái)承船小車最大承重超過(guò)700 t。承船小車如果采用常規(guī)的隨船架，共8輪(4輪/軌)，則最大輪壓接近900 kN，其設(shè)計(jì)建造難度會(huì)加大，會(huì)明顯增加設(shè)備費(fèi)用及滑道基礎(chǔ)費(fèi)用。因此本工程滑道采用4條軌道的形式，每相鄰兩條軌道之間間距為2.4 m，可以有效降低承船小車的輪壓至530 kN，還能增加船舶在上墩下水過(guò)程中的穩(wěn)定性。

2.2 上墩下水過(guò)程

船舶上墩時(shí)可分為以下3個(gè)過(guò)程。

(1)通過(guò)滑道兩側(cè)的絞盤拉拽定位，船艏與第一部承船小車接觸，承船小車在滑道頂端端部絞車的拉拽下向上移動(dòng)，船舶也隨之逐漸離開(kāi)水面，見(jiàn)圖2a。

(2)隨著第一部小車的移動(dòng)，連接第一部和第二部承船小車的鋼絲繩逐漸展開(kāi)，第一部小車將第二部小車?yán)е梁线m位置后，船艉與第二部小車接觸，兩部小車一起載著船舶逐漸脫離水面，見(jiàn)圖2b。

(3)船舶完全脫離水面并逐漸移動(dòng)至水平狀態(tài)，準(zhǔn)備進(jìn)行橫移，見(jiàn)圖2c。

圖2 滑道上墩過(guò)程

船舶下水過(guò)程與上墩過(guò)程類似，只是操作順序相反。

由上述過(guò)程可以發(fā)現(xiàn)，各狀態(tài)下船舶承受的浮力不同，故各段滑道承受的承船小車輪壓也有所不同。可通過(guò)進(jìn)一步研究上述過(guò)程中船舶受力狀態(tài)，分析出各段滑道承受的最大壓力，避免按照整個(gè)過(guò)程中出現(xiàn)的最大壓力統(tǒng)一設(shè)計(jì)，從而降低滑道投資。

2.3 橫移方案設(shè)計(jì)

船舶橫移通過(guò)液壓船臺(tái)小車實(shí)現(xiàn)，液壓船臺(tái)小車軌距取1.8 m，共16輪，最大輪壓300 kN。橫移液壓船臺(tái)小車和承船小車均可通過(guò)液壓裝置調(diào)整高度。船舶隨著承船小車移動(dòng)至指定位置后，橫移小車通過(guò)橫移軌道移動(dòng)至船舶下方(此時(shí)橫移小車高度低于承船小車)，承船小車通過(guò)液壓裝置降低高度，將船舶重量轉(zhuǎn)移至橫移小車上，橫移小車載著船舶至修船臺(tái)上。隨后橫移小車通過(guò)液壓裝置降低高度，船舶就落在預(yù)先設(shè)置好的支墩上，橫移小車從船舶底部撤出，可以進(jìn)行下一艘船舶的橫移操作[4]。

橫移軌道及修船臺(tái)布置見(jiàn)圖3。

圖3 橫移軌道及修船臺(tái)平面布置

3 縱向船排滑道變坡橫移方案

縱向船排滑道是通過(guò)多臺(tái)船臺(tái)小車組合形成一個(gè)頂部與滑道軌道平行的傾斜平面，船舶落在該平面上，在鋼絲繩的拉拽下眾多小車載著船舶沿著滑道移動(dòng)。變坡橫移設(shè)施由橫移車和橫移坑組成，橫移坑內(nèi)設(shè)置有多組主軌和副軌，通過(guò)軌道與橫移車車輪的配合，可以實(shí)現(xiàn)橫移車架面從水平到傾斜的轉(zhuǎn)換。

3.1 船排滑道設(shè)計(jì)

船排滑道坡比取1∶15，則可計(jì)算出滑道末端水深D=10.73 m，船舶上墩下水水位仍取2.0 m，則滑道末端標(biāo)高為-8.73 m?；篱L(zhǎng)度約為185 m。

滑道軌距取5 m，船排小車的最大輪壓約350 kN。

3.2 橫移設(shè)施

橫移區(qū)尺寸為61 m×68 m，共設(shè)置11條軌道，相鄰軌道之間間距6.6 m。橫移區(qū)端部設(shè)置變坡副軌，副軌與主軌間距為0.8 m。

橫移車載重量1 000 t，長(zhǎng)寬高分別為66 m、6 m、1.7 m。架面軌距與船排滑道及船臺(tái)區(qū)軌距均一致，均取5 m。

為了使橫移車架面在傾斜和水平狀態(tài)之間變換并到達(dá)要求的坡度，橫移變坡段各組主軌輔軌的坡度和高程，必須根據(jù)縱向滑道坡度、變坡橫移段的長(zhǎng)度、各組高低軌距中心軌的水平距離大小等基本要素來(lái)確定[3]。橫移區(qū)及平面布置見(jiàn)圖4。

