羅建美，梁豐收

（1.中交武漢港灣工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北 武漢 430040；2.中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，湖北 武漢 430040）

浮碼頭L形布置及新型提升系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

羅建美1，梁豐收2

（1.中交武漢港灣工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北 武漢 430040；2.中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，湖北 武漢 430040）

根據(jù)國(guó)內(nèi)外客運(yùn)浮碼頭現(xiàn)狀，結(jié)合武漢地區(qū)大水位差的情況，論述了武漢某浮碼頭工程采用L形平面布置方案以及利用新型提升系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)偏載活動(dòng)平臺(tái)與鋼引橋同步提升的工藝的相關(guān)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，解決碼頭長(zhǎng)度對(duì)主航道的影響。格雷母線定位檢測(cè)技術(shù)，解決偏載平臺(tái)同步提升問題，實(shí)現(xiàn)了提升全程的高精度自動(dòng)化操作。研究成果對(duì)大水位差、航道貼岸、客流量較大的客運(yùn)碼頭具有極好的應(yīng)用和推廣前景。

客運(yùn)浮碼頭；L形結(jié)構(gòu)；提升系統(tǒng)

1 工程概況

武漢某客運(yùn)碼頭采用浮碼頭結(jié)構(gòu)形式，前沿布置2艘60 m×16 m躉船，2艘躉船之間通過鋼引橋連接，每艘躉船后面通過1榀56 m×6 m活動(dòng)鋼引橋、提升平臺(tái)以及1榀40 m×6 m活動(dòng)鋼引橋組成L形結(jié)構(gòu)與接駁平臺(tái)連接，接駁平臺(tái)與后方大堤通過1條景觀長(zhǎng)廊連接，碼頭旅客吞吐量19.5萬人次/a，平面布置見圖1。

2 L形平面布置的選擇

2.1 國(guó)內(nèi)外客運(yùn)浮碼頭現(xiàn)狀

客運(yùn)浮碼頭根據(jù)項(xiàng)目建設(shè)地點(diǎn)地形地貌、水文地質(zhì)等條件的不同，有多種形式，常見有如下幾種形式[1-3]。

1）實(shí)體斜坡道形式：老碼頭常用形式，一般多用于較陡岸坡，斜坡道坡度一般1∶2～1∶4，斜坡道上設(shè)人行踏步，躉船與斜坡道間通過跳躉和跳板連接，旅客需步行踏步及跳躉跳板上下船。此類形式的客運(yùn)碼頭施工便捷，建設(shè)及運(yùn)行維護(hù)成本均較低，但旅客上下船較為不便，尤其是自行車、電動(dòng)車上下船極為困難，同時(shí)旅客也存在跌倒落水的安全隱患。另外因?qū)嶓w斜坡道阻水面積較大，在行洪要求較高的河段一般不允許建設(shè)此類碼頭。

2）架空斜坡道或棧橋：目前最常用的浮碼頭結(jié)構(gòu)形式，通道坡度較緩，一般不大于1∶7，旅客上下船比較便捷，碼頭安全性也較強(qiáng)。水位差較大時(shí)，碼頭前沿外伸較遠(yuǎn)，在架空棧橋間會(huì)設(shè)置數(shù)座提升架用于隨水位調(diào)節(jié)棧橋坡度，一般采用卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行提升。此類碼頭結(jié)構(gòu)阻水面積小，碼頭安全性較高，旅客發(fā)送能力較強(qiáng)，但水位差較大時(shí)碼頭外伸距離較遠(yuǎn)，可能影響主航道通航，因碼頭比較突出，自身也存在被過往船舶撞擊的安全隱患。

3）纜車碼頭：多用于大水位差且較陡岸坡，旅客上下船均乘坐纜車，較方便舒適。但纜車為間歇式作業(yè)，單次乘坐人員有限，考慮非機(jī)動(dòng)車輛需要時(shí)纜車轎廂尺寸較大；旅客發(fā)送能力一般，人流量密集時(shí)疏散壓力大，運(yùn)行維護(hù)成本較高。

