◎ 楊鵬 武漢四達(dá)工程建設(shè)咨詢監(jiān)理有限公司

蔡本林 武漢中澳工程項(xiàng)目管理有限責(zé)任公司

楊偉超 青島裕和建設(shè)有限公司

伴隨著水運(yùn)工程的蓬勃發(fā)展，沿海區(qū)域誕生了一批按不同用途制造的專用船舶，通用性差，只能專船專用。隨著內(nèi)河航道的發(fā)展需要，該類專用船舶需要運(yùn)輸至內(nèi)河航道甚至山區(qū)河流中參與工程建設(shè)。但目前江河、湖泊、沿海等水域的工程船舶的運(yùn)輸渡送，主要是采用不同功能的整體式船舶，如運(yùn)輸船、客輪、拖輪、輪渡和工程浮吊船等。由于其體積和重量的原因，很難從山區(qū)河流不通航水域轉(zhuǎn)入另一水域，特別是難以進(jìn)入的淺水河流。隨著長江航道工程的不斷深入建設(shè)，國家發(fā)改委“十三五”計(jì)劃將長江上游山區(qū)河流進(jìn)行整治提升航道等級(jí)，為西南經(jīng)濟(jì)發(fā)展助力，公司也連續(xù)中標(biāo)岷江（龍溪口樞紐至宜賓合江門）航道整治一期工程以及大渡河枕頭壩二級(jí)水電站下游河道治理工程。

本課題將依托岷江航道項(xiàng)目部利用當(dāng)?shù)貙Ｓ脗}駁船改造成為適用山區(qū)河流拋石工藝的船舶，以及大渡河河道治理項(xiàng)目新設(shè)計(jì)制造的組合式平臺(tái)船，將山區(qū)河流施工船舶設(shè)計(jì)制造及改造模塊化、普遍化、通用化，成功解決這些特殊地段、特殊水域的特殊施工和交通運(yùn)輸難題，指導(dǎo)未來山區(qū)河流航道整治項(xiàng)目的船舶施工，助力國家山區(qū)河流航道發(fā)展。

1.工程概況

岷江（龍溪口樞紐至宜賓合江門）航道整治一期工程，上起龍溪口樞紐，下至屏山岷江大橋，河段全長約47公里。主要包括岷江干流龍溪口樞紐至屏山岷江大橋段全長47公里，13個(gè)灘險(xiǎn)整治工程（含干龍子、龍溪口、老君磧、白甲灘、橫梁子、新開河、背時(shí)灘、令牌石、大浩口（含南瓜灘）、斑竹林、霸王灘、渣口石和崗子坪等）、助導(dǎo)航標(biāo)志工程、環(huán)境保護(hù)和水土保持工程，以及全線的信息化系統(tǒng)、航行水尺、維護(hù)設(shè)備等配套工程和霸王灘灘群航道整治物理模型試驗(yàn)研究，項(xiàng)目建設(shè)全部的施工圖勘察設(shè)計(jì)、采購、施工、試運(yùn)行維護(hù)，直至項(xiàng)目竣工驗(yàn)收。

項(xiàng)目主體壩體采用塊石進(jìn)行拋筑，石料必須質(zhì)地堅(jiān)硬，大體方正，無明顯風(fēng)化現(xiàn)象，浸水后不崩解，飽和抗壓強(qiáng)度應(yīng)大于30Mpa，并具有較好級(jí)配。填心塊石重量25～75kg占10%，75～200kg占40%，大于200 kg 占50%，大塊石重量150 kg～250 kg占40%，250kg～400kg占60%，縫隙須采用較小塊石填實(shí)卡牢，如圖1所示。

圖1 典型壩體斷面圖

本項(xiàng)目壩體高度約2m，施工期間恰逢枯水期，受上游降雨及水電站影響，施工水域平均水深約2m。

大渡河枕頭壩二級(jí)水電站壩址位于樂山市金口河區(qū)枕頭壩公司營地上游300m，距離上游已建成的枕頭壩一級(jí)水電站4.1km，左岸有G245國道通過，距離樂山市130km，成都市256km。

