上海交通大学学报

上海交通大学学报, 2023, 57(S1): 198-202 doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.S1.13

“长江口二号”古船迁移保护项目中失能坞门的检测与修复

朱小东,1, 唐继蔚1, 蔡荔1, 周东荣1, 汪佳君2, 蒋梦嫣2

1.交通运输部上海打捞局,上海 200090

2.中船第九设计研究院工程有限公司,上海 200063

Detection and Repair of Failure Dock Gate in Relocation and Protection of “Yangtze River Estuary II” Ancient Ship

ZHU Xiaodong,1, TANG Jiwei1, CAI Li1, ZHOU Dongrong1, WANG Jiajun2, JIANG Mengyan2

1. Shanghai Salvage of the Ministry of Transport, Shanghai 200090, China

2. China Shipbuilding NDRI Engineering Co., Ltd., Shanghai 200063, China

收稿日期: 2022-07-7   修回日期: 2022-07-25   接受日期: 2022-08-22  

Received: 2022-07-7   Revised: 2022-07-25   Accepted: 2022-08-22  

作者简介 About authors

朱小东(1982-),高级工程师,从事打捞及海洋工程研究.E-mail:zxd@coes.cn.

摘要

“长江口二号”古船迁移保护项目中需使用船坞进行考古作业工作,为此将已废置多年老旧失能坞门的使用功能进行恢复.首先,对失能坞门进行检测,根据检测结果对坞门进行拆除、维修及加固作业.经过修复整备后,失能坞门成功起浮开门,在古船进坞作业后顺利关门落墩止水,为考古工作提供了良好的作业环境.失能坞门恢复启闭功能的工作在国内造船行业属于首创,增加了人们对坞门这种专用设备全生命周期的进一步认识.

关键词： “长江口二号”古船; 坞门; 搬迁和保护; 检测与修复

Abstract

In order to use the dock for archaeological work in “Yangtze River Estuary II” ancient shipwreck salvage, the function of the old and disabled dock gate that has been abandoned for many years are restored. In order to resume service, the failure dock gate is tested, and the relevant removal, maintenance, and reinforcement of the dock gate are conducted based on the test results. After repair, the failed dock gate is lifted and opened successfully. After the ancient ship entered the shipyard, the gate closes smoothly, providing a good working environment for archaeological work. The recovery work of the failure dock gate is the first of its kind in the domestic shipbuilding industry. The full life cycle of special equipment such as dock gate is further understood.

Keywords： “Yangtze River Estuary II” ancient ship; dock gate; relocation and protection; detection and repair

PDF (25805KB) 元数据 多维度评价 相关文章 导出 EndNote| Ris| Bibtex  收藏本文

本文引用格式

朱小东, 唐继蔚, 蔡荔, 周东荣, 汪佳君, 蒋梦嫣. “长江口二号”古船迁移保护项目中失能坞门的检测与修复[J]. 上海交通大学学报, 2023, 57(S1): 198-202 doi:10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.S1.13

ZHU Xiaodong, TANG Jiwei, CAI Li, ZHOU Dongrong, WANG Jiajun, JIANG Mengyan. Detection and Repair of Failure Dock Gate in Relocation and Protection of “Yangtze River Estuary II” Ancient Ship[J]. Journal of Shanghai Jiaotong University, 2023, 57(S1): 198-202 doi:10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.S1.13

按照“长江口二号”古船的考古打捞及迁移保护计划,古船打捞出水后存放于杨浦滨江上海船厂旧址的1#船坞中.但1#船坞自上海船厂杨浦厂区2015年迁址后就再也没有启用过,且船坞坞门经过改造已成为作为黄浦江滨江景观走道之一部分.故船坞口坞门能否起浮开启及下沉关闭是首先需要解决的问题.船坞坞门的沉浮开闭功能恢复工作由原坞门设计单位即中船九院进行.

