王磊，佘玥霞，宋柏辰，高敏，毛堂瑾

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300461)

0 引言

SPMT運(yùn)輸小車中文名稱為自由式結(jié)構(gòu)物運(yùn)輸車，又稱可移動(dòng)自由式液壓平板車。主要用途運(yùn)輸大型結(jié)構(gòu)物、不規(guī)則結(jié)構(gòu)物等。其優(yōu)點(diǎn)是方便操作、功能靈活、裝卸簡單。該SPMT運(yùn)輸小車可以根據(jù)結(jié)構(gòu)物形式及重量進(jìn)行多個(gè)車體組裝或者自行組合，可運(yùn)輸結(jié)構(gòu)物重量達(dá)5 000噸以上。

文章主要介紹大型鋼結(jié)構(gòu)物在用運(yùn)輸小車滾裝裝船過程中，小車梁載荷的分析、小車梁之間的載荷分配的關(guān)鍵技術(shù)，使其提高整個(gè)過程的科學(xué)性、安全性、可靠性，使大型結(jié)構(gòu)物滾裝裝船工藝成為安全可行。

1 裝船過程及載荷分配

1.1 場地及裝船準(zhǔn)備

確認(rèn)零散桿件的固定已經(jīng)按照規(guī)定完成組裝，保證零散桿件在SPMT運(yùn)輸小車裝船過程中以及海運(yùn)時(shí)沒有構(gòu)件會(huì)散落[1-2]。在運(yùn)輸大型結(jié)構(gòu)物進(jìn)車之前要對各個(gè)運(yùn)輸抬梁下表面的水平度進(jìn)行測量，大型結(jié)構(gòu)物準(zhǔn)備裝車之前，對SPMT小車運(yùn)輸路線、SPMT小車進(jìn)車本身和大型結(jié)構(gòu)物下方區(qū)域進(jìn)行專門的檢查。檢查內(nèi)容包括：(1)檢查大型結(jié)構(gòu)物從總裝區(qū)至裝船區(qū)運(yùn)輸路線上的障礙物，包括任何可能損壞SPMT小車輪胎的尖銳物體；(2)大型結(jié)構(gòu)物下方進(jìn)車區(qū)域的障礙物；(3) SPMT小車在大型結(jié)構(gòu)物下就位位置和總裝墊墩之間是否存在可能的碰撞；(4)核實(shí)大型結(jié)構(gòu)物下方可能存在的障礙物和臨時(shí)地基的承載能力；(5)確認(rèn)大型結(jié)構(gòu)物運(yùn)輸和裝船時(shí)可能存在的問題(比如：腳手架，管線或者突出來的其他障礙物)；(6)如果需要的話，運(yùn)輸路線上需要鋪設(shè)鋼板用以承受SPMT小車的載荷?？刂坪肧PMT小車行駛區(qū)域的路面水平度，確保沒有超過要求。

1.2 SPMT小車準(zhǔn)備

SPMT小車作業(yè)所有必須的準(zhǔn)備主要包括：(1)每個(gè)SPMT小車車體部分分別進(jìn)行調(diào)試，例如：SPMT小車輪胎胎壓是否符合要求、輪胎轉(zhuǎn)向、懸掛液壓系統(tǒng)、制動(dòng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，每部分SPMT小車車體之間連接是否牢固；(2)降低SPMT小車平板水平高度，確保和運(yùn)輸抬梁下表面存在100 mm左右間隙；(3)對照運(yùn)輸抬梁上標(biāo)注的進(jìn)車位置將SPMT小車行駛至大型結(jié)構(gòu)物下面，最后檢查確保所有列的SPMT小車都在正確位置；(4)用電纜線和液壓管線將每部分SPMT小車連接，確保對大型結(jié)構(gòu)物能夠進(jìn)行液壓支撐；(5)緩慢將每部分SPMT小車平板定高，同時(shí)觀察壓力表數(shù)據(jù)、檢查接觸點(diǎn)之間的間隙，如果間隙數(shù)值超出范圍需要調(diào)平；(6)使用鏈條完成封車作業(yè)。

1.3 船舶準(zhǔn)備

根據(jù)方案及船方相關(guān)文件完成如下船舶準(zhǔn)備工作：(1)確保船舶調(diào)載能力及船舶甲板承載能力滿足大型結(jié)構(gòu)物SPMT小車裝船需求；(2)對任何和裝船干涉的船舶上的設(shè)備進(jìn)行標(biāo)記，并移動(dòng)至安全位置存儲(chǔ)，待裝船完成后恢復(fù)至原位置；(3)安裝船舶甲板面上海運(yùn)支墩，海運(yùn)支墩焊接完成后，還需要對海運(yùn)支墩尺寸進(jìn)行二次測量并記錄，根據(jù)現(xiàn)有情況將海運(yùn)支墩上表面調(diào)平，并將其采用電焊進(jìn)行固定；(4)根據(jù)SPMT小車行進(jìn)路線圖和海運(yùn)支墩在船舶上的實(shí)際位置，在船舶上標(biāo)記出SPMT小車預(yù)計(jì)行進(jìn)路線、船舶中心線及SPMT小車裝船時(shí)行駛范圍，任何影響裝船時(shí)SPMT小車行駛的障礙物均需拆除。