本工程擬疏浚長度約2.6km，疏浚開挖量約167 萬方，平均水深4-6m，平均開挖深度約為4m，河道疏浚開挖料以砂卵礫石為主，含漂石、大孤石。

金口河區(qū)沿途道路依河而建，道路崎嶇，大部分道路位于半山腰，古有蜀道難難于上青天之說，且大渡河不通航，對(duì)大型疏浚船舶設(shè)備進(jìn)場影響甚大。本課題依托大渡河項(xiàng)目提出組合式平臺(tái)船在山區(qū)河流疏浚開挖中的應(yīng)用，來引導(dǎo)新船的制造。

圖2 大渡河疏浚施工平面圖

圖3 工程船主視圖

圖4 工程船俯視圖

2.組合式平臺(tái)船疏浚工藝

2.1 船舶設(shè)計(jì)

由于受船舶運(yùn)輸限制，節(jié)點(diǎn)工期在即，陸域無法直接開挖，本次設(shè)計(jì)中考慮采用組合工程船進(jìn)行疏浚施工。

組合式工程船為鋼質(zhì)焊接船，船類為工程船，作業(yè)于山區(qū)河流航道，作為水下挖掘、河道疏浚施工作業(yè)工程。

2.1.1 主要尺度及參數(shù)

總長：19.80m

型深：1.80m

型寬：10.8m（組合式）

設(shè)計(jì)吃水：1.20m

船舶類型:Ⅲ類工程船

作業(yè)水域:B 級(jí)航區(qū)

挖掘深度：10.0m

船員人數(shù)：2 人

2.1.2 結(jié)構(gòu)

本船由 3 個(gè)箱式片體組合形式。全船總體為單底甲板船，縱骨架式。全船肋距 0.5m；每間隔 1.5m 設(shè)置實(shí)肋板、強(qiáng)橫梁和強(qiáng)肋骨，并構(gòu)成船體強(qiáng)框架。

每個(gè)片體在 3、9、24、36 號(hào)肋位處設(shè)置橫向水密艙壁，船中有縱向桁架，將全船分割為 15 個(gè)水密艙。

結(jié)構(gòu)計(jì)算依《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》（2016），按單底甲板船及工程船有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。

2.1.3 總體布置

船體在 3、9、24、36 號(hào)肋位處設(shè)置橫向水密艙壁，船中有縱向桁架，全船 15 個(gè)水密艙。每個(gè)密封艙在主甲板上開水密人孔。中間片體 14-23#艙內(nèi)設(shè)有燃油艙、污油柜、污水柜，0-3、3-19#為壓載水艙，其他艙為空艙。

每個(gè)艙設(shè)通氣管一個(gè)，高度大于 200mm。

主浮箱尾部 9#中間、邊浮箱 24#肋位左右舷各安裝布置 1 根定位樁和液壓升降裝置。船首 8m 范圍是挖機(jī)活動(dòng)區(qū)域。

圖5 平臺(tái)船運(yùn)輸圖（1）

圖6 平臺(tái)船運(yùn)輸圖（2）

圖7 平整場地

圖8 船舶拼裝

由于該船需要流動(dòng)作業(yè)施工，在中部放置集裝箱貨柜 1 個(gè)，里面分別放置工具、消防救生設(shè)施、信號(hào)設(shè)施等。

集裝箱貨柜頂面布置船名牌、桅桿、信號(hào)設(shè)施。

2.1.4 干舷及穩(wěn)性

經(jīng)計(jì)算本船最小干舷 469.4mm。實(shí)取 700mm。

穩(wěn)性經(jīng)估算滿足《內(nèi)河小型船舶檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》（2016）有關(guān)要求，穩(wěn)性干舷經(jīng)合理調(diào)整浮態(tài)后滿足 700mm。

結(jié)構(gòu)計(jì)算吃水 1100mm。

2.1.5 消防設(shè)備

根據(jù)《內(nèi)河小型船舶檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》2016，§7.3.2，本船配置5kg 干粉滅火器 2 只；消防水桶 2 只；沙箱 1 只（0.03m^3）；太平斧1 把。

