CN105129632A - 一种格型钢板桩大圆筒主格安装施工专用起重船 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种格型钢板桩大圆筒主格安装施工专用起重船，所述起重船包括专用起重船母船，该专用起重船母船上设置有专用起重装置以及专用吊索具，专用起重装置固定在起重船母船上，用于起重作业，其采用T形双臂架构，由左右对称的两套起重装置组成；专用吊索具设置在专用起重装置上，用于格型钢板桩主格工装整体吊装与格型钢板桩1/4圆筒预拼件的整体吊装。本方案能够有效解决在航空限高、水深浅的条件下对长达到37.1m、总重量一般在450t～560t的主格钢板桩的整体吊装和沉放。
Description
技术领域
本发明涉及一种格型钢板桩大圆筒主格的施工工艺，具体涉及一种用于格型钢板桩大圆筒主格安装施工的起重船。
背景技术
人工岛一般为在近岸浅海水域中人工建造的陆地，作为进行海上作业或其他用途的场所，大多有栈桥或海底隧道与岸相连。现代工业发达的沿海国家，滨海一带人口密集、城市拥挤，使得进一步发展和建设新企业及公用设施受到很大限制，原有城市本身的居住、交通、噪声、水与空气污染等问题也很难解决。因此，兴建人工岛，改变或改善了上述难题。人工岛是利用海洋空间的方式之一，也是一种新兴的海洋工程。
例如中国港珠澳大桥香港人工岛(HKBCF)是港珠澳大桥香港连接线的一个重要组成部分，经过赤腊角机场连接屯门及大屿山，占地面积约150万平米。该人工岛填海工程作为港珠澳大桥配套工程，工程的进度、质量和安全关系到整个大桥的建设与发展，顺利的实施本项目，对整个港珠澳大桥的建设有着坚实的铺垫作用。该人工岛通过在格型钢板桩大圆筒加防波堤形成的围堰内回填填料而成。
参见图1和图2，该人工岛100为在格型钢板桩大圆筒101加防波堤102形成的围堰内回填填料而成，占地面积约150万平米。其格型钢板桩岛壁结构轴线长度约5.1km，共有格型钢板桩大圆筒(101a)134只，直径分别为26.9m和31.194m。主格101a(即格型钢板桩大圆筒)与主格相连的副格101b共133组，分别为：①直径26.9m主格之间的副格直径为10.976m，共55组(110片)，单片副格由33块钢板桩组成；②直径31.194m主格之间的副格直径为15.96m，共77组(154片)，单片副格由46块钢板桩组成；③直径26.9m主格与直径31.194m主格之间的副格直径为16.296m，共1组(2片)，单片副格由47块钢板桩组成。
同时，本工程采用YSP-FXL型直腹式钢板桩，材质为S355，长度23.6～37.1m，其公称宽度为500mm，腹板厚度为12.7mm，转角为10°，理论重量为77.2kg/m。在进行格型钢板桩大圆筒施工前，应首先完成碎石垫层、土工布和碎石桩的施工，待碎石桩施工一段作业面后方可进行格型钢板桩大圆筒的施工，格型钢板桩大圆筒安装完成后，24小时内进行筒内填料回填工作。两只相邻格型钢板桩大圆筒主格安装完成并回填完成后，方可进行副格施工。
上述工程在施工过程中主要有五大难点：1)施工区域限高。2)水深浅。3)地质条件差，使得桩长较长。4)完全离岸作业，海上环保要求高。5)工期紧。基于这种“上下左右都受限制”的现场条件及工期要求，格型钢板桩大圆筒主格施工选择了一种“1/4陆上预拼、水上组合散打”的工艺。
对于格型钢板桩大圆筒现场拼装，现有技术中有现场筒位散拼工艺、现场整体预拼装工艺，但在限高条件下，超长板桩的现场拼接无法实现，本工程格型钢板桩一般桩长达到37.1m，为目前国际之最。另外，本工程单个主格钢板桩总重量一般在450t～560t，在航空限高、水深浅的条件下，目前尚无合适的起重船一次完成一个主格整体吊装和沉放。
发明内容