1.4 場地運(yùn)輸

使用SPMT小車將大型結(jié)構(gòu)物從總裝區(qū)域運(yùn)輸至碼頭過程如下：(1)操作液壓懸掛系統(tǒng)，使得SPMT小車平板部分將大型結(jié)構(gòu)物緩慢舉起，直至大型結(jié)構(gòu)物和總裝墊墩為分離狀態(tài)；(2)對每一組SPMT小車壓力進(jìn)行檢查，無誤的話對液壓支撐系統(tǒng)進(jìn)行再次確認(rèn)；(3)將載有大型結(jié)構(gòu)物的SPMT小車按照設(shè)計(jì)好的運(yùn)輸路線，將大型結(jié)構(gòu)物緩慢運(yùn)輸至碼頭前沿，同時(shí)，全程對SPMT小車運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測，特別注意地面下沉情況以及大型結(jié)構(gòu)物運(yùn)輸時(shí)和地面之間的間隙。

1.5 最終裝船作業(yè)準(zhǔn)備

標(biāo)準(zhǔn)的作業(yè)程序如下：(1)檢查SPMT小車，PPU啟動(dòng)和系統(tǒng)運(yùn)行測試；(2)檢查SPMT小車從碼頭至滾裝棧橋和船舶的通道，確保棧橋安裝位置正確；(3)檢查SPMT小車與海運(yùn)支墩可能的碰撞情況，同時(shí)檢查其余可發(fā)生碰撞的障礙物；(4)檢查系纜狀態(tài)以使船舶保持在需要的位置；(5)檢查裝船時(shí)的舷梯(如果有)；(6)檢查船舶甲板與碼頭高差、船舶縱傾和橫傾情況，船舶甲板面高度要高于或者跟碼頭高度平齊，不然碼頭會(huì)損壞。

1.6 裝船窗口

每次大型結(jié)構(gòu)物裝船前都應(yīng)分析潮期表，選擇合適的裝船時(shí)間。詳細(xì)調(diào)載過程及裝船窗口參見調(diào)載報(bào)告。

1.7 滾裝裝船過程

大型鋼結(jié)構(gòu)物的裝船工藝一般有四種方式：起重船吊裝工藝、軌道滑車工藝、滑移裝船工藝、SPMT運(yùn)輸小車滾裝裝船工藝等，下面具體介紹SPMT運(yùn)輸小車滾裝裝船工藝：將載有大型結(jié)構(gòu)物的SPMT運(yùn)輸小車從非滑道建造區(qū)域緩慢行走到碼頭。此時(shí)，調(diào)整駁船甲板面水平高度要與碼頭平齊，再次檢查攬繩與帶攬樁是否系緊。SPMT運(yùn)輸小車開始準(zhǔn)備裝船，將載有大型結(jié)構(gòu)物的SPMT運(yùn)輸小車緩慢行駛至駁船甲板面上，駁船甲板面與其原來靜止時(shí)水平高度相比會(huì)下沉，當(dāng)駁船甲板面水平高度降低到低于與碼頭高度相差70～95 mm時(shí)，SPMT運(yùn)輸小車停止前進(jìn)，保持靜止。等待潮水上漲浮力將駁船拖高，待駁船甲板面水平高度與碼頭再次平齊時(shí)，SPMT運(yùn)輸小車?yán)^續(xù)緩慢前行。重復(fù)上述操作過程，直至SPMT運(yùn)輸小車全部行駛到駁船甲板面。

大多數(shù)操作過程中，為了保證SPMT運(yùn)輸小車滾裝過程的安全及工作效率，通常在滾裝SPMT運(yùn)輸小車行駛至駁船上的過程中，也可通過調(diào)整駁船壓載水倉水位來達(dá)到駁船船尾甲板面水平高度與碼頭表面水平高度相同的位置，誤差是50 mm，同時(shí)根據(jù)潮水的水位變化實(shí)現(xiàn)SPMT運(yùn)輸小車滾裝裝船。