4）浮箱/浮筒式棧橋：棧橋通過定位樁固定，下部設(shè)置浮箱浮于水上，棧橋始終保持水平狀態(tài)，適用于水位差較小、水流平緩的河流、湖泊、海灣等，靠泊船型一般較小。

2.2 L形平面布置的選擇

某客運(yùn)碼頭人流集中，客流量大，對(duì)碼頭疏散能力要求較高。而日常輪渡期間，自行車、電動(dòng)車等非機(jī)動(dòng)車輛數(shù)量較多，上下船通道坡度要求較緩，碼頭所處長(zhǎng)江河段水位差14 m，通道長(zhǎng)度勢(shì)必較長(zhǎng)?？紤]到以上特點(diǎn)，斜坡道形式、纜車、浮箱式棧橋等形式在本項(xiàng)目適用性均較差，本項(xiàng)目碼頭適宜采用架空棧橋形式，但受棧橋坡度及長(zhǎng)江主航道等因素限制，傳統(tǒng)直線形棧橋布置方案存在一些弊病，需加以改進(jìn)。本項(xiàng)目從傳統(tǒng)直線形布置方案入手，分析利弊，最終提出了L形布置棧橋的平面布置新形式。

2.2.1 直線形布置方案

1）碼頭棧橋呈直線形布置，水平段觀景長(zhǎng)廊穿過江灘后，通過2座活動(dòng)鋼棧橋與躉船銜接，2座活動(dòng)棧橋間設(shè)1座提升架，棧橋擱置在升降架內(nèi)活動(dòng)平臺(tái)上，水位漲落時(shí)通過提升活動(dòng)平臺(tái)來調(diào)整棧橋坡度，設(shè)計(jì)低水位時(shí)，棧橋坡度最陡，為1∶7。此方案行人及非機(jī)動(dòng)車上下船均較為舒適，活動(dòng)棧橋?qū)ΨQ布置，活動(dòng)平臺(tái)提升工藝較為簡(jiǎn)單，但因碼頭設(shè)計(jì)水位差較大，碼頭前沿外伸較遠(yuǎn)，影響主航道通航及碼頭自身結(jié)構(gòu)安全。

2）為使碼頭前沿線盡量后退，研究了抬高鋼棧橋在躉船上擱置點(diǎn)高程的改進(jìn)方案，即將躉船結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為3層甲板，鋼棧橋擱置在頂層甲板上，這樣在低水位時(shí)棧橋兩端高差從14 m降為7 m，可取消提升架及1座活動(dòng)棧橋，碼頭前沿線可后退50 m左右而滿足航道通航安全要求。此方案雖很好地解決了碼頭礙航的難題，但乘客需在躉船上上下3層甲板，安裝自動(dòng)扶梯及電梯成本較高，同時(shí)因躉船受力點(diǎn)在上部外側(cè)，傾覆力矩較大，躉船穩(wěn)性要求較高，宜設(shè)置定位樁及艙內(nèi)壓載等輔助措施，躉船建造成本也較高。

2.2.2 L形布置方案

對(duì)傳統(tǒng)方案進(jìn)一步改進(jìn)，將2座活動(dòng)鋼棧橋改為垂直L形布置，通過平行于岸線方向活動(dòng)棧橋調(diào)坡后再通過垂直于岸線方向活動(dòng)棧橋連接至前沿躉船，水位漲落時(shí)通過提升L形拐點(diǎn)處活動(dòng)平臺(tái)來調(diào)整棧橋坡度。此方案棧橋總長(zhǎng)度及坡度均與傳統(tǒng)直線形布置相同，但碼頭前沿線卻后退約50 m，滿足通航安全要求，躉船也無需作特殊處理。

3 同步提升系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

L形平面布置方案的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)是L形拐點(diǎn)處棧橋的提升工藝[4-5]，因棧橋落于提升平臺(tái)相鄰邊，平臺(tái)整體受力偏載極大，如何克服偏載平穩(wěn)提升是研究難點(diǎn)。針對(duì)該特點(diǎn)，將傳統(tǒng)的棧橋與活動(dòng)平臺(tái)分別獨(dú)立分步提升的分步提升方案與創(chuàng)新的棧橋與活動(dòng)平臺(tái)整體同步提升的同步提升方案2種思路進(jìn)行了對(duì)比研究。