2.1.6 救生設(shè)施船體設(shè)計(jì)說明

根據(jù)《內(nèi)河小型船舶檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》2016，§9.4.1 本船救生配備救生衣 2 件，救生圈 2 個(gè)。

2.1.7 錨泊及系泊設(shè)備

根據(jù)《內(nèi)河小型船舶檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》2016，考慮到本船實(shí)際作業(yè)時(shí)具體條件，§9.3.3.8，本船用定位樁（相當(dāng)于插杠）代替錨設(shè)備。

系纜：φ9mm＊50m 鋼纜 2 根。

全船設(shè) 4 個(gè)帶纜樁。纜樁選φ108＊10 鋼管制作。

圖9 工程船實(shí)物圖

2.1.8 信號(hào)

根據(jù)《內(nèi)河小型船舶檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》2016，§9.7.2.1 要求配置：

紅白旗各 1 面(尺寸不小于 0.4m ＊0.6m)；黑色球體號(hào)型 1 只；手電筒1 只。

2.1.9 環(huán)保

本船不設(shè)機(jī)電設(shè)備，工程機(jī)械的維修保養(yǎng)一律上岸。

本船不設(shè)船員生活設(shè)施，有岸上解決。

配置 3 個(gè)垃圾桶，將產(chǎn)生的垃圾打包交岸上專業(yè)回收處理機(jī)構(gòu)。

2.1.10 輪機(jī)、電氣

本船不設(shè)動(dòng)力裝置，非自航。定位樁升降動(dòng)力有隨船工程機(jī)械液壓站提供。

2.2 方案比選

在山區(qū)河流疏浚過程中普遍采用的方案有先改移河道，然后再筑鋼板樁圍堰，從而進(jìn)行干施工，本課題中改移河道以及施打鋼板樁，將會(huì)大大增加了施工成本以及材料成本，對(duì)環(huán)境影響也很大。

或?qū)⒋笮痛扒懈顬樾K，分塊運(yùn)輸，到達(dá)施工現(xiàn)場后，在進(jìn)行焊接，該方法對(duì)船舶使用壽命及安全性影響較大，大型船舶切割、運(yùn)輸、組裝、驗(yàn)收會(huì)耗費(fèi)很多時(shí)間，大渡河每年6至10月為汛期，汛期不進(jìn)行施工，船舶駛離河道。

本工程中疏浚工程量為167 萬方，且河道最寬處160m，單純考慮陸上開挖是無法滿足施工要求，項(xiàng)目部多次拜訪當(dāng)?shù)卮肮?，以及現(xiàn)場踏勘后，決定設(shè)計(jì)制造一種可以滿足當(dāng)?shù)剡\(yùn)輸條件以及靈活拆卸，易于組裝的船舶。

組合式工程船的出現(xiàn)有效解決了由于船舶體積大，無法直接在山區(qū)道路上運(yùn)輸?shù)碾y題以及組裝拆卸簡單，能快速應(yīng)變大渡河水環(huán)境，汛期駛離，枯水期下水施工。

2.3 施工方案

2.3.1 船舶加工

本合同段施工中組合式工程船由宜賓市順?biāo)凹夹g(shù)服務(wù)有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)加工，船舶加工完成后，使用加長平板車運(yùn)輸至施工現(xiàn)場組裝。

2.3.2 船舶運(yùn)輸

平臺(tái)船運(yùn)輸考慮分塊運(yùn)輸，每一塊為19.8＊3.6＊1.8m，到達(dá)現(xiàn)場后再進(jìn)行現(xiàn)場拼接，平臺(tái)船設(shè)計(jì)時(shí)考慮到當(dāng)?shù)剡\(yùn)輸條件有限，在不影響結(jié)構(gòu)的前提下，分塊設(shè)計(jì)，使用高強(qiáng)螺栓鏈接，平臺(tái)船運(yùn)輸使用加長平板車，夜間錯(cuò)峰運(yùn)輸至現(xiàn)場。