1 概述

坞门大体情况如下:1#坞门于1998年投入使用,2008年进行过一次大修,此后自上海船厂杨浦厂区2015年停工至今,已有8年未进行功能性维护保养;且其作为杨浦滨江步道的一环,坞门上部已作步道改造,成为市民休闲散步、体育锻炼的场所(见图1).可以认定此坞门为失去其正常沉浮启闭功能的坞门,以下简称失能坞门.通过调研九院设备院原始设计资料,确定本次失能坞门为钢质浮箱式坞门.工作原理为灌水重力下沉式关门,排水起浮开门.线型尺寸为长37.5 m,宽5.2 m,高12.35 m(含2 m高防汛挡板),轻载排水量约900 t,其中钢结构、管路系统、附件及相关设备约314 t.

图1

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图1   坞门上部休闲步道

Fig.1   Leisure walkway above dock gate


针对失能坞门必须先对其进行检测,以了解坞门目前的整体状况.根据检测情况对坞门失能状态进行评估,再根据评估结果进行针对性修复,使得坞门功能复原,从而使得失能坞门满足本次古船项目的使用要求.

2 坞门检测

2.1 准备工作

为准确掌握坞门目前的质量状况,以坞门设计验收规范、钢结构验收、检测规范及相关行业标准、规范为基础,在不破坏坞门结构前提下,通过外观质量检测、变形检测、焊缝无损探伤、钢结构板壁厚度测量等, 多方位全功能地进行实际勘查.

2.2 现场作业

现场检测大致分为两大项,一方面是对坞门基本情况的目视外观检测,另一方面是利用专业仪器对坞门情况进行各类仪器检测.

目视检测通过对坞门结构外观质量如坞门门体结构,管路系统,电气系统,止水承压装置,护舷、通道斜梯、系泊设备等舾装件的观察,得到坞门大致情况的评估;指出显而易见的问题,例如严重的钢结构腐蚀、护舷木脱落、坞门上甲板进行步道改造、电气设备严重老旧腐坏等情况(见图2).随后,对坞门整体通电,发现内部设备通电后无反应.

图2

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图2   坞门目视检测发现的问题

Fig.2   Problems found in visual inspection of dock gate


将目视检测结果作为依据,进行专业仪器重点检测排查.变形检测是对坞门门体结构总体挠度进行检测,以掌握坞门承受总水压力后弯曲变形情况.检测止水承压面承受门槛反力处结构变形以及每跨肋骨间距内扶强材局部变形等,判断其是否存在结构失稳.焊缝无损探伤包括对焊缝表面或近表面的缺陷进行磁粉检测,和对接全熔透焊缝内部缺陷进行超声波检测(见图3).钢板测厚是采用超声波原理测量构件的厚度,了解目前钢板剩余板厚情况,与设计初始值的偏差对比,从而掌握钢板腐蚀程度.测量前对表面进行打磨处理.

图3

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图3   坞门现场检测

Fig.3   Field inspection of dock gate


2.3 检测数据收集

坞门的检测作业完成后,收集、汇总检测得到的数据,可以得到坞门大致整体情况的各项数据指标.利用全站仪得到坞门整体及两侧的变形量,可以发现整体变形确实较大.分析坞门两侧止水带钢板变形情况,发现坞门止水带钢板最大变形量已达到16 mm,位于坞门左侧止水带,可能影响坞门止水性能.从现场情况来看,目前坞门确有轻微渗漏,但总体不影响坞门止水效果.坞门整体最大变形量为22 mm.

经过超声波检测(UT)检测与磁粉检测(MT)(见图4),发现坞门有2处超标缺陷.经对坞门陆侧钢板厚度的超声波测厚,发现多点钢板腐蚀较为严重,钢板测点板厚最薄3.94 mm,最大减薄量达39.4%.且外观检测发现泄水管法兰角接与人孔法兰角接油漆脱落,锈蚀严重,局部焊缝油漆脱落,锈蚀严重.坞门内部存在渗水现象.

图4

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图4   坞门现场UT与MT

Fig.4   On-site UT and MT of dock gate


2.4 数据分析

得到实测数据后,便可将坞门检测数据与理论计算相结合,验算坞门整体可靠性.

2.4.1 坞门整体计算

根据坞门设计防汛水位为+5.86 m,坞门支承面标高为 -5.35 m,底部支撑高度为0.15 m,可得最大水位差为11.06 m.止水宽度按650 mm计算,故受载宽度为36.85 m.

