特大型跨海懸索橋鋼箱梁運梁船動力定位施工工法[詳細(xì)]

1、懸索橋鋼箱梁運梁船動力定位施工工法SRBGGF03-20081、四川公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司 2、四川路橋華東建設(shè)有限責(zé)任公司楊如剛2 龍勇2 鄧亨長2 盧偉1 虞業(yè)強(qiáng)21.前言動力定位技術(shù)（dynamic positioning, DP）廣泛地應(yīng)用于海上作業(yè)船舶（海洋考察船、半潛船等）、水下潛器(ROV)和軍用艦船（布雷艦、潛艇母船等）的定位。目前，在進(jìn)行橋梁建設(shè)大型構(gòu)件的安裝作業(yè)施工中，也引進(jìn)了動力定位技術(shù)，來進(jìn)行運梁船的動力定位。世界第二大跨度懸索橋舟山西堠門大橋（主跨1650m），地處海洋施工環(huán)境，橋位處海流情況復(fù)雜、波急浪高、海床無覆蓋層，運梁船無法實施拋錨定位，運梁船動力定位技術(shù)的

2、實施，成功解決了在復(fù)雜海洋環(huán)境下自航駁單船直接動力定位的難題，為圓滿完成全橋鋼箱梁吊裝的任務(wù)打下了基礎(chǔ)，是對我國現(xiàn)代橋梁建設(shè)中運梁船定位方法的一次重大創(chuàng)新和突破。該工法投入設(shè)備較少，對航道干擾較小，作業(yè)效率高，社會效益與經(jīng)濟(jì)效益顯著，具有極強(qiáng)的推廣與應(yīng)用價值。2.工法特點2.1運梁船自身定位系統(tǒng)運梁船的動力定位，是在具有風(fēng)、浪、流干擾的情況下，不借助拋錨系統(tǒng)，利用船舶自身的測量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、推力系統(tǒng)來進(jìn)行船舶自身的定位。利用自身的推力器系統(tǒng)，通過舵機(jī)配合，使得船舶保持一定的位置和角度。雙機(jī)雙舵配置為船舶自身動力定位提供很好的保證。2.2“天吊”輔助定位措施借助輔助“天吊”系統(tǒng)精確調(diào)整船首位置

3、。利用錨固于主纜上的一對輔助定位鋼繩對運梁船船首進(jìn)行輔助定位，防止船舶受漩渦、紊流的影響而產(chǎn)生側(cè)向偏移，降低船舶的定位難度，提高船舶的定位精度。3.適用范圍適用于自帶動力的鋼箱梁運梁船（或運輸船）實施精確定位。由于對運梁船的配置要求相對較高，一般船舶需要經(jīng)過適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)后方可滿足船舶動力定位的要求，因而，本工法在鋼箱梁運輸距離較近，投入運梁船舶較少時，具有更好的適用性。4.工藝原理鋼箱梁利用平潮（高平潮或低平潮）時段，在海況較好的時候（風(fēng)力小于6級，風(fēng)浪小于2級）進(jìn)行安裝。運梁船在平潮來臨前逆水流風(fēng)向運行到吊梁位置進(jìn)行定位，在潮汐起落水流方向發(fā)生改變之前完成提升動作。運梁船以周圍地形和吊點為參照

4、物快速進(jìn)入施工作業(yè)區(qū)。在施工作業(yè)區(qū)內(nèi)，纜載吊機(jī)下放吊具至離水面約6m（超出運梁船高度），運梁船以放下的吊具作參照，通過自身定位系統(tǒng)調(diào)整船舶位置進(jìn)行初定位，使運梁船定位在吊具下方。下放輔助定位“天吊”系統(tǒng)，將“天吊”系統(tǒng)兩根鋼繩與運梁船船首上左、右船弦卷揚機(jī)鋼繩連接，通過收放鋼繩定位船首。舵手只需根據(jù)水流速度控制船舶航行速度（航行速度等于水流速度，并方向相反），保持船舶相對靜止，同時通過控制船尾雙舵，調(diào)整船舶船尾位置來進(jìn)行運梁船的精確定位?！疤斓酢毕到y(tǒng)的運用，在提高運梁船定位精度的同時，大大縮短了運梁船的定位時間，保證在一個潮位可利用的時間內(nèi)完成一片鋼箱梁的吊裝。將吊具下放到位，作業(yè)人員分組進(jìn)行