2.3.3 船舶組裝

大渡河流域金口河區(qū)域由于上游水電站影響，水流量忽高忽低，最大水流量2800m/s時(shí)流速達(dá)到3.5m/s，若平臺(tái)組裝在水中進(jìn)行時(shí)，水流速太大，無法準(zhǔn)確安裝螺栓，故平臺(tái)組裝考慮陸地組裝，漲水自浮后拖至疏浚區(qū)域。組裝平臺(tái)船前，在低水位情況下，平整出平臺(tái)組裝場地如圖7。

船舶加工過程中在兩岸分別埋設(shè)2根地錨，使用250t汽車吊將工程船左邊浮箱吊至水中，使用纜繩將邊浮箱固定，然后依次下吊主浮箱，右邊浮箱，使用高強(qiáng)螺栓將浮箱連接起來，將纜繩重新系在邊浮箱系纜位置，安裝錨樁等相應(yīng)附屬設(shè)備，工程船組裝完成后將工程船移至岸邊，挖掘機(jī)移動(dòng)至工程船指定位置，加入壓艙水，待水位上漲后，船舶漂浮起來，將平臺(tái)船拖至指定位置。

2.3.4 船舶施工

在正常施工下，平臺(tái)船使用3根定位樁進(jìn)行固定，大渡河極限水流3.5m/s情況下可以正常施工，在船舶移位情況下，使用2根28鋼絲繩制作的八字纜進(jìn)行固定，經(jīng)過受力計(jì)算，滿足現(xiàn)場需求。

以樞紐區(qū)域右幅開挖最大寬度60m計(jì)，水上開挖最大寬度30m。水上開挖使用施工工程船配備SY550H18m長臂挖機(jī)逆流開挖，沿河道方向分條式縱向開挖，分五條基槽（5m+10m+5m+5m+5m)進(jìn)行開挖施工。

本項(xiàng)目疏浚施工為167萬方，其中水上工程船施工方量約為55萬方，施工工期為21個(gè)月，擬投入設(shè)備2艘組合式工程船施工。

2.4 船舶設(shè)計(jì)驗(yàn)算

100%燃料備品正常作業(yè)（表1）；

表1 100%燃料備品正常作業(yè)

100%燃料備品正常作業(yè)下計(jì)入自由液面影響的初穩(wěn)高度為5.23m，根據(jù)《內(nèi)河船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》（2019），要求初穩(wěn)性高度應(yīng)不小于0.2m。此工況下計(jì)算得初穩(wěn)性高為5.23m>0.2m，符合規(guī)范要求。

100%燃料遷移狀態(tài)（表2）；

表2 100%燃料遷移狀態(tài)

100%燃料備品遷移狀態(tài)下計(jì)入自由液面影響的初穩(wěn)高度為15.667m，根據(jù)《內(nèi)河船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》（2019），要求初穩(wěn)性高度應(yīng)不小于0.2m。此工況下計(jì)算得初穩(wěn)性高為15.667m>0.2m，符合規(guī)范要求。

2.5 組合式平臺(tái)船關(guān)鍵技術(shù)

組合式平臺(tái)船的設(shè)計(jì)施工有效的解決山區(qū)河流疏浚大型專用船舶無法進(jìn)入施工現(xiàn)場，也為未來一船多用提供一定的思路，船舶設(shè)計(jì)時(shí)可以按固定模塊設(shè)計(jì)制造，使用時(shí)按照所需功能進(jìn)行組裝，將大型專業(yè)化船機(jī)設(shè)備通過模塊設(shè)計(jì)拼裝，實(shí)現(xiàn)普遍化、通用化。

2.6 工藝實(shí)施效果

組合式工程船在大渡河枕頭壩二級(jí)水電站下游河道治理工程項(xiàng)目實(shí)施中，極大限度的降低了由于船舶運(yùn)輸所浪費(fèi)的時(shí)間和成本，使該工程的疏浚施工工期壓力得到了很大的改善，大大解決了山區(qū)河流疏浚施工過程中由于不通航且道路崎嶇，大型設(shè)備無法直接通行等問題。在山區(qū)河流疏浚施工中積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，可以在今后山區(qū)河流施工中借鑒和應(yīng)用。