根据水压力计算公式得出坞门在关门止水状态时所受的静水压力为

p=12ρH2Bzs

其中:ρ为介质密度;H为水位高度;Bzs为支撑面宽度.

对坞门分配坞门各处受力情况,得到坞门所受水压力.根据相关规范[1]可得钢板腐蚀量为2 mm,将坞门钢结构水下区及见湿区的钢板厚度减去钢板腐蚀量,再根据坞门设计图纸,可得坞门整体弯矩及坞门截面的抗弯截面系数.由此得坞门最大截面应力σ=143.5 MPa.应力计算完成后,计算坞门最大挠度,以校验坞门在受水压力工况下的形变情况,可得到坞门最大挠度f=37.23 mm.

2.4.2 坞门整体应力验算

依据相关规范[1],坞门的结构设计计算采用容许应力方法,结构主体材料为Q235,许用抗拉、抗压抗弯σ为160 MPa,和坞门的计算结果比较,坞门计算结果σ'=143.5 MPa<σ,故应力计算通过.

2.4.3 坞门整体刚度验算

依据相关规范[2],“坞门门体大梁的最大挠度与计算跨度之比一般不超过1/1 000.若能保证水密良好时,也可适当降低要求.”现坞门最大挠度f为37.23 mm,由此可得坞门跨度比为1/1 007,满足规范中的要求.

根据上述计算,坞门处于工作状态时,其理论状态下整体结构稳定性符合规范要求.对比数据可知,坞门整体性能符合设计要求,检测数据验证了理论计算结果的正确性.

2.5 小结

对上述各部分内容进行小结,可得检测结论:坞门整体依旧完整可用,但需要对坞门存在问题的各部分进行修复方可恢复使用功能.

3 坞门修复意见

根据外观目视、仪器检测数据结果及计算分析,可将坞门问题及其应对策略归纳如下.

3.1 管路修复

坞门内部电气系统及管路系统中的泵阀系统均已失效.坞门自从2015年后再未进行过沉浮启闭操作,同时,其维护保养工作停止.现坞门内部温度湿度较高,对电气系统影响极大.目视检查后,发现电气设备及泵阀设备存在不同程度锈蚀.初步推断坞门内部电气系统及泵阀系统可能失效,接通坞门电源后,坞门电气系统及泵阀系统确实均无反应.应对坞门电气及管路系统中的泵阀进行系统性维修更换,或者放弃使用坞门电气及泵阀系统使用外部泵阀进行坞门沉浮作业.

3.2 门体修复

坞门压载水舱舱壁钢板腐蚀严重,且部分区域较为严重.根据坞门钢结构板厚检测,钢板测点板厚最薄3.94 mm,同时存在焊缝检测不合格的情况.对比杨浦滨江提供的2017年维修加固工程资料,发现其腐蚀有明显加速.虽然钢板目前还未腐蚀坏损,但是将来隐患不小.目前钢板厚度经过修补后依旧可以使用.对其修复的建议为:必须将坞门修复完成后,方可开启坞门.

坞门操作舱内部腐蚀情况良好,绝大多数钢板经过板厚检测都合格,存在局部钢板腐蚀超标情况.但对超标处进行修补后,坞门能正常使用.对其修复建议为:对操作舱内腐蚀钢板进行维修加固作业.

3.3 止水修复

坞门江侧止水装置顶部已经脱落,应是螺栓损坏造成的,必须补全江侧止水装置,此处止水橡胶及承压垫需重新安装到位.同时坞门陆侧止水长时间受压,情况无法预知.建议坞门止水装置重新安装以保证关门后坞门止水正常.

3.4 坞门上甲板修复

坞门上甲板步道在未来沉浮作用中,影响坞门稳性同时也会影响坞门上甲板的操作作业.根据之前的坞门理论计算,坞门沉浮时本坞门的初稳心高度为1.006 m.估算步道总重为10 t,新增步道后初稳心高度变为0.94 m,小于坞门规范要求的初稳心高度,存在安全风险.坞门上甲板铺设的步道一定会影响坞门沉浮过程中的稳定性.因此坞门上甲板的步道在沉浮作业前必须拆除.