针对受航空限高限制，现有海上起重装备均不能满足工程格型钢板桩整体吊装要求的问题，本发明的目的在于提供一种格型钢板桩大圆筒主格安装施工专用起重船，其能够有效解决在航空限高、水深浅的条件下对长达到37.1m、总重量一般在450t～560t的主格钢板桩的整体吊装和沉放。
为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种格型钢板桩大圆筒主格安装施工专用起重船，所述起重船包括专用起重船母船，所述专用起重船母船上设置有专用起重装置以及专用吊索具，
专用起重装置固定在起重船母船上，用于起重作业，其采用T形双臂架构，由左右对称的两套起重装置组成；
专用吊索具设置在专用起重装置上，用于格型钢板桩主格工装整体吊装与格型钢板桩1/4圆筒预拼件的整体吊装。
在优选方案中，所述专用起重船母船为6000t级甲板驳船。
进一步的，所述甲板驳船自身包括箱型船体、甲板、甲板上配套的工作与生活设施、甲板下舱室，及原驳船的系泊设备和锚设备，改造后系泊设备和锚设备有所增加。母船设施用于船舶的航行、锚泊与起重时船体平衡。
进一步的，所述专用起重装置中每套起重装置由象鼻梁、联接横梁、立柱、拉杆、撑杆、主起升绞车、副起升绞车、索具绞车、浪风绞车及吊索具组成。
进一步的，所述专用吊索具主要包括主起升吊钩与主钩钢缆、副起升吊钩与副钩钢缆、浪风钢缆、主格抱桩器、主格抱桩器绞车、轴销、钢丝绳；其中主起升吊钩、副起升吊钩分别通过专用起重装置中的主起升绞车、副起升绞车进行升降操作。
进一步的，所述专用起重船母船的船艏甲板面处设可以翻转的抱桩器，用于吊装弧形主格钢板桩1/4预拼装片时固定。
再进一步的，所述抱桩器前端为弧形，与大圆筒主格钢板桩弧度一致。
本发明提供的格型钢板桩大圆筒主格安装施工专用起重船具有以下优点：
1)本发明提供的专用起重船具有吃水浅、吊重大、高度低、舷外吊距大的特点，是一种海上人工岛施工的有效工具，适用范围远大于其它同等吨位起重船所适用的水域。对于中国港珠澳大桥香港人工岛(HKBCF)工程来说，解决了限高条件下吊重问题、大直径工装支架吊装时起重臂长问题、浅水区船舶吃水问题、大直径工装支架吊装时的精确定位问题、由专用运输船上平稳起吊1/4预拼件的难题、将1/4预拼件平稳安装在工装支架上的难题、浪大流急状态下船舶吊装稳定性问题。目前国际上的各种类型的起重船，在限高紧、水深浅、板桩长、吊重大的多重条件约束下，均不适用。
2)本发明提供的专用起重船采用平板驳船作为母船进行改造，使得船舶吃水小于同类吊重起重船，因而水上作业适用范围大大增加。
3)本发明提供的专用船起重吊臂采用象鼻梁结构，即水平伸臂结构，可以大大降低起重吊臂高度，甲板以上吊臂总高度仅44m，满足现场限高要求。
4)本发明的专用船起重吊臂采用水平伸臂结构，可以大大提高起重幅度，前双主钩舷外吊距达到17.5m，远大于常规起重船在同样吊重情况下吊距。
5)本发明提供的专用起重船采用左右对称的两套起重装置，起重作业时的稳定性大大优于单臂架的起重船。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
图1为人工岛钢板桩格栅岛壁结构平面图；
图2为人工岛中钢板桩格栅平面布置图；
图3为本发明中专用起重船的俯视图；
图4为本发明中专用起重船的侧视图；
图5为本发明中专用起重船的立面图。
图中标号说明：
100人工岛；101格型钢板桩大圆筒；101a主格钢板桩；101b副格钢板桩；102防波堤
1甲板驳船；1.1箱形船体；1.2甲板；1.3左舷配套的工作、生活设施；1.4右舷配套的工作、生活设施；1.5移船绞车；1.6移船锚；1.7柴油发电机组；
2专用起重装置；2.1象鼻梁(水平臂架)2.2联接横梁；2.3立柱；2.4拉杆；2.5撑杆；2.6主起升绞车；2.7副起升绞车；2.8浪风绞车；2.9主钩；2.10副钩；2.11主钩定滑轮；2.12副钩定滑轮；2.13主钩钢缆；2.14副钩钢缆；2.15浪风钢缆；2.16主格抱桩器；2.17抱桩器绞车；2.18抱桩器定滑轮；2.19抱桩器钢缆。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
