摘要：本文结合中交广州航道局有限公司改造“捷龙”疏浚挖泥工程船的实例，对 "捷龙"桥梁在“深中通道”工程中的适用性改造方案做了技术分析和探讨。
关键词：“捷龙”；“深中通道”；桥梁；适应性改造；
1、前言
中交广州航道局有限公司所属的“捷龙”疏浚挖泥工程船原为吸沙船，由荷兰IHC于1994年建造完工（如图1所示）。
图1
2007年根据疏浚工程的施工需要，“捷龙”由荷兰IHC进行了第一次改造设计，在该船原箱型桥梁后段27.9米基础上，增加延长段5.85米和绞刀头段8.2米，总长41.95米，将该船改造成绞吸船（如图2所示）。改造后的箱型桥梁（含绞刀头）及安装于其上的挖泥配套设备总重量为178吨。
图2
2012年，根据“港珠澳大桥”项目工程的需要，“捷龙”由DAMEN进行第二次改造设计，拆除第一次改造后的所有箱型桥梁及其设备，新制造80米桁架结构桥梁（含8米吸头装置），连接桁架结构桥梁D260耳轴更换为D340耳轴，耳轴座重新设计制造，将该船改造成吸淤船（如图3所示）。改造后的桁架结构桥梁（含8米吸头装置）及安装于其上的挖泥配套设备总重量为178.6吨，清淤深度达到-60米。“捷龙”改成吸淤船之后作为“港珠澳大桥”项目工程的关键施工工程船舶，在海底隧道沉管安装之前，专门负责清除用于安放海底隧道沉管的基槽碎石垫层上回淤的淤泥，以免影响海底隧道沉管的安装精度，以及避免海底隧道沉管后期沉降超出允许范围。因此用“捷龙”清除基槽碎石垫层上回淤的淤泥是安装海底隧道沉管之前不可缺少的一道关键施工工序。
图3
“深中通道”是连接广东省深圳市和中山市的大桥，是实现粤港澳大湾区的关键工程。“深中通道”距“港珠澳大桥”38公里，全长24公里，是继“港珠澳大桥”之后又一世界级超大“隧、岛、桥”集群工程，其中8车道特长海底沉管隧道将开创世界先例。“深中通道”与“港珠澳大桥”类似，在安放海底隧道沉管之前都需要清除基槽碎石垫层上回淤的淤泥。但“深中通道”的水文地质环境比“港珠澳大桥”更恶劣，“深中通道”海底的回淤速度约是“港珠澳大桥” 海底的3倍，而在“港珠澳大桥”工程项目中使用过的“捷龙”的水下泥泵排量仅为2000m3/h，这样就造成“捷龙”在“港珠澳大桥”工程项目中所使用的水下泥泵清淤速度远远赶不上“深中通道”海底的回淤速度，即“捷龙”永远也无法清理干净“深中通道”基槽碎石垫层上回淤的淤泥。因此在“港珠澳大桥”工程项目中所使用的“捷龙”不能满足“深中通道”的工程需求，需对“捷龙”进行再次的技术改造。
根据“深中通道”的工程需求，“捷龙”技术改造重点满足了如下要求：1、深基槽施工（清淤深度达到－40米）；2、高精度定位（高程精度10厘米内）；3、清淤效率是“港珠澳大桥”工程项目中所使用的“捷龙”船的2-4倍。清淤效率的大幅度提高则意味着“捷龙”需要更大排量的水下泥泵及与水下泥泵相配套的功率更大的动力系统和有别于之前的动力传动方式。而之前由DAMEN进行第二次改造设计的“捷龙”桁架式结构桥梁（长度为80米）的强度不足于安放更大排量的水下泥泵及水下泥泵传动系统（摆式齿轮箱），需要对“捷龙”桥梁进行重新设计及改造，以满足安放排量为7000 m3/h的水下泥泵及与其配套的水下泥泵传动系统（摆式齿轮箱）。
2、"捷龙"桥梁在“深中通道”工程中的适用性改造
2.1 船舶主尺度
船长72.10 m
型宽14.90 m
型深 4.25 m
吃水 2.15 m
2.2 设计依据
（1）原船现有的相关图纸及设备资料。
（2）国家现行有效的法律、法规及标准等。
（3）参考中国船级社（CCS）现行有效的规范、指南等。
2.3 设计原则
本次改造设计应遵循的主要原则如下：