最后，在完成大型結(jié)構(gòu)物采用SPMT運(yùn)輸小車滾裝裝船，SPMT運(yùn)輸小車完全行駛至駁船甲板面后，將停在駁船甲板面指定位置處。SPMT運(yùn)輸小車兩側(cè)結(jié)構(gòu)物托架下安置支架，降低SPMT運(yùn)輸小車的高度，將托架降落至支架上方，使SPMT運(yùn)輸小車與大型結(jié)構(gòu)物托架分離后，SPMT運(yùn)輸小車方可從大型結(jié)構(gòu)物托架下方抽離出，具體步驟如下：(1)通過往船舶里面注水或者抽水(取決于潮汐情況)，測量船舶橫傾、縱傾和靜止?fàn)顟B(tài)下，船舶甲板面與海平面的差值是否滿足要求；(2)當(dāng)船舶橫傾、縱傾和靜止?fàn)顟B(tài)下，船舶甲板面與海平面的差值滿足要求時(shí)，承載結(jié)構(gòu)物的SPMT運(yùn)輸小車緩慢行駛至船舶甲板面位置，船舶數(shù)據(jù)監(jiān)測人員和SPMT運(yùn)輸小車指揮人員需進(jìn)行全程監(jiān)視；(3) SPMT運(yùn)輸小車走或者停的指令由船舶監(jiān)督發(fā)出，SPMT運(yùn)輸小車指揮按照指令進(jìn)行SPMT運(yùn)輸小車操作；(4)裝船過程中，運(yùn)輸小組成員在大型結(jié)構(gòu)物周圍將可能的障礙物信息反饋給SPMT運(yùn)輸小車操作手。

1.8 裝船過程控制

在結(jié)構(gòu)物采用SPMT運(yùn)輸小車裝船過程中，船舶的微移范圍應(yīng)該控制在可控范圍內(nèi)，并由業(yè)主和海事保障人員確認(rèn)。下面的裝船參數(shù)需在整個(gè)裝船過程中監(jiān)視并記錄：(1) SPMT運(yùn)輸小車指揮人員和現(xiàn)場船舶指揮人員，要對結(jié)構(gòu)物兩側(cè)相對碼頭垂直高度的差值進(jìn)行監(jiān)測，并在整個(gè)滾裝裝船過程中，需向小車指揮人員和船舶指揮人員連續(xù)匯報(bào)測量數(shù)據(jù)，保證船舶甲板面水平高度與碼頭保持平齊，即使出現(xiàn)高度差也要在10～100 mm的范圍內(nèi)；(2)船舶調(diào)載需遵守調(diào)載方案；(3)如果因?yàn)榭陀^原因裝船不能在白天完成，夜間完成需要提供充足照明；(4)當(dāng)SPMT運(yùn)輸小車所有車輪都行駛至船舶甲板面后，SPMT運(yùn)輸小車?yán)^續(xù)在船舶甲板面上行駛至指定位置，行駛過程中同樣需要船舶調(diào)載滿足水平方面平衡。

在SPMT運(yùn)輸小車裝船過程中，小車始終在非滑道區(qū)域行駛，非滑道區(qū)域承載力強(qiáng)度相對碼頭和鋼質(zhì)棧橋，承載力強(qiáng)度偏小，大型鋼結(jié)構(gòu)物重量很相對較大，要求非滑道區(qū)域地基承載力強(qiáng)度足夠支撐大型結(jié)構(gòu)物及SPMT運(yùn)輸小車重量，確保滾裝裝船過程的安全性，因此載荷分析就顯得非常必要。

1.9 載荷分配

在用SPMT運(yùn)輸小車運(yùn)送模塊時(shí)，首先把小車梁放在模塊的腿部，用液壓千斤頂將模塊支起來并把木塊放在小車梁的下面起到支撐模塊的作用，然后讓運(yùn)輸小車進(jìn)入小車梁的下面，在運(yùn)輸小車擺放好位置后，運(yùn)輸小車緩慢升起與小車梁接觸，并緩慢對小車梁施加作用力，將模塊撐起來，去掉起支撐作用的木塊，這樣整個(gè)模塊的重量完全通過小車梁作用在運(yùn)輸小車上。由于模塊的重量不是均勻分布的，所以各個(gè)小車梁之間承受的重力也是有差別的，為了使各個(gè)小車梁充分發(fā)揮其性能，防止出現(xiàn)因小車梁受力過大而導(dǎo)致變形過大甚至是失效，需要對各個(gè)小車梁之間的載荷進(jìn)行分配，使每個(gè)小車梁的受力情況基本相同，確保每個(gè)小車梁在運(yùn)輸過程中安全可靠。

1.9.1 載荷分配策略

小車梁之間的載荷分配問題屬于靜不定(或稱超靜定)載荷問題。但是運(yùn)輸小車的承載面在液壓缸的調(diào)解下可以實(shí)現(xiàn)局部上下移動(dòng)，從而調(diào)節(jié)小車梁的受力情況，文章所討論的載荷分配調(diào)整都是通過運(yùn)輸小車承載面的緩慢上下移動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。