由于受航空限高限制，现有海上起重装备均不能满足本工程格型钢板桩整体吊装要求。为此，本发明提供一种具有一定吊重能力和较大舷外吊距的水平吊臂专用起重船。根据航空限高、海床泥面高程、1/4圆组装片分片吊装工艺需求、“工装支架”上部结构总体重量和船体稳性要求等因素，采用6000t级甲板驳船作专用起重船母船。
在+42mPD航空限高(或最低放宽限高时段内)、起吊32.1m钢板桩、+2.0mPD海平面和干舷高度1.0m等条件下，设计1号起重船的吊臂结构。
在+47mPD航空限高(或限高开放期时段内)、起吊37.1m钢板桩、+2.0mPD海平面和干舷高度1.0m等条件下，设计2号起重船的吊臂结构。
在绝大多数时段(或限高开放时段内)和特定时段，上述2艘专用起重船可满足本工程总体施工需求。
参见图3、图4、图5，其所示为本实例提供的专用起重船的结构示意图。
由图可知，该专用起重船由起重船母船1(含系泊设备和锚设备)与专用起重装置2、专用吊索具三部分共同构成。
起重船母船1采用甲板驳船，驳船自身包括箱型船体1.1、甲板1.2、甲板上配套的工作与生活设施1.3、1.4、甲板下舱室，及原驳船的系泊设备和锚设备，改造后系泊设备和锚设备有所增加。母船设施用于船舶的航行、锚泊与起重时船体平衡。
起重船母船甲板上配套的工作与生活设施具体布置为：在船的中部区域的两舷各设置了两层甲板室。其中左舷甲板室设置了厨房、餐厅、粮库、卫生间、更衣室。并设有通向上下层的梯道；机舱的通风、排气装置设置在左舷。右舷甲板室设置了居住舱室、卫生间、浴室和洗衣间。并设有通向上下层的梯道；同时在右舷还设置有柴油机发电机组1.7。
系泊设备布置：1)配置4根镀锌钢丝绳、4根高强丙纶绳系泊索；2)全船设足够数量的钢质焊接带缆桩供本船系泊及海上作业需要；3)全船设足够数量的羊角单滚轮导缆器供系泊用。
锚设备布置：1)8台移船锚绞车1.5分别布置在本船主甲板的首尾两舷，移船锚绞车为电动变频控制，其中4台带边卷筒；2)设海军锚8只，移船锚1.6不设锚托架，不用时放置在甲板上的适当位置；3)设8根镀锌钢索(钢芯)拉锚索。
专用起重装置2采用T形双臂架构，由左右对称的两套起重装置组成，每套起重装置由象鼻梁(水平臂架)2.1及其联接横梁2.2、立柱2.3、拉杆2.4、撑杆2.5、主起升绞车2.6、副起升绞车2.7、索具绞车、浪风绞车2.8及吊索具等组成。专用起重装置固定在起重船母船上，用于起重作业。
本专用起重装置设置象鼻梁2套，两套象鼻梁之间设有连接横梁。象鼻梁采用变截面箱形梁结构，其上布置主起升定滑轮组(2.11)2套、副起升定滑轮组(2.12)2套、索具钩4套等。设置立柱(2.3)2套，两套立柱2.3之间设有连接横梁，立柱采用变截面箱形梁与型钢桁架结构，顶部设置绞座与象鼻梁铰接。设置拉杆(2.4)2套，每套拉杆由2根圆管组成，拉杆上部与象鼻梁铰接，下部与船体绞座铰接。设置撑杆(2.5)2套，上部与立柱焊接，下部焊接在船体甲板拿上。撑杆2.5与立柱2.4之间设连接结构。
专用吊索具用于格型钢板桩主格工装整体吊装与格型钢板桩1/4圆筒预拼件的整体吊装。专用吊索具主要包括主起升吊钩2.9与主钩钢缆2.13、副起升吊钩2.10与副钩钢缆2.14、浪风钢缆2.15、主格抱桩器2.16、主格抱桩器绞车2.17、抱桩器定滑轮2.18、抱桩器钢缆2.19。
主起升吊钩2.9位于象鼻梁前端，副起升吊钩2.10位于象鼻梁中端，主、副钩钢缆2.13、2.14经象鼻梁后部的定滑轮组2.11、2.12分别联接母船上的主、副起升绞车2.6、2.7，主、副钩分别通过主、副起升绞车进行升降操作。在港珠澳大桥香港人工岛工程中，主格工装胎架由主钩起吊与安装，主格钢板桩1/4预拼装片可以由主钩、副钩同时吊装两片，吊装效率大为提高。