（1）本次改造后该船满足挖深-40米产能要求。
（2）为有效控制改造成本，尽量恢复使用IHC第一次改造后的箱型桥梁和DAMEN第二次改造后的桁架结构桥梁材料。
（3）为尽量减少本次改造后新桥梁提升结构及其配套设施的变动，改造后的新桥梁（含清淤吸头装置）及安装于其上的挖泥配套设备总重量不超过为178吨（总重量控制指标，即均不超过IHC第一次改造后及DAMEN第二次改造后相应的总重量）。
2.4、具体方案
"捷龙"桥梁在“深中通道”工程中的适用性改造设计，具体方案如下：
（1）恢复使用IHC第一次改造后的箱型桥梁后段27.9米，增加延长过渡段约4.0米和延长桁架结构桥梁段约30.4米，总长约62.3米（不含清淤吸头装置）（如图4所示）。
图4 新桥梁侧视图
（2）沿用DAMEN第二次改造后的D340耳轴及安装于船体甲板上的耳轴座，箱型桥梁上的耳轴座重新设计和改造。
（3）对连接延长过渡段桥梁的原箱型桥梁端部局部结构进行结构改造和加强，满足延长桥梁后的强度要求。
（4）为有效控制改造成本，除恢复使用IHC第一次改造后的箱型桥梁后段27.9米外，延长新桁架结构桥梁均采用DAMEN第二次改造后的桁架结构桥梁材料（主要规格有Φ711×25mm、Φ711×17.5mm、Φ711×12.5mm及Φ219×10mm），且为将整个桥梁及安装于其上的挖泥配套设备总重量有效控制在178吨以内，我们将新延长桥架段（指延长过渡桥梁段和延长桁架结构桥梁段）部分的挖泥管作为延长新桁架结构桥梁的一部分，有效降低新延长桥梁段总重量。
（5）沿用DAMEN第二次改造后的桁架结构桥的配套设施基本保持不变。
本次改造方案的该船总布置侧视图如图5所示：
图5 总布置侧视图（本次改造）
2.5 方案可行性分析
2.5.1 新桥梁总重量
根据统计，箱型桥梁后段27.9米结构及安装于其上的设备设施（如单壳泥泵16.5t、转动齿轮箱12.5t、中间轴5.495t及泥管其支架10.2t等等，这些数据来源于现有的原船资料）统计重量合计约106.8吨，延长过渡桥梁段重量为20.048吨，延长桁架结构桥梁段重量为37.126吨，新增拉杆及走道重量约为1.8吨，清淤吸头装置及其维修平台统计重量约为7.0吨，因此新桥梁总重量约为：106.8+20.048+37.126+1.8+7.0=172.774吨，不超过178吨，达到新桥梁总重量控制指标。
2.5.2 船舶稳性及抗风浪能力
本次改造后新桥梁减轻了178-172.774=5.226吨，占本船原空船重量1628吨（数据来源于“Final Intact Stability Booklet”，中国船级社于2008年11月5日批准，批准号为GP07C095）的0.32%，即本次改造后空船重量变化很小，同时重心位置变化也很微小。另外，本次改造仅对桥梁及其配套设备进行改造，桥梁缩短了约20米，其它部分保持不变，即整船计入的受风面积还略有减小。因此，本次改造后整体对船舶稳性影响很微小，不需要重新核算船舶稳性。
本次改造后，本船主要尺度（包括船舶吃水）保持不变，船体的浸水湿表面积没有改变，而新桥梁整体基本位于水线以上，新桥梁的浸水湿表面积相对DAMEN第二次改造后的桁架结构桥梁的应是有少量减小，即本次改造后该船整体浸水湿表面积变化很微小，整体抗风浪能力没有降低。
2.5.3 新桥梁受力分析
新桥梁经过有限元受力分析，其结果表明：新桥梁结构（含箱型桥梁上新设计的耳轴座及箱型桥梁上原吊点耳板等局部结构构件）强度满足要求。此外，φ711×25挖泥管作为新桥梁的受力桁架的一部分，壁厚允许磨损5mm，即壁厚允许由现在的25mm磨损减薄至20mm，壁厚小于20mm后需要重新局部换管。