5、吊具與鋼箱梁連接穿銷工作。穿銷完成后，纜載吊機(jī)緩步提升鋼箱梁，當(dāng)?shù)蹙叱惺茕撓淞杭s20%重量時，檢查鋼箱梁與吊具連接情況，合格后再繼續(xù)提升鋼箱梁。當(dāng)鋼箱梁與船體脫離后，快速解除“天吊”輔助系統(tǒng)。操作運梁船倒退或橫移并駛離吊裝區(qū)域。鋼箱梁繼續(xù)起吊并進(jìn)行安裝。5.施工工藝流程及操作要點本工法的核心是通過船舶自帶動力來進(jìn)行運梁船自身的定位，通過“天吊系統(tǒng)”來輔助船舶進(jìn)行精確定位。采用扁平的寬體甲板駁，使船體具有較高的穩(wěn)定性和耐風(fēng)浪性，采用雙軸，雙舵、大功率發(fā)動機(jī)，使船舶具有更好的操控性。本工法的運用，克服了采用傳統(tǒng)的拋錨定位，鐵錨出現(xiàn)“走錨”、和“卡錨”，采用預(yù)制大型混凝土錨塊會在海地地形、海流的作用

6、下漂離和翻滾，反而增加船舶作業(yè)風(fēng)險等不足，同時具有作業(yè)效率高，占用航道少等明顯優(yōu)點。5.1施工工藝流程（見圖5.1）圖5.1運梁船動力定位施工流程圖5.2操作要點5.2.1實施動力定位自航駁的準(zhǔn)備根據(jù)船舶的控制原理和運動特性，綜合考慮橋區(qū)自然條件和海洋特點，船舶設(shè)計的主導(dǎo)思路是采用雙軸、雙漿大動力主機(jī)，可以實現(xiàn)船舶的各種姿態(tài)控制，特別是在小流速情況下的船舶定位，橫向移動等等都能滿足使用要求。其優(yōu)點如下：1由于自身帶動力及定位操控系統(tǒng)，定位操作單一化，操控人員可以根據(jù)水流和風(fēng)向的變化及時調(diào)整船舶運動，以到達(dá)定位要求。2由于船型較長，船體較寬，而且采用平板駁船，鋼箱梁固定方便而且裝載后的穩(wěn)定性較好

7、。3這一方法施工作業(yè)時間短，進(jìn)入和撤出時間短，每個月的某些天1個潮位時間能夠?qū)崿F(xiàn)兩次吊梁。4由于船舶的額定裝載量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單片鋼箱梁重量，所以這一方法所使用的船舶的利用率較低，荷載利用不到50%。但是，這一特點又便于船舶的操控。5.2.2施工準(zhǔn)備1鋼箱梁落駁、加固運梁船?？吭阡撓淞杭庸S專用碼頭，選擇在高潮位時段裝船。梁段由龍門吊吊起直接放在運梁船上。裝船時使梁段落在預(yù)定的位置，前后用5t手拉葫蘆將鋼纜拉緊并加固牢靠，防止風(fēng)、浪對船的影響，見圖5.2.2-1和圖5.2.2-2。圖5.2.21 支點布置、梁段臨時加固平面布置圖（單位：mm）圖5.2.22 支點布置、梁段臨時加固立面圖（單位：mm）

8、2輔助定位“天吊”系統(tǒng)布置輔助定位“天吊”系統(tǒng)主要由天吊索系統(tǒng)、主纜錨固點和收、放繩系統(tǒng)和調(diào)位系統(tǒng)三大部分組成（見圖5.2.23）。圖5.2.23 輔助定位“天吊”系統(tǒng)組成圖1）天吊索系統(tǒng)。由2根21.5的鋼繩組成，每根鋼繩大約300m，運梁船定位時，“天吊索”與水平面夾角一般在3060o之間，一組天吊索可以滿足幾片鋼箱梁的吊裝。2）主纜錨固點和收、放繩系統(tǒng)。由轉(zhuǎn)向滑輪和貓道上2臺2T卷揚機(jī)構(gòu)成（兩臺卷揚機(jī)布置在同一幅貓道上）。天吊索卷入2t卷揚機(jī)中，在船舶定位時，通過卷揚機(jī)下放，采用兩艏交通船將繩頭牽引至運梁船，與運梁船船首5t卷揚機(jī)引出的繩頭接，運梁船正式定位前，天吊繩上端與用索卡在上錨固

9、，定位完成后，解除上端錨固和接頭，采用2t卷揚機(jī)收回天吊鋼繩。轉(zhuǎn)向滑輪懸掛在主纜上，收放繩過程中起轉(zhuǎn)向作用。3）調(diào)位系統(tǒng)。由布置在運梁船船首的2臺5T卷揚機(jī)組成，此卷揚機(jī)中引出鋼繩與天吊鋼繩連接后，通過收放卷揚機(jī)，實現(xiàn)運梁船船首精確定位，滿足吊具與鋼箱梁臨時吊耳連接和箱梁平穩(wěn)起吊要求。5.2.3運梁船動力定位的實施1運梁船初定位裝好梁段的運梁船首先在工地臨時碼頭?？?，等待作業(yè)時機(jī)。在海況滿足運梁船動力定位要求時，運梁船以下放的吊具為參照，快速駛?cè)氲跹b施工作業(yè)區(qū)，并進(jìn)行初步定位。運梁船進(jìn)入作業(yè)區(qū)后，通過自身位置測量系統(tǒng)檢測當(dāng)前船位與目標(biāo)船位的位置偏差，采集環(huán)境參數(shù)（風(fēng)、浪、流），計算使運梁船恢復(fù)