现坞门安装的护舷规格并非船舶拖带使用的钢护舷,其设计结构中只有若干块板与坞门连接.新制护舷并非坞门靠船的护舷形制,无法在坞门起浮时靠船,在拖带过程中可能存在损坏的风险.应更换可靠船用护舷或者去除此护舷后在外部增加其他护舷.

4 坞门启闭及使用情况

除止水装置以外的修复工程完工后,坞门于2022年11月初进行第一次坞门试开.从船坞灌水到内外齐平后(见图5),坞门开始排出压载水进行起浮作业,坞门起浮至轻载吃水状态,吃水达到预期值.坞门起浮后发现坞门止水因长时间与船坞墙挤压,止水橡胶已经变形,且安装止水橡胶的螺栓也已经受到腐蚀,故起浮时坞门止水带各处均有不同程度损坏.更换完成后,坞门随即进行灌水下沉的关门作业.坞门落座到位后,通过预先设置的排水泵将船坞内部的江水排出,达到坞门挡水效果.这次开启作用中,坞门经过更换的设备运行正常,止水带更换后止水效果达到要求,沉浮过程也平稳安全,使用功能得到恢复.

图5

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图5   船坞灌水与排水

Fig.5   Dock filling and drainage


2022年11月中,古船按预定计划打捞出水,随后顺着长江逆流而上进入黄浦江区域,此时坞门开启团队根据计划安排,顺利打开坞门.在古船到达后顺利进入上海船厂旧址1号船坞安全落墩(见图6),随后坞门关闭.整个“长江口二号”古船项目转入考古发掘阶段.

图6

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图6   坞门起浮与古船进坞

Fig.6   Floating of dock gate and docking of ancient ship


5 结论

在这次“长江口二号”古船打捞项目中,中船九院设备院积极参与到项目实施全过程.先是参与前期资料收集,包括如坞门设计与建造竣工参数、使用期间工况分析,以及坞门废置后改造情况.随后又在失能坞门功能恢复中发挥指导性作用,使用检测的方式摸清坞门情况,运用设计院下水专业专有技术验算坞门情况,最后根据情况提出功能修复的全部意见,在失能坞门的恢复中起到关键作用.

在项目中进行了坞门整体检测工作,取得维护老旧失能坞门的经验,对于坞门长期使用后容易发生的问题细节有了充分认识,在未来的设计中可以针对这些问题做好周全应对.本项目也使坞门团队得到历练,对于坞门这种专用设备的全生命周期有了进一步认识,可在设备保养维护阶段进行详尽的检测修复工作,也可在设备退役后评估报废或回收再生循环应用程度,并将以上信息回馈至设计阶段,提高设备整体使用性能.

可以利用其他船厂的坞门对恢复性检修作进一步研究探讨.例如可以对老旧船厂长时间不启用的坞门进行功能恢复,使得原先不能使用的船坞再利用.上海众多船厂搬迁至长兴岛后,众多遗留船坞都可恢复利用,将有历史价值的船舶引入作为陈列馆,既能提高船厂旧址的社会效益,也能让原本空闲的船坞产生经济价值.

坞门只是众多非标下水设备中的一种,对坞门进行检测与修复工作所积累的经验,可以推广到船厂其他非标设备,如船厂登船塔、移动式风雨棚等常用非标设备.对船厂非标设备全生命周期管理可显著提高完善船厂的设备情况.根据完善情况对各类设备进行针对性维修,能保障船厂设备的正常使用率,从而可以在确保设备少停工甚至不停工的情况下渡过设备的大修周期.

参考文献

中华人民共和国交通运输部. 水运工程质量检验标准: JTS 257—2008[S]. 北京: 人民交通出版社, 2008.

[本文引用: 2]

Ministry of Transport of the People’s Republic of China. Standard for quality inspection of port and waterway engineering construction: JTS 257—2008[S]. Beijing: China Communications Press, 2008.

[本文引用: 2]

中华人民共和国工业和信息化部. 干船坞设计规范:CB/T 8524—2011[S]. 北京: 中国船舶工业综合技术经济研究院, 2011.

[本文引用: 1]

Ministry of Industry and Information Technology of the People’s Republic of China. Code for design of dry dock: CB/T 8524—2011[S]. Beijing: China Institute of Marine Technology & Economy, 2011.

[本文引用: 1]

/

〈 〉