2.6 配套设施方案分析
（1）本次改造后新桥梁主提升机构（钢丝绳及滑轮组机构等）拟沿用DAMEN第二次改造后的桁架结构桥梁主提升机构（钢丝绳及滑轮组机构等），因本次的主提升吊点至耳轴中心距离与DAMEN第二次改造后的相近（均约为27.3m），且本次改造后新桥梁总重量也与DAMEN第二次改造后的相近，但新桥梁总长度较短，经核算重量重心位置距耳轴中心较近，使得相同重量情况下耳轴承受的分力相对增加，主提升吊点承受的分力相对减小，因此沿用DAMEN第二次改造后的桁架结构桥梁主提升机构（钢丝绳及滑轮组机构等）作为本次改造后新桥梁主提升机构是能够满足要求的，不需要再做进一步调整。
（2）虽然本次改造后新桥梁总长度比DAMEN第二次改造后的桁架结构桥梁短约20米，桥梁重心位置距耳轴中心的距离有所变短，使得相同重力作用下耳轴所承受的分力有所变大。但本次改造后新桥梁总长度比IHC第一次改造后的箱型桥梁的长度更长，桥梁重心位置距耳轴中心的距离更长，使得相同重力作用下耳轴所承受的分力有所变小，即本次改造后新桥梁耳轴所承受的分力比IHC第一次改造后的箱型桥梁耳轴所承受的分力更小，而本次改造拟沿用DAMEN第二次改造后所使用的D340耳轴，强度远远大于IHC第一次改造后所使用的D260耳轴，因此沿用DAMEN第二次改造后所使用的D340耳轴是能够满足受力要求的。同理，船体甲板上的DAMEN第二次改造后所使用的D340耳轴轴座也是能够满足受力要求的，均不需要再作进一步的调整。
（3）从上述第（2）项分析我们可知，相同重量情况下本次改造后新桥梁耳轴承受的分力比IHC第一次改造后的箱型桥梁耳轴承受的分力要小，沿用DAMEN第二次改造后的D340耳轴及其配套耳轴座是能够满足要求的，但D340耳轴及其配套耳轴座相比IHC第一次改造后的D260耳轴及其配套耳轴座其强度要大得多，因此作为支撑D340耳轴配套耳轴座的甲板结构及其底下加强结构相对IHC第一次改造后的要强，与耳轴座相连的甲板结构及其底下加强结构不需要再做进一步调整。
（4）因本次改造后新桥梁总重量不大于DAMEN第二次改造后的桁架结构桥梁总重量，且主提升吊点承受的分力相对DAMEN第二次改造后桁架结构桥梁的主提升吊点承受的分力要小，因此本次改造后新桥梁的其它配套设施沿用DAMEN第二次改造后桁架结构桥梁的其它配套设施（如提升绞车、提升门架及相关联的船体构件等）均能够满足要求，不需要再做进一步调整。
从以上分析结果可以看出，本次改造后新桥梁的配套设施沿用DAMEN第二次改造后的桁架结构桥梁的配套设施基本能够满足要求，不需要再做进一步调整。
3、结束语
上述"捷龙"桥梁在“深中通道”工程中的适用性改造设计方案能够使得"捷龙"桥梁满足：1、深基槽施工（清淤深度达到－40米）；2、高精度定位（高程精度10厘米内）；3、清淤效率是“港珠澳大桥”工程项目中所使用的“捷龙”船的2-4倍等的施工要求。同时新桥梁强度满足要求，能够安装排量为7000 m3/h的水下泥泵及与其配套的水下泥泵传动系统（摆式齿轮箱）和吸头。
另外沿用DAMEN第二次改造后的桁架结构桥的配套设施基本能够满足要求，尽量减少了配套设施的改造，最大限度降低了"捷龙"桥梁在“深中通道”工程中的适用性改造的成本。
因此本文所述方案可行，目前已按该方案对"捷龙"进行改造，为“深中通道”及粤港澳大湾区建设作出应有的贡献。
论文作者:钟旭辉
论文发表刊物:《基层建设》2019年第11期
论文发表时间:2019/7/5
标签：桥梁论文; 桁架论文; 结构论文; 分力论文; 大桥论文; 通道论文; 工程论文; 《基层建设》2019年第11期论文;