周劍鋒 薛孝行 葛勁松 吳建軍

【摘 要】 為確保運(yùn)輸建筑泥漿船舶的安全，通過(guò)分析建筑泥漿的特性和運(yùn)輸船舶貨艙特點(diǎn)，以代表性船舶為例，計(jì)算裝載不同密度建筑泥漿的代表船舶在滿載時(shí)自由液面對(duì)船舶穩(wěn)性的影響和貨物傾側(cè)力矩對(duì)穩(wěn)性的影響。結(jié)果表明：貨物密度、貨艙開口和艙口圍、貨艙水密縱艙壁等因素是影響船舶穩(wěn)性的關(guān)鍵因素。建議：船舶穩(wěn)性計(jì)算應(yīng)反映出裝載不同密度貨物時(shí)船舶的穩(wěn)性；提高船員責(zé)任意識(shí)和業(yè)務(wù)能力，強(qiáng)化船舶管理，必要時(shí)安裝貨物液面非均衡監(jiān)控裝置和報(bào)警裝置；排水量過(guò)小的船舶不宜設(shè)置水密縱艙壁。

【關(guān)鍵詞】 船舶穩(wěn)性；建筑泥漿；自由液面；復(fù)原力矩

0 引 言

近年來(lái)由于環(huán)保原因，建筑泥漿逐漸由陸上處理轉(zhuǎn)為海上處理，海船運(yùn)輸建筑泥漿的情況越來(lái)越多。由于建筑泥漿的裝卸特點(diǎn)和運(yùn)輸特性，目前運(yùn)輸建筑泥漿的海船主要來(lái)自于改建的干貨船或液貨船，《國(guó)內(nèi)航行海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》（以下簡(jiǎn)稱《法定檢驗(yàn)規(guī)則》）對(duì)此并沒(méi)有特別詳細(xì)規(guī)定。在實(shí)踐中，因?yàn)樨浳镌驅(qū)е麓胺€(wěn)性喪失的情況時(shí)有發(fā)生，因此有必要研究建筑泥漿對(duì)其運(yùn)輸船舶穩(wěn)性的影響。

1 建筑泥漿的特性

建筑泥漿是盾構(gòu)工程或打樁時(shí)產(chǎn)生的泥漿，具有以下5個(gè)特點(diǎn)：

（1）裝卸和運(yùn)輸期間處于液態(tài)。建筑泥漿是由水和固體顆粒組成的懸浮性液體。

（2）一般由岸基泥漿泵裝卸，裝卸速度快。主要裝船點(diǎn)的泥漿裝船速度約為700 m3/h。

（3）密度大。建筑泥漿中的細(xì)小顆粒物懸浮在液體中，使得液體密度明顯提高。

（4）含有少量重金屬。

（5）建筑泥漿中有防止凝固的物質(zhì)，因此在短時(shí)間內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)明顯的沉淀現(xiàn)象。

2 海船運(yùn)輸建筑泥漿的安全性

2.1 運(yùn)輸要求

使用海船運(yùn)輸建筑泥漿是我國(guó)近些年新出現(xiàn)的運(yùn)輸方式。部分海事主管部門出于環(huán)保需要，要求建筑泥漿運(yùn)輸船不能采用開底駁船運(yùn)輸，因此，在實(shí)踐中采用閉底的普通貨船運(yùn)輸建筑泥漿。與挖泥船和開底駁船相比，閉底的普通貨船具有艙口大、艙口圍高的特點(diǎn)。

2.2 船舶穩(wěn)性計(jì)算原理

由于《法定檢驗(yàn)規(guī)則》未將閉底建筑泥漿運(yùn)輸船列為特殊船舶，因此，參照普通貨船標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)船舶原理知識(shí)和《法定檢驗(yàn)規(guī)則》推薦方法計(jì)算船舶穩(wěn)性。

由于建筑泥漿處于液態(tài)，需要考慮泥漿自由液面對(duì)船舶穩(wěn)性的影響。另外，為了降低泥漿自由液面對(duì)船舶穩(wěn)性的影響，部分船舶在貨艙中設(shè)置水密縱艙壁，但在實(shí)際營(yíng)運(yùn)中發(fā)現(xiàn)由于人員失誤或者設(shè)備故障，裝卸貨物時(shí)存在貨物左右不均衡現(xiàn)象，由此產(chǎn)生貨物傾側(cè)力矩。因此，建筑泥漿對(duì)船舶穩(wěn)性的影響需要考慮其自由液面和貨物裝載左右不均衡等因素。

貨物自由液面對(duì)船舶穩(wěn)性的影響與液體密度和貨艙艙型密切相關(guān)，在船舶穩(wěn)性衡準(zhǔn)中表現(xiàn)為自由液面對(duì)船舶初穩(wěn)心高度和復(fù)原力臂的影響，三者之間的關(guān)系可用公式（1）和（2）表示為

3 艙內(nèi)建筑泥漿對(duì)船舶穩(wěn)性的 影響

以M公司代表性船舶A船和B船為例，分析建筑泥漿對(duì)船舶穩(wěn)性的影響，其中：A船由干貨船改建而成，貨艙沒(méi)有設(shè)置水密縱艙壁，1 736總噸； B船由油船而成，貨艙設(shè)置有水密縱艙壁，482總噸。

3.1 貨物的自由液面對(duì)船舶穩(wěn)性的影響

3.1.1 船舶初穩(wěn)心高度和復(fù)原力臂的計(jì)算

裝載不同密度貨物的船舶在滿載時(shí)自由液面對(duì)船舶初穩(wěn)心高度的修正、船舶復(fù)原力臂的影響分別見圖1和圖2。

3.1.2 計(jì)算結(jié)果

由圖1可得：當(dāng)貨物密度超過(guò)1.2？03 kg/m3或者小于1.1？03 kg/m3時(shí)，密度變化對(duì)船舶初穩(wěn)心高度影響呈線性變化，但影響不大；當(dāng)貨物密度處于兩者之間時(shí)，密度變化對(duì)船舶初穩(wěn)心高度影響大，出現(xiàn)影響突變現(xiàn)象。

