气囊拖船新工艺在辽河清淤码头工程中的应用
我国百船清淤工程中，在辽河段清淤的有4条 挖泥船和其他辅助船只。码头位于盘锦河闸上游右 岸辽化取水泵站至上游灌溉闸中间3000m²/s流量 套堤及河滩范围内，是辽河疏竣工程的施工基地，用 于挖泥船及辅助船只的检修、上下水、加油、人员及 船舶用品运输。整个工程由船用检修平台、临时造船平台、上下船斜坡道、导船引渠、分流堤至检修平台公路、船舶上排下水设备、临时房屋、高压线路、变压器、油罐、 输油装置和系船设施等组成。在以往的水利工程中，码头船舶上排下水设备 大多采用牵引用卷扬机与台车的形式，但由于该工 程中船舶尺寸及自身质量较大(与辽宁省水利工程 中的船舶相比),牵引用卷扬机的容量将较大，同时 拖船用台车的质量也将较大。采用何种既经济又实 用的船舶上排、下水设备是设计过程中遇到的一个 新课题。1 船舶上排下水设备设计该工程船只中最大质量为200t,吃水深度为1.5 mg 该工程各船舶尺寸见表1。在设计时考虑了如
下几个方案，以解决挖泥船组装后下水和挖泥船检 修时的上排和下水问题。表 1 各 种 船 舶 尺 寸 表
船名 船体尺寸(m Xm)
控海狸1600(排水体积略小于350m³) 海狸1600(排水体积略小于200m³39.1 XR.428.75 ×7.6
辅助船舶交通艇锚艇油艇27.2 ×5.019.8 X4.827.2 ×6.0
1.1 台车方案台车方案是在辽河河滩地上修建拖船轨道，安 装卷扬设备、制造台车。单轨轨道长度120m,斜坡 段坡度1:12。拖船台车设置2台，用卷扬机牵引在 轨道上运行。具体步骤如下：先把台车顺轨道滑放至水下，将挖泥船驶至台车上方，启动卷扬机牵引台车，逐渐使挖泥船坐落在台车上，然后牵引至检修平 台。由于挖泥船船体长40m、宽8m、自身质量200t,因此，无论纵向牵引或横向牵引挖泥船都有相当的 难度。1.1.1 纵向牵引挖泥船台车顺轨长方向前后布置，2台车之间用钢丝绳 连接。轨道长度为12双10m。为使挖泥船保持水 平状态,2台车中的前置台车需尽量低矮，而后置台 车高为3.6m 。由于挖泥船重心较高，船体与台车之 间应用钢丝绳系牢，以保证挖泥船在拖移过程中的 稳定性。1.1.2横向牵引挖泥船需增设12双10m 轨道，轨道总长度为2×12双 10m。2 台车布置在同一高度，分别在2条轨道上运行，并由2台卷扬机牵引。该方法2台车高度相等且高度相对较低，在拖移过程中船体的稳定性较好。 但土方开挖量大，坡道宽度增加至40m, 轨道工程量为纵向牵引方式的2倍，总投资较高。1.2船坞方案机，并设计了锚固在卷扬机室地面的定滑轮组，通过滑轮倍率使实际牵引力达到480kN 。配 置 了 1 台W-6/8 移动式空气压缩机，供气囊充气使用。气囊拖船不需轨道，在工程中采用了混凝土坡道。上、 下船斜坡道顶高程为6.2m, 底高程为0. 1m, 坡度为1:12,宽20m, 总长73. 1m。2船 用 气 囊 的 技 术 特 性2.1船用气囊结构形式及主要技术参数(1)气囊的结构形式。1)囊体骨架材料为锦纶帘子布；密度≥95
船坞是检修船舶的常规设施，多为大型船厂使 用的永久建筑，具有安全可靠、操作灵活等特点。但修建船坞耗资巨大、工期长、配置设备投资高。在辽河清淤工程中，由于船只较少，船坞利用率较低，且投资有限额，要求工期短，所以，不宜采用船坞方案。1.3气囊方案船舶用气囊上排、下水是一项近几年开发研制 的新工艺，具有省时、省力、机动灵活、安全可靠、综 合经济效益显著等优点。船舶用气囊的工作原理是 利用气囊充当滚杠支承船舶，在船舶上下水时放在 船下以减小牵引力并保护船底和坡面。同时利用气 囊与船舶接触两侧的鼓起部分对船舶起一定的侧向 支护作用。经调查研究和论证，在设计中大胆采用 了此项新工艺。结合该工程实际情况采用了16只 (其中8只为备用)抗压强度为0.08MPa、直径为1.5m、长度为8 .0m 的中压气囊，并设置了若干钢凳和 垫木供挖泥船检修时使用。经计算牵引力，采用了 Jm8(牵引力为80kN) 卷扬机作为牵引挖泥船的卷扬根/10cm 宽；锦纶帘子线断裂强度≥205.8N/ 根；成 型方法为整体缠绕成型。2)囊嘴为铝合金铸件。3)橡胶的物理机械性能。抗拉强度 ≥18MPa抗断伸长率 420%硬度 50±5 HA帘布层间附着力 ≥7kN/m(2)主要技术参数。船用气囊主要技术参数见 表 2 。2.2船用滚动气囊的数量常用滚动气囊的数量按下式计算N=K+N₁,式中：N—— 滚动气囊的数量；K ——系数，取1.2～1.3;m——下水船舶自身质量，t;g ——重力加速度 m/s²:C ——方形系数；
表2船用气囊主要技术参数表
种类直径/m压强MPa工作高度/m载荷/(kN/m)压强MPa工作高度/m载荷/(kN/m)主要用途
中 压 藏0.80.130.2 1200.110.4 70
1.00.100.2 1250.090.5 70
1.20.090.2 1400,080.6 75中小型船舶移位和下水