圖4 橫移區(qū)及修船臺(tái)平面布置

3.3 上墩下水過(guò)程

在船舶上墩過(guò)程中，先將變坡橫移架移動(dòng)至縱向滑道末端，此時(shí)變坡橫移架與縱向滑道坡度一致，橫移架架面軌道能與滑道軌道無(wú)縫對(duì)接。然后在絞車?yán)?，船排小車載著船舶沿著滑道上行，直至駛?cè)胱兤聶M移架架面上，由變坡橫移架載著船排小車及船舶橫移至預(yù)定的修船船臺(tái)。在移動(dòng)過(guò)程中變坡橫移架頂面也由傾斜調(diào)整至水平，最后在橫移絞車?yán)?，船排小車載著船舶脫離橫移車進(jìn)入修船船臺(tái)。反之，則為船舶下水過(guò)程。

4 方案對(duì)比分析

從以下幾個(gè)方面對(duì)縱向兩支點(diǎn)滑道液壓船臺(tái)小車橫移方案(以下簡(jiǎn)稱“方案一”)和縱向船排滑道變坡橫移方案(以下簡(jiǎn)稱“方案二”)進(jìn)行對(duì)比分析。

4.1 工程投資

兩方案工程投資僅比較滑道、橫移及修船區(qū)的土建設(shè)施投資及設(shè)備投資，其他生產(chǎn)設(shè)施及輔助設(shè)施基本相同，投資差異可忽略不計(jì)。

(1)滑道基礎(chǔ)：雖然方案一的滑道長(zhǎng)度比方案二短68 m，但是方案一的滑道有4條軌道，最大輪壓達(dá)530 kN，預(yù)計(jì)投資達(dá)350萬(wàn)美元；而方案二的滑道只有2條軌道，最大輪壓只有350 kN，投資為200萬(wàn)美元。

(2)橫移區(qū)及修船臺(tái)區(qū)土建設(shè)施：兩方案主要區(qū)別是方案二比方案一增加了約4 000 m2的橫移區(qū)，方案一約400萬(wàn)美元，方案二約580萬(wàn)美元。

(3)設(shè)備成本：方案一主要設(shè)備有承船小車、自行式液壓船臺(tái)小車、主拉絞車、倒拉絞車等，設(shè)備投資約為100萬(wàn)美元；方案二主要設(shè)備有船排小車、橫移車、滑道主拉絞車及倒拉絞車、橫移絞車、船臺(tái)絞車等，設(shè)備投資約為210萬(wàn)美元。

經(jīng)對(duì)比，方案一比方案二節(jié)省約140萬(wàn)美元(未計(jì)用地成本)。

4.2 使用功能

方案一在船舶上墩下水過(guò)程中，船舶承受彎矩較大，必須結(jié)合船舶的強(qiáng)度及重量分布，合理布置兩承船小車的支撐位置，并對(duì)船舶的強(qiáng)度進(jìn)行復(fù)核，對(duì)操作人員要求較高，操作不當(dāng)易發(fā)生意外；方案二船舶在整個(gè)船長(zhǎng)方向均有支撐，船舶不會(huì)承受大的彎矩，操作安全可靠。

方案一修船船臺(tái)左右并列布置，外側(cè)修船臺(tái)上的船舶需等待靠近滑道一側(cè)的船舶移開(kāi)之后方可進(jìn)入滑道，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，常發(fā)生船舶在修船臺(tái)上等待或需要移動(dòng)船舶位置以避讓的情況，影響生產(chǎn)效率；方案二任意一修船臺(tái)上的船舶均可自由進(jìn)入滑道，無(wú)需其他修船臺(tái)上的船舶避讓，不會(huì)影響生產(chǎn)效率。

4.3 技術(shù)難度

方案一兩支點(diǎn)滑道一般用于自重300 t以下的小型船舶上墩下水，用于1 000 t及以上的船舶上墩下水較為少見(jiàn)。方案二縱向船排滑道變坡橫移方案較為常規(guī)，不存在技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

方案一兩支點(diǎn)滑道承船小車輪壓大，而本工程所在區(qū)域?yàn)槭杩Ｍ粱靥顓^(qū)域，地質(zhì)條件極差，水工結(jié)構(gòu)技術(shù)難度加大；方案二船排小車輪壓小，降低了水工結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度。

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)上述綜合對(duì)比分析得知：方案一主要優(yōu)點(diǎn)是工程投資較方案二低140萬(wàn)美元，且節(jié)約用地面積約4 000 m2；方案二的主要優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，安全可靠，技術(shù)難度低。兩種方案各有優(yōu)勢(shì)，不能簡(jiǎn)單認(rèn)為一種方案優(yōu)于另外一種，需結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況進(jìn)行選擇。

縱向兩支點(diǎn)滑道用于自重1 000 t船舶上墩下水雖然少見(jiàn)，但目前已實(shí)施的應(yīng)用案例反饋應(yīng)用效果良好，未發(fā)生船體變形問(wèn)題，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)總體可控。至于船臺(tái)并排布置影響生產(chǎn)效率的問(wèn)題，可以通過(guò)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的生產(chǎn)調(diào)度及遠(yuǎn)期擴(kuò)建來(lái)緩解。鑒于海外投資較大的不確定性，本工程結(jié)合業(yè)主的風(fēng)險(xiǎn)承受能力，選用投資省、占用面積少的縱向兩支點(diǎn)滑道液壓船臺(tái)小車方案。