3.1 分步提升方案

為減小活動(dòng)平臺(tái)偏載，將L形布置的2座鋼棧橋與活動(dòng)平臺(tái)分離（圖2、圖3），分別單獨(dú)提升。

在提升平臺(tái)上設(shè)4根立柱，立柱設(shè)導(dǎo)向凹槽和擱置牛腿，提升平臺(tái)中央設(shè)活動(dòng)平臺(tái)，立柱導(dǎo)向凹槽間設(shè)2根吊梁分別用于提升2座鋼棧橋，鋼棧橋鉸接在吊梁上，吊梁上設(shè)2個(gè)吊點(diǎn)?；顒?dòng)平臺(tái)的4角設(shè)4個(gè)吊點(diǎn)。在平臺(tái)上方為卷?yè)P(yáng)機(jī)房，其內(nèi)共設(shè)置了3套獨(dú)立的提升裝置，分別用于提升鋼棧橋和活動(dòng)平臺(tái)，提升裝置由卷?yè)P(yáng)機(jī)、滑輪組、鋼絲繩和吊具等組成。卷?yè)P(yáng)機(jī)采用雙聯(lián)卷筒，通過滑輪組分別實(shí)現(xiàn)吊梁上2個(gè)吊點(diǎn)間的力平衡和活動(dòng)平臺(tái)上4個(gè)吊點(diǎn)間的力平衡。

偏載活動(dòng)平臺(tái)分步的提升方案提升作業(yè)流程如下：

1）卷?yè)P(yáng)機(jī)放鉤連接吊點(diǎn)，升起鋼棧橋擱置在活動(dòng)平臺(tái)上的端部搭接板。

2）將1座鋼棧橋提升5 cm，推動(dòng)吊梁下的擱置梁將其移出牛腿。

3）將鋼棧橋提升至下一級(jí)高度超高5 cm，然后推動(dòng)吊梁下的擱置梁移入牛腿，鋼棧橋下降將擱置梁擱置在牛腿上落位。

4）重復(fù)步驟2）、3）分別提升另一座鋼棧橋及活動(dòng)平臺(tái)。

5）全部提升完成后降下鋼棧橋端部搭接板，卷?yè)P(yáng)機(jī)收鉤。

此提升驅(qū)動(dòng)方案能夠比較順利的實(shí)現(xiàn)L形布置鋼棧橋的提升作業(yè)，目前已成功在一些輪渡碼頭上成功應(yīng)用，但實(shí)際使用中還存在一些不足。

1）提升作業(yè)步驟較多，工作較為繁瑣。隨著水位的變化，每進(jìn)行1次坡道調(diào)整，就需要對(duì)2座鋼棧橋和活動(dòng)平臺(tái)分別做1次提升操作，且各項(xiàng)操作均不能同步進(jìn)行。

2）滑輪組系統(tǒng)可以在多個(gè)吊點(diǎn)間取得力平衡，但并不能直接滿足多個(gè)吊點(diǎn)間的同步提升。如果吊點(diǎn)間的荷載出現(xiàn)了不平衡，滑輪組系統(tǒng)就會(huì)使多個(gè)吊點(diǎn)組成的作業(yè)面產(chǎn)生傾斜，使得吊梁或活動(dòng)平臺(tái)不再保持水平狀態(tài)，最終會(huì)導(dǎo)致提升過程產(chǎn)生卡阻，甚至卡死。另外，因各鋼絲繩性能差異，導(dǎo)致鋼絲繩伸長(zhǎng)量產(chǎn)生差異，也易導(dǎo)致吊梁或活動(dòng)平臺(tái)傾斜卡阻。因此，采用該方案對(duì)吊梁及活動(dòng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)和制造及鋼絲繩性能要求都很高，吊梁和活動(dòng)平臺(tái)在提升過程中的重心必須與形心重合，保證各吊點(diǎn)間載荷的平衡，實(shí)際中較難實(shí)現(xiàn)。