1.50.080.2 1650.060.7 75
1.80.070.2 1800.050.8 80
2.00.070.2 2000.050.9 85
高压气囊0.80.260.2 2400.220.4 140
1.00.200.2 2500.180.5 140
1.20.180.2 2800.160.6 150用于大型船舶移位和下水，
1.50.160.2 3300.120.7 150及大型物件搬运
1.80.140.2 3600.100.8 160
2.00.140.2 4000.100.9 170
R——每单位长度气囊允许承载力kN/m; L—— 单只气囊囊体与船舶接触长度，m; N₁ —接续气囊数量， 一般取2～4只。2.3 船舶用气囊使用技术要求(1)对船体的要求。船底板和所有附件上的毛 刺、焊瘤均应磨平。(2)对坡道的要求。1)气囊从船台经过坡道滚动的道路应清洁，无铁钉等尖锐硬物。2)坡道应平整，左右水平度不得大于80mm ,地面的凹穴应填平，且地面承载能力应相对均匀。3)坡道可以为泥地、沙土地、沙地或水泥地，但 其承压力应大于使用气囊工作压力的2倍以上。4)坡道坡度应根据下水船舶的大小确定， 一般 应不大于1.7。坡道全长范围内可由斜线、圆弧线 等多种组合，但气囊在最低工作高度时船底不得触 及地面。5)坡道在水中应保持一定的长度。(3)对绞车(卷扬机)的要求。1)一般选用低速绞车，其放缆速度为9～13m/min。2)计算船舶下滑力和绞车牵引力，按计算结果 选定绞车。3)在绞车牵引力控制下，船舶移动速度不得大 于 6m/min,对于自身质量小于200t 的船舶，移动速 度可适当增加。4)绞车的纲丝绳应定期更换。(4)对空气压缩机的要求。1)根据所需下水气囊的总容量和充气时间以及 压力要求，选择空气压缩机型号。2)空气压缩机储气罐应安装可调节的限压阀。3)用多个气囊同时联合工作时，应有分配阀箱，使各气囊同时充气。(5)移船要求，1)滚动气囊在船下应尽量单排摆放，气囊轴向 中心线应垂直于移船方向。气囊囊头伸出舷侧不宜 过长。对方形系数较小的船舶，为移船过程中有良 好的稳定性，气囊囊头必须伸出舷侧，每侧伸出长度 应略大于气囊直径。2)对宽体船舶，允许气囊双排摆放，两排气囊之 间应留有不小于0.5m的间距。3)移船时，气囊工作高度应尽量降低，在保证舵、艉柱和螺旋桨等突出体不着地的前提下， 一般不 宜超过0.3m。
2.4操作程序(1)对停在水中最终位置的船舶，按船舶长度及 风向、风力、水流等情况，将船舶适当固定，如从艉部 的左右两舷抛出缆绳，拉住艉部。(2)首先添入几只气囊，其添入方法可选下列方法之 一：1)将未充气的或少量充气的气囊，在艏部对准 中心添入艏部下方。2)在艏部一侧用竹杆或预先埋好的绳索将气囊 向另一侧拉到船底下。3)利用水位的涨落，在低水位时将气囊预埋于 有利位置，待水位高时将船拉到其上，充气后抬起 船艏。(3)当首先添入的几只气囊将艏部抬起时就起 动绞车拉船前进。如添入的气囊抬不起艏部，应更 换气囊位置或增加气囊数量，直到抬起艏部。(4)根据计算出的气囊摆放间距要求，从艏部、 肿后部逐只填入气囊，直到将船舶拉到指定位置。(5)将气囊充气(或用起重气囊)抬高船舶并立墩。(6)回收所有气囊。3结论与评价3.1工程量比较(1)气囊方案工程量。1)码头主要工程量。土方工程3.99万 m³, 砂 砾石回填1 .04万m³, 石方工程1622m³, 碎石灰土路 面2740m², 混凝土1284m³, 土工布3460m²³,房屋200 m², 输电线路200m。2)主要设备。气囊(a500mm×8m×0.08MPa)8 只，卷扬机(JM8)1 台，空气压缩机(储气量 1m³)1 台 ：辽河疏浚工程临时码头工程总投资为274.91 万元。(2)台车方案工程量。1)码头主要工程量(以台车方案中投资较少的 纵向拖船方式为例)。混凝土1797m², 其他土建、房 屋、输电线路等大体相当，轨道及埋设件45t。2)主要设备。拖船台车2台(质量32t),卷扬机 (JM8)1台，辽河疏浚工程临时码头工程总投资为308万元。(3)两方案比较。气囊方案较台车方案节省工 程投资33万元。 3.2 施工进度比较(1)台车方案。工期5个月，共需2.35万个 工日。(2)气囊方案。工期3个月，共需1.41 万个工日。3.3 结论与评价采用船用气囊上排下水是一项极具发展前途的 新工艺，它克服了以往中小型船厂修造船能力受制 于固定式下水滑道的弊端，发展成为极具灵活性的柔性下水技术，具有省工、省时、省力、省投资、机动 灵活、安全可靠、综合经济效益显著等优点。与台车 方案比较，避免了安装轨道施工难度大、工期长等不 利因素，且施工简便、容易转场，节省了大量工程投 资 。使用气囊可搬运重达千吨的物件，可在临时码 头或水利工程的永久码头中得到广泛使用。
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