3.倉駁船改造拋石工藝

根據(jù)水深和基床特點(diǎn)，結(jié)合施工工效和施工精度要求，原計(jì)劃采用定位方駁上配備反鏟挖掘機(jī)的方式進(jìn)行拋石，將挖掘機(jī)固定于平板駁上，平板駁定位完成后倉駁船將石料運(yùn)輸至平板駁附近，固定于平板駁周圍，挖掘機(jī)進(jìn)行拋填，拋填完成后，運(yùn)輸船駛離，平板駁等待下一倉駁船靠船拋石。施工過程中，實(shí)時(shí)記錄現(xiàn)場施工部位流速、水深情況以及各拋區(qū)拋投量；并根據(jù)拋后測量標(biāo)高復(fù)核高出的拋石位置及超高量，適當(dāng)調(diào)整拋石的提前量。挖機(jī)反鏟拋石完成后進(jìn)行頂面找平和補(bǔ)拋施工，如圖10所示。

圖10 原方案拋石示意圖

3.1 存在問題

根據(jù)原方案采用平板駁進(jìn)行定位，但在岷江山區(qū)河流水系受水流流速較大且水深較小，當(dāng)?shù)責(zé)o平板駁及自航平板運(yùn)輸駁，無法按照原方案進(jìn)行實(shí)施，經(jīng)過對(duì)當(dāng)?shù)厮祬^(qū)域進(jìn)行考察，確定當(dāng)?shù)厮祬^(qū)域主要以吃水較小的運(yùn)輸倉駁為主，如圖11所示。

圖11 當(dāng)?shù)貍}駁圖

針對(duì)上述倉駁調(diào)查分析，倉駁載重大約300噸，艙深為2m以上，而采用此類倉駁可進(jìn)行石料運(yùn)輸，但在卸載完成石料后，挖掘機(jī)無法從艙內(nèi)直接爬出，且在拋填過程中駕駛員視覺受限制無法準(zhǔn)確拋填，極大影響施工效率與質(zhì)量，因此亟需對(duì)倉駁進(jìn)行改裝，以便拋石設(shè)備的上下及拋填施工。

3.2 解決方案

針對(duì)上述問題，項(xiàng)目部根據(jù)多年在長江水系及沿海港口施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)倉駁采用設(shè)置挖掘機(jī)作業(yè)平臺(tái)的方案，在倉駁中間位置根據(jù)挖掘機(jī)履帶寬度加設(shè)挖掘機(jī)平臺(tái)，提升挖掘機(jī)的作業(yè)高度及通道，便于挖掘機(jī)上下及拋填。

平臺(tái)采用[15槽鋼及8mm鋼板加工而成，采用中間4倒豎向槽鋼及2道斜向槽鋼，并在平臺(tái)頂面焊接抗滑槽鋼，如圖12平臺(tái)加工圖所示及圖13挖掘機(jī)平臺(tái)站位圖。

圖12 倉駁平臺(tái)加工圖

圖13 倉駁平臺(tái)站位圖

圖14 倉駁平臺(tái)拋石圖

3.3 驗(yàn)證計(jì)算

選擇典型運(yùn)輸船舶進(jìn)行計(jì)算，主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表3。

表3 典型運(yùn)輸船主要參數(shù)

挖掘機(jī)站位為運(yùn)輸船的橫向船中進(jìn)行石料拋投。挖掘機(jī)型號(hào)為日立300，總重量30T，臂長6.5米，旋轉(zhuǎn)半徑4米，底座鏈條外寬2.8米，長3米。

本計(jì)算書計(jì)算挖掘機(jī)縱向運(yùn)動(dòng)至重心距離定位船左舷1m時(shí)，定位船的浮態(tài)及穩(wěn)性。

計(jì)算結(jié)果如表4。

表4 平臺(tái)穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表

根據(jù)《內(nèi)河船舶法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》（2019），要求初穩(wěn)性高度應(yīng)不小于0.2 m。此工況下計(jì)算得初穩(wěn)性高為6.425m>0.2 m，符合規(guī)范要求。