在對小車梁之間的載荷進(jìn)行分配時(shí)，需要確定一個(gè)分配標(biāo)準(zhǔn)，來決定如何根據(jù)小車梁的載荷和受力變形情況，及時(shí)合理地分配各個(gè)小車梁的載荷，從而使每根小車梁都處于最佳狀態(tài)，確保整個(gè)系統(tǒng)有較高的穩(wěn)定性和安全性。

計(jì)算每根小車梁的安全系數(shù)，增加安全系數(shù)高的小車梁的載荷，降低安全系數(shù)低的小車梁的載荷，使每根小車梁的安全系數(shù)近似相等。

比較兩種方案：方案一保證了每根小車梁載荷狀態(tài)近似相等，但是由于每根小車梁的承載能力不盡相同，承載能力小的小車梁的載荷余量也小，對一定的載荷變化，由于靜不定問題的存在，如果載荷的變化加到承載能力小的小車梁上，就容易出現(xiàn)超載的情況。方案二雖然不能保證每根小車梁都處于相同的承載狀態(tài)，從單根小車梁看，承載能力大的小車梁與承載能力小的小車梁的安全系數(shù)差別較大，承載能力越大的小車梁越容易出現(xiàn)超載的情況，承載能力小的小車梁只能發(fā)揮很小一部分的承載能力。但是從系統(tǒng)整體來看，第一，承載能力大的小車梁承擔(dān)了較多的載荷。第二，對于出現(xiàn)的載荷變化，要么就都能承擔(dān)，要么就都不能承擔(dān)，如果嚴(yán)格控制承載能力大的小車梁的載荷，既保證安全性，又實(shí)現(xiàn)整體性能的最優(yōu)化。第三，每根小車梁有一個(gè)明確的載荷調(diào)節(jié)目標(biāo)，計(jì)算十分簡單，這樣就便于進(jìn)行調(diào)整。方案三從安全系數(shù)的角度來考慮載荷分配，與方案一相似，也存在承載能力小的小車梁上較容易出現(xiàn)超載的問題。每根小車梁的載荷也沒有一個(gè)明確的調(diào)節(jié)目標(biāo)數(shù)值，難以調(diào)節(jié)。

根據(jù)上面的分析，文章采用方案二來對每根小車梁的載荷進(jìn)行調(diào)整。以目標(biāo)載荷為最優(yōu)目標(biāo)，可以將載荷分配看成是求解的最優(yōu)化問題。

1.9.2 小車梁載荷的確定

以某個(gè)項(xiàng)目模塊3M131為例說明小車的載荷分配情況。3M131的小車梁有五根，其中四根呈直線狀，且在尺寸、截面形狀方面是完全相同的，另外一根的截面形狀與其他的相同，只是呈折線狀。小車梁的材料是Q345。在進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，往往需要引入許用應(yīng)力，其計(jì)算公式如式(1)所示：

式中：ns為安全系數(shù)，其值大于1。

此處選用安全系數(shù)ns=1.25，則可知許用應(yīng)力為[σ]=276 MPa。

則經(jīng)計(jì)算可知四根相同形狀小車梁的每根額定承重載荷是1.542×106kg，呈折線狀的小車梁的額定承重載荷是1.275×106kg。

模塊3M131的小車梁有五根，即n=5。根據(jù)上述的分析可知，呈直線狀四根小車梁的每根小車梁的設(shè)計(jì)載荷為1.05×105kg，呈折線狀的小車梁的設(shè)計(jì)載荷為7.86×104kg。這樣既能充分利用材料的性能，又能保證裝船過程的安全性。

2 小結(jié)

通過上面的論述可知，小車梁在大型結(jié)構(gòu)物SPMT小車滾裝裝船運(yùn)輸過程中起著重要的作用，為了保證其在工作過程中安全可靠，有必要對其進(jìn)行載荷分析。文章介紹了載荷分配原理以及小車梁之間載荷分配方案的選擇，從而使小車梁的受力更加合理，使大型結(jié)構(gòu)物采用SPMT運(yùn)輸小車滾裝裝船工藝安全可行。

3 結(jié)語

作為工程項(xiàng)目施工過程中的一項(xiàng)重大作業(yè)過程，大型結(jié)構(gòu)物采用SPMT小車滾裝裝船技術(shù)的 先 進(jìn) 性、安全性直接影響著裝船效率和費(fèi)用支出，隨著科技不斷進(jìn)步，施工單位的生產(chǎn)方式和建造方式也在不斷進(jìn)步，裝船的工藝方法也在逐漸多樣化，以適應(yīng)更大噸位的大型結(jié)構(gòu)物和不同形式的大型結(jié)構(gòu)物裝船運(yùn)輸?shù)男枰Ｐ≤嚌L裝裝船方式作為安全并且經(jīng)濟(jì)高效的裝船運(yùn)輸方式，目前已被各大企業(yè)在工程施工領(lǐng)域廣泛使用。