由圖2可得：當(dāng)貨物密度超過(guò)1.2？03 kg/m3時(shí)，密度變化對(duì)船舶復(fù)原力臂影響不大；當(dāng)貨物密度小于1.1？03 kg/m3時(shí)，密度變化對(duì)船舶復(fù)原力臂影響也不大；當(dāng)貨物密度處于兩者之間時(shí)，密度變化對(duì)船舶復(fù)原力臂影響大，出現(xiàn)影響突變現(xiàn)象。

對(duì)比分析貨物的不同密度對(duì)船舶穩(wěn)性的影響可知：不同密度貨物自由液面對(duì)船舶初穩(wěn)心高度和船舶復(fù)原力臂的影響明顯分為低密度區(qū)、高密度區(qū)、中間過(guò)渡區(qū)等3個(gè)區(qū)域。這是由于當(dāng)船舶滿載時(shí)不同密度貨物的液面高度不同，艙口圍對(duì)自由液面作用的影響明顯（當(dāng)液面高于艙口圍時(shí)貨物自由液面影響相對(duì)較小，當(dāng)液面低于艙口圍時(shí)貨物自由液面影響相對(duì)較大），因此貨艙艙口圍影響自由液面的作用會(huì)發(fā)生突變。

需要注意的是，上述計(jì)算方法并不能真實(shí)反映中間過(guò)渡區(qū)自由液面對(duì)船舶穩(wěn)性的影響。雖然圖1顯示的中間過(guò)渡區(qū)類似于線性變化，但這只是線性內(nèi)插作圖的結(jié)果，實(shí)踐中中間過(guò)渡區(qū)自由液面對(duì)船舶穩(wěn)性的影響并不一定如圖所示。

3.2 貨物傾側(cè)力矩對(duì)船舶穩(wěn)性的影響

3.2.1 力臂和船舶橫傾角的計(jì)算

為了比較不同船舶噸位時(shí)貨物傾側(cè)力矩對(duì)船舶穩(wěn)性的影響，假定A船設(shè)置一道水密縱艙壁。在不同裝載量下貨物傾側(cè)力矩對(duì)A船穩(wěn)性的影響分別見圖3、圖4、圖5；在不同裝載量下貨物傾側(cè)力矩對(duì)B船穩(wěn)性的影響分別見圖6～圖10。

3.2.2 計(jì)算結(jié)果

由圖3、圖4、圖5可得：當(dāng)A船貨物非均衡裝載量為116 t時(shí)，貨物傾側(cè)力矩對(duì)船舶穩(wěn)性影響很小，造成的船舶橫傾角一般為3?。堪ｄ主因灾冓A船排水量大，船舶穩(wěn)性抵抗傾側(cè)力矩能力強(qiáng)。

由圖6～圖11可得：B船計(jì)算結(jié)果顯示貨物傾側(cè)力矩對(duì)船舶穩(wěn)性影響明顯，船舶穩(wěn)性喪失較多，導(dǎo)致船舶嚴(yán)重橫傾。當(dāng)B船貨物非均衡裝載量為56 t時(shí)，船舶抵抗貨物傾側(cè)力矩后船舶剩余復(fù)原力臂明顯減少，船舶橫傾角達(dá)10白笥遙壞盉船貨物非均衡裝載量為116 t時(shí)，船舶抵抗貨物傾側(cè)力矩后船舶剩余復(fù)原力臂明顯減少，且船舶少量裝載和滿載時(shí)剩余復(fù)原力臂幾乎為零，船舶橫傾角達(dá)20白笥搖T斐繕鮮黿峁腦蛑饕譴拔刃孕 ⑴潘啃 ？

3.3 建 議

通過(guò)上述計(jì)算和分析可以發(fā)現(xiàn)：（1）當(dāng)貨物密度發(fā)生變化時(shí)，滿載狀態(tài)下貨物液面高度會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，自由液面傾側(cè)力矩存在突變現(xiàn)象，因此船舶穩(wěn)性計(jì)算應(yīng)反映出裝載不同密度貨物時(shí)船舶的穩(wěn)性；（2）設(shè)置貨艙水密縱艙壁雖然可以顯著降低貨物自由液面對(duì)船舶穩(wěn)性的影響，但是同樣可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的船舶穩(wěn)性事故，因此設(shè)置有水密縱艙壁的船舶需要提高船員的責(zé)任意識(shí)和業(yè)務(wù)能力，強(qiáng)化船舶管理，同時(shí)有必要安裝貨物液面非均衡監(jiān)控裝置和報(bào)警裝置，防范人為失誤；（3）當(dāng)貨物非均衡裝載時(shí)，船舶排水量越大，船舶受貨物傾側(cè)力矩影響越小。由于小型船舶抵抗貨物傾側(cè)力矩能力弱，加之貨物裝卸速度快，留給船員響應(yīng)和糾正時(shí)間非常短暫，因此排水量過(guò)小的船舶不宜設(shè)置水密縱艙壁。

4 結(jié) 語(yǔ)

在計(jì)算貨物自由液面影響時(shí)，采用《法定檢驗(yàn)規(guī)則》規(guī)定的方法并不能準(zhǔn)確計(jì)算貨物液面在艙口圍附近時(shí)貨物的自由液面傾側(cè)力矩，因此，對(duì)于擁有大開口艙口和高艙口圍的船舶，需要進(jìn)一步研究裝載液貨對(duì)船舶自由液面影響的計(jì)算方法。