3）棧橋及活動(dòng)平臺(tái)的提升高度需人肉眼觀察，精度差、效率低。

4）因棧橋及活動(dòng)平臺(tái)導(dǎo)向定位、擱置需要，各立柱尺寸不一，牛腿布置參差不齊，整體美觀性較差。

3.2 同步提升方案

由于分步提升方案有許多不足，在新建客運(yùn)碼頭中提出同步提升方案，基本出發(fā)點(diǎn)為將棧橋直接擱置在活動(dòng)平臺(tái)上，提升裝置直接對(duì)活動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行提升，見圖4、圖5。

在提升平臺(tái)4角對(duì)稱布置4根帶凹槽的立柱，立柱上等間距布置牛腿，提升平臺(tái)中央設(shè)置活動(dòng)平臺(tái)，由立柱凹槽導(dǎo)向定位，活動(dòng)平臺(tái)設(shè)4個(gè)吊點(diǎn)，主梁下倒掛4根擱置梁?；顒?dòng)平臺(tái)相鄰側(cè)兩主梁設(shè)鋼棧橋鉸支座，鋼棧橋鉸接于活動(dòng)平臺(tái)上，通過卷?yè)P(yáng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行提升。上方卷?yè)P(yáng)平臺(tái)與吊點(diǎn)對(duì)應(yīng)位置各布置1套提升裝置，每套提升裝置均由卷?yè)P(yáng)機(jī)、滑輪組、鋼絲繩及吊具等組成，相互獨(dú)立，可以根據(jù)控制系統(tǒng)的信號(hào)對(duì)提升速度進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，為減少后期維護(hù)量和備件數(shù)量，4套提升裝置規(guī)格相同，見圖6。

本方案提升作業(yè)流程如下：

1）卷?yè)P(yáng)機(jī)放鉤，與活動(dòng)平臺(tái)4個(gè)吊點(diǎn)連接。

2）預(yù)提升張緊，提升5 cm，解卡鎖電機(jī)正轉(zhuǎn)，將擱置梁從牛腿上方滑出。

3）卷?yè)P(yáng)機(jī)將活動(dòng)平臺(tái)整體提升到上一級(jí)牛腿上方設(shè)計(jì)高度超高5 cm。

4）解卡鎖電機(jī)翻轉(zhuǎn)，將擱置梁滑入牛腿的上方。

5）活動(dòng)平臺(tái)下放，擱置梁擱置到位。

6）卷?yè)P(yáng)機(jī)收鉤，提升作業(yè)完成。

4 活動(dòng)平臺(tái)定位檢測(cè)技術(shù)

棧橋與活動(dòng)平臺(tái)整體同步提升方案中活動(dòng)平臺(tái)偏載較為嚴(yán)重，提升過程中保持活動(dòng)平臺(tái)水平狀態(tài)是本方案成敗的關(guān)鍵，傳統(tǒng)肉眼觀察難以達(dá)到要求，因此需選擇1套成熟穩(wěn)定的定位檢測(cè)技術(shù)對(duì)活動(dòng)平臺(tái)姿態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)與反饋。目前國(guó)內(nèi)外常用的定位檢測(cè)技術(shù)主要有：旋轉(zhuǎn)編碼器、光標(biāo)尺、條形碼、GPS定位、拉繩傳感器、格雷母線，項(xiàng)目對(duì)這幾種檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行比較，具體見表1。