10、到目標(biāo)位置所需的推力，并對各推力器的推力進(jìn)行分配，確定各推力器的推進(jìn)方向、螺距及轉(zhuǎn)速，推力器產(chǎn)生的推力使運梁船保持設(shè)定的方向和位置。2運梁船動力精確定位的實施（見圖5.2.3）1）輔助定位“天吊”系統(tǒng)的工作要點運梁船在平潮期進(jìn)行定位，由于潮位和水流速在不斷發(fā)生變化，運梁船實際可利用定位時間約3045分鐘。輔助定位“天吊系統(tǒng)”的采用，可以快速對運梁船船首進(jìn)行定位。在運梁船駛?cè)攵ㄎ滑F(xiàn)場的過程中，將天吊鋼繩繩頭通過貓道上的卷揚機(jī)下放到兩艘交通船上，交通船在定位區(qū)域待命。 當(dāng)運梁船進(jìn)入定位現(xiàn)場時，兩艘交通船牽引天吊鋼繩繩頭至運梁船，并與運梁船上與調(diào)位卷揚機(jī)上的鋼繩連接。將“天吊繩”上端與主纜進(jìn)行錨固，

11、收放運梁船上5T定位卷揚機(jī)，以吊具位置為參照，進(jìn)行運梁船船首精確定位。當(dāng)鋼箱梁與船體脫離后，快速解除“天吊繩”與運梁船5t調(diào)位卷揚機(jī)中鋼繩的連接和主纜上的錨固，貓道上2t卷揚機(jī)收回天吊繩。2）船舶自身動力定位的工作要點由于運梁船采用了“天吊”系統(tǒng)進(jìn)行了運梁船船首定位，運梁船自身定位系統(tǒng)的工作主要體現(xiàn)在：依靠船機(jī)自帶動力，控制運梁船的航行速度。運梁船航行速度等于水流速時（反向），運梁船方可在海面上保持相對靜止不動?？刂仆屏ζ鞯耐七M(jìn)方向，使運梁船船尾保持設(shè)定的方向和位置，并防止因水流方向與運梁船軸線有夾角時，運梁船尾端發(fā)生側(cè)向漂移。在運梁船定位的同時，用鏈子葫蘆收拉吊具，滿足吊具與梁上臨時吊耳的準(zhǔn)

12、確連接，所有連接完成后，觀測吊具吊點是否滿足吊梁條件，若滿足則進(jìn)行起吊，不滿足重新進(jìn)行定位。圖5.2.3 運梁船定位總體布置圖5.2.4鋼箱梁起吊、安裝鋼箱梁與吊具連接完成后，駁船繼續(xù)保持定位，纜載吊機(jī)緩慢提升直至鋼箱梁脫離船體，駁船解除定位。操作運梁船倒退或橫移并駛離吊裝區(qū)域。鋼箱梁繼續(xù)起吊并進(jìn)行安裝。5.2.5勞動力組織（見表5.2.5）表5.2.5 勞動力組織情況表序號名 稱單 位數(shù) 量備 注1梁段安裝負(fù)責(zé)人人12技術(shù)人員人23調(diào) 度人14船長人25大副人26船員人107安 全人28鋼箱梁穿銷人員人209輔助定位系統(tǒng)人員人1010雜工人411合計人546.材料與設(shè)備本工法采用的材料、機(jī)具

13、設(shè)備見表6.1。表6.1 材料、機(jī)具設(shè)備表序號設(shè)備名稱設(shè)備型號單位數(shù)量備注1自航駁船2000t艘1鋼箱梁運輸，自帶動力，雙機(jī)雙舵2卷揚機(jī)5t臺2輔助定位系統(tǒng)3卷揚機(jī)2t臺2輔助定位系統(tǒng)4鋼繩21.5米600輔助定位系統(tǒng)5轉(zhuǎn)向滑輪5噸個2輔助定位系統(tǒng)鋼繩轉(zhuǎn)向6鏈子葫蘆10噸臺4吊具調(diào)位7輔助交通船90噸艘2牽引鋼繩8斧頭把4應(yīng)急情況切斷輔助定位鋼繩7.質(zhì)量控制7.1工程質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)運梁船動力定位質(zhì)量控制主要指標(biāo)見表7.1表7.1 運梁船動力定位質(zhì)量控制主要指標(biāo)序號項 目允許偏差檢查頻率檢驗方法1運梁船與目標(biāo)位置偏差200 mm每片梁吊具與鋼箱梁吊耳之間間距，卷尺2吊具偏位100 mm全站儀7.2