3.4 現(xiàn)場實(shí)施

按照上述方案實(shí)施后，倉駁拋石效率較直接在倉駁內(nèi)效率提升50%，同時(shí)挖掘機(jī)可自由上下相鄰倉駁，安全性能大幅提升，駕駛員視野寬闊，限制度降低，為岷江山區(qū)河流航道壩體建設(shè)提供有利的設(shè)備保障，如圖3-5倉駁平臺(tái)拋石圖。

3.5 倉駁船改造工藝創(chuàng)新點(diǎn)

項(xiàng)目利用當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有倉駁船改造升級(jí)拋石施工，因地制宜，利用現(xiàn)有船機(jī)設(shè)備通過設(shè)計(jì)改造，運(yùn)用與航道施工過程中，減少了專用船舶的調(diào)遣，將山區(qū)河流施工船舶作業(yè)普遍化，指導(dǎo)未來山區(qū)河流航道整治項(xiàng)目的實(shí)施，減少不必要的專用船機(jī)設(shè)備的投入以及調(diào)遣運(yùn)輸，助力國家山區(qū)河流航道發(fā)展。

4.工藝實(shí)施效果

4.1 經(jīng)濟(jì)效果

組合式平臺(tái)船的設(shè)計(jì)施工，大大降低了運(yùn)輸成本的投入，同時(shí)也減少專用船舶的投入，使用高強(qiáng)螺栓連接，減少切割焊接施工，安全性能有效提高，相比傳統(tǒng)挖泥船，在不通航水域轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)，需通過切割運(yùn)輸然后組裝，經(jīng)濟(jì)效益明顯提高，安全風(fēng)險(xiǎn)明顯降低。

倉駁船改造工藝在岷江航道一期施工中，倉駁拋石效率較直接在倉駁內(nèi)效率提升50%，同時(shí)挖掘機(jī)可自由上下相鄰倉駁，安全性能大幅提升，駕駛員視野寬闊，限制高度降低，為岷江山區(qū)河流航道壩體建設(shè)提供有利的設(shè)備保障，同時(shí)倉駁船改造后減少了為挖掘機(jī)提供作業(yè)平臺(tái)的平板駁，施工成本大幅降低。

4.2 社會(huì)效果

大渡河枕頭壩二級(jí)水電站下游河道治理工程策劃中，通過與船舶公司多次咨詢以及現(xiàn)場考察后設(shè)計(jì)制造了組合式平臺(tái)船，組合式平臺(tái)船的快速投入使用，贏得了業(yè)主極大的認(rèn)可，業(yè)主對(duì)項(xiàng)目部的快速反應(yīng)能力以及設(shè)備投入表示充分的認(rèn)可，同時(shí)也減小了節(jié)點(diǎn)工期壓力。

岷江航道一期工程通過改造倉駁船進(jìn)行拋石施工，讓業(yè)主看到了項(xiàng)目部在資源短缺的條件下，因地制宜，充分利用現(xiàn)有資源，通過改造升級(jí)，解決施工困境的能力，為項(xiàng)目按期完工提供強(qiáng)有力的的保障。

5.總結(jié)

結(jié)合岷江航道項(xiàng)目現(xiàn)場實(shí)施情況，倉駁改造拋石工藝將會(huì)大幅度降低山區(qū)河流航道整治專業(yè)化船機(jī)設(shè)備的需求，最大限度因地制宜將施工工藝普遍化，降低非常規(guī)船機(jī)設(shè)備的調(diào)遣周期及實(shí)施的局限性，為未來山區(qū)河流航道整治工藝選擇提供借鑒，助力山區(qū)河流航道建設(shè)，也為專用船舶的未來提供一個(gè)新思路。

結(jié)合組合式工程船在大渡河枕頭壩二級(jí)水電站下游河道治理工程項(xiàng)目疏浚的快速投入實(shí)施，使該工程的節(jié)點(diǎn)工期壓力得到了很大的改善，成本得到有效控制，成功解決了由于山區(qū)河流不通航造成船舶轉(zhuǎn)用困難等問題。該組裝工程船設(shè)計(jì)理念可以在今后山區(qū)河流疏浚施工中借鑒和應(yīng)用。在以后的船舶設(shè)計(jì)制造中可盡量減少專用大型船舶制造，將大型船機(jī)設(shè)備模塊化、通用化、普遍化。