本船设浪风钢缆2.15，以保证浪大流急状态下船舶吊装稳定。
船艏甲板面处设可以翻转的抱桩器2.16，用于吊装弧形主格钢板桩1/4预拼装片时固定，以防吊运过程中钢板桩晃动。抱桩器前端为弧形，与大圆筒主格钢板桩弧度一致，其通过抱桩器钢缆2.19穿过设置在立柱2.3上的抱桩器定滑轮2.18连接设置在船艏甲板上的主格抱桩器绞车2.17。
起重吊点越远，常规起重船的直吊臂就越长，从而超过限高标准，同时由于吊臂俯仰角减小，吊重能力也减小。而本发明的专用船起重吊臂采用象鼻梁结构，即水平伸臂结构，可以大大降低起重吊臂高度，满足现场限高要求。同时，水平伸臂结构可以大大提高起重幅度，前双主钩舷外吊距达到17.5m，远大于常规起重船在同样吊重情况下吊距。因此，本发明中的水平伸臂起重结构有效解决了限高条件下吊重问题、大直径工装支架吊装时起重臂长问题。
本发明的专用起重船采用平板驳船作为母船进行改造，使得船舶吃水小于同类吊重起重船，因而水上作业适用范围大大增加。在香港人工岛工程中，有效解决了同样起吊能力的常规起重船吃水较大不能进入浅水区作业的问题。
本发明的专用起重船采用左右对称的两套起重装置，可使吊重对称，且吊重物重心保持在船体中轴线上，因此，起重作业时的稳定性大大优于单臂架的起重船，更便于将吊装件由专用运输船上平稳起吊。在对称稳定吊装状态下，可以通过控制船体轴线位置，达到对大直径工装支架吊装就位的精确定位。
另外，本发明的专用起重船船艏甲板面处设可以翻转的抱桩器，吊装弧形主格钢板桩1/4预拼装片时下放抱桩器，固定住吊装件，可以避免吊运过程中钢板桩晃动，从而更好地解决了将1/4预拼件平稳安装在工装支架上的难题、浪大流急状态下船舶吊装稳定性问题。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种格型钢板桩大圆筒主格安装施工专用起重船，所述起重船包括专用起重船母船，其特征在于，所述专用起重船母船上设置有专用起重装置以及专用吊索具，
专用起重装置固定在起重船母船上，用于起重作业，其采用T形双臂架构，由左右对称的两套起重装置组成；
专用吊索具设置在专用起重装置上，用于格型钢板桩主格工装整体吊装与格型钢板桩1/4圆筒预拼件的整体吊装。
2.根据权利要求1所述的一种格型钢板桩大圆筒主格安装施工专用起重船，其特征在于，所述专用起重船母船为6000t级甲板驳船。
3.根据权利要求1所述的一种格型钢板桩大圆筒主格安装施工专用起重船，其特征在于，所述甲板驳船自身包括箱型船体、甲板、甲板上配套的工作与生活设施、甲板下舱室，及原驳船的系泊设备和锚设备，改造后系泊设备和锚设备有所增加。母船设施用于船舶的航行、锚泊与起重时船体平衡。
4.根据权利要求1所述的一种格型钢板桩大圆筒主格安装施工专用起重船，其特征在于，所述专用起重装置中每套起重装置由象鼻梁、联接横梁、立柱、拉杆、撑杆、主起升绞车、副起升绞车、索具绞车、浪风绞车及吊索具组成。
5.根据权利要求1或4所述的一种格型钢板桩大圆筒主格安装施工专用起重船，其特征在于，所述专用吊索具主要包括主起升吊钩与主钩钢缆、副起升吊钩与副钩钢缆、浪风钢缆、主格抱桩器、主格抱桩器绞车、轴销、钢丝绳；其中主起升吊钩、副起升吊钩分别通过专用起重装置中的主起升绞车、副起升绞车进行升降操作。
6.根据权利要求1所述的一种格型钢板桩大圆筒主格安装施工专用起重船，其特征在于，所述专用起重船母船的船艏甲板面处设可以翻转的抱桩器，用于吊装弧形主格钢板桩1/4预拼装片时固定。
7.根据权利要求6所述的一种格型钢板桩大圆筒主格安装施工专用起重船，其特征在于，所述抱桩器前端为弧形，与大圆筒主格钢板桩弧度一致。
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