本項(xiàng)目位于長(zhǎng)江露天環(huán)境，環(huán)境較為惡劣，中高水位時(shí)設(shè)備會(huì)浸泡于水下。目前格雷母線技術(shù)已廣泛應(yīng)用于鐵路、煤炭、鋼鐵、機(jī)械、造船等領(lǐng)域高溫高濕、粉塵污染、高腐蝕惡劣工業(yè)環(huán)境，技術(shù)成熟穩(wěn)定，特別是格雷母線和天線箱均為無源器件，具有防水浸泡特點(diǎn)，相比其他定位檢測(cè)技術(shù)，具有較好的性價(jià)比[6]。因此，項(xiàng)目首次將格雷母線定位檢測(cè)技術(shù)嫁接至碼頭提升系統(tǒng)中，利用3點(diǎn)成面的原理，每個(gè)活動(dòng)平臺(tái)布置3套定位系統(tǒng)，以確保碼頭提升過程中保持平穩(wěn)，順利提升。

本方案具備以下顯著優(yōu)點(diǎn)：

1）4臺(tái)變頻卷?yè)P(yáng)機(jī)分別獨(dú)立提升4個(gè)吊點(diǎn)，分別根據(jù)控制系統(tǒng)信號(hào)實(shí)時(shí)調(diào)整提升速度和提升高度，精度高，穩(wěn)定性強(qiáng)。

2）棧橋與活動(dòng)平臺(tái)整體同步提升，提升作業(yè)步驟少，操作簡(jiǎn)便省時(shí)。

3）結(jié)構(gòu)布置緊湊，牛腿數(shù)量少，整潔美觀，滿足項(xiàng)目景觀要求。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過對(duì)客運(yùn)浮碼頭平面布置形式、棧橋提升工藝技術(shù)要點(diǎn)分析，希望能為類似項(xiàng)目提供參考，形成結(jié)論如下。

1）針對(duì)水位差較大、航道貼岸、客流量大的特點(diǎn)，提出客運(yùn)浮碼頭L形平面布置新形式，有效解決了傳統(tǒng)大水位差客運(yùn)浮碼頭外伸距離過長(zhǎng)、占用主航道或可航水域而影響過往船舶及碼頭自身安全的問題。

2）研發(fā)了L形布置鋼棧橋偏載活動(dòng)平臺(tái)整體化提升驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，大大提高了棧橋提升效率和安全性。

3）首次將格雷母線定位檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于客運(yùn)浮碼頭建設(shè)，自動(dòng)完成活動(dòng)平臺(tái)提升過程中的位置檢測(cè)和糾偏控制，提高了棧橋同步提升系統(tǒng)的智能化水平。

[1] 邱駒.港工建筑物[M].天津：天津大學(xué)出版社，2002. QIU Ju.Port structure[M].Tianjin:Tianjin University Press,2002.

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[3] JTJ 212—2006，河港工程總體設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. JTJ 212—2006,Code for master design of river port engineering[S].

[4] 陳進(jìn)，周曉輝.工業(yè)有軌作業(yè)機(jī)車自動(dòng)定位控制[J].電氣應(yīng)用，2006，25（5）：65-68. CHEN Jin,ZHOU Xiao-hui.Automatic positioning control of job locomotive[J].Electrotechnical Application,2006,25(5):65-68.

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Design points of L-shaped layout and new type hoisting system for floating wharf

LUO Jian-mei1,LIANG Feng-shou2
（1.CCCC Wuhan Harbour Engineering Design&Research Co.,Ltd.，Hubei,Wuhan,430040,China 2.CCCC Second Harbor Consultants Co.,Ltd.，Hubei,Wuhan,430040,China）

According to the situation of domestic and international passenger floating wharfs,combining with great height of water in Wuhan,we introduced key technical points of a floating wharf project used the L-shaped layout plan and make use of new type hoisting system to load activity platform and steel approach bridge synchronous ascension,solved the berth length's influence on the main channel.In this paper,through the gray bus location detection technology,we solved the activity platform synchronous hoisting，and improved the whole precision automation.The results have the very good application and popularization prospects in great water level difference,channel,larger passenger terminal.

passenger floating wharf;L-shaped structure;hoisting system

U656.117

A

2095-7874（2017）03-0043-05

10.7640/zggwjs201703009

2016-09-22

2016-11-19

羅建美（1984— ），女，福建建甌市人，工程師，港口航道與海岸工程專業(yè)。E-mail：ljm358@163.com