14、質(zhì)量保證措施7.2.1 駁船定位前對設(shè)備測量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、推力系統(tǒng)要進(jìn)行調(diào)試。7.2.2 船舶進(jìn)行定位作業(yè)選擇在風(fēng)力6級以下，風(fēng)浪2級以下的平潮時段進(jìn)行。7.2.3 鋼箱梁落駁后與船體臨時支墊用5噸鏈子葫蘆綁扎牢固，避免箱梁在運輸或定位過程中發(fā)生移位。7.2.4 駁船進(jìn)入作業(yè)區(qū)后，船長根據(jù)船上測量系統(tǒng)和控制系統(tǒng)傳出的數(shù)據(jù)，緩慢操作，保證定位時船舶不會發(fā)生劇烈移位。7.2.5輔助定位“天吊”系統(tǒng)中的鋼繩每次使用前、后要檢查鋼繩是否有磨損或斷絲現(xiàn)象，如有應(yīng)立即更換。7.2.6 卷揚機(jī)注意定期保養(yǎng)。7.2.7 吊具下放最后40cm時，需用10噸鏈子葫蘆拽拉，緩慢落到臨時吊耳。7.2.8吊具與箱梁臨

15、時吊耳連接完成后，纜載吊機(jī)提升至鋼箱梁重量20%時，檢查運梁船定位情況，偏位滿足要求后再進(jìn)行起吊。7.2.9箱梁提升后在梁體左、右幅檢修軌道上用麻繩捆綁，根據(jù)梁體擺動情況收放麻繩，防止箱梁脫離船體后擺動幅度過大。8.安全措施8.1針對定位施工作業(yè)位置在主航道上，梁段安裝施工工作量大、作業(yè)線長、氣象水文條件對施工影響較大等特點，制定專門安全措施計劃。8.2定期獲得作業(yè)區(qū)域天氣預(yù)報，應(yīng)該對即將發(fā)生的任何天氣變化跡象予以應(yīng)有的重視，特別是在風(fēng)向突變或風(fēng)力突然增大時。8.3在冬季，風(fēng)向突變和風(fēng)力突然增大的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。使用船上的氣象設(shè)備，包括氣壓計、風(fēng)力傳感器、干濕溫度計，確保能夠采取及時的措施來減小

16、丟失船位的可能性。8.4鋼箱梁運輸船舶作業(yè)期間，根據(jù)施工部位的不同，船舶定位位置有所變化，鋼箱梁安裝計劃提前報送海事部門，每次作業(yè)前與海事警戒人員提前協(xié)調(diào)，明確船位，以便引導(dǎo)過往船只避讓。8.5大型船舶經(jīng)過時，定位船舶上的雷達(dá)發(fā)現(xiàn)后，要及時與海事警戒船舶聯(lián)系，與過往船只取得聯(lián)系。8.6船舶在定位過程中受過往船只航行時產(chǎn)生的船行波的影響較為明顯，所以，過往船只要求在警戒區(qū)域航行時速度不超過4節(jié)。9.環(huán)保措施9.1清洗機(jī)械、施工設(shè)備的廢水嚴(yán)禁直接排入海中，禁止機(jī)械在運轉(zhuǎn)中產(chǎn)生油污未經(jīng)處理就直接排放，或禁止維修機(jī)械時油水直接排放入海中。9.2所有施工船只嚴(yán)禁向海域拋設(shè)和傾倒廢棄用品，并配有應(yīng)急的油污

17、染收集設(shè)施和糞便收集裝置。9.3禁止使用一次性塑料餐具，防止白色污染。10.效益分析10.1本工法通過自航駁船單船直接動力定位和“天吊”輔助定位系統(tǒng)的運用，運用了船舶自帶動力定位和錨泊定位的優(yōu)點，回避了拋錨定位的風(fēng)險，最大限度的縮短了運梁船定位時間。從運梁船進(jìn)入作業(yè)現(xiàn)場開始定位到鋼箱梁正式提升，整個過程僅約3045分鐘，比傳統(tǒng)拋錨定位節(jié)省時間一個小時以上。10.2本工法操作簡單易行，投入設(shè)備減少，減少了大型設(shè)備（如大功率拖輪、拋錨艇）的使用，作業(yè)效率得到顯著提高，節(jié)省成本500多萬元。11.應(yīng)用實例浙江舟山大陸連島工程西堠門大橋上部結(jié)構(gòu)鋼箱梁安裝運梁船動力定位西堠門大橋主橋設(shè)計為主跨1650m的兩跨連續(xù)鋼箱梁懸索橋，橋跨布置為：578m（北邊跨）+1650m（主跨）+485m（南邊跨），鋼箱梁連續(xù)總長為2224.2m。全橋共計