姚方明，梁 進(jìn)，農(nóng)志祥，肖建國(guó)，陸少鋒

（廣西新港灣工程有限公司，廣西南寧 530200）

引言

本文以急流河段工程船錨纜布置方法為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)出雙錨纜控制錨機(jī)，顯著減少錨機(jī)占位，集中控制錨纜的收放；運(yùn)用流體力學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)原理進(jìn)行受力分析計(jì)算，設(shè)計(jì)出船艏兩錨纜“八”字形布置，船艉一錨纜與四橫纜布置的七錨纜布置方法，船艏兩錨纜與靠近船艏的橫纜組成三角穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)，使工程船在急流環(huán)境下保持穩(wěn)定，不易發(fā)生移位、穩(wěn)定時(shí)效長(zhǎng)，能夠提高工程船在施工過(guò)程中的效率，可移船范圍大，有效工作面廣，減少了拋錨次數(shù)，解決了工程船在急流環(huán)境下易移位、施工困難的問(wèn)題，使急流狀態(tài)下爆破作業(yè)得以正常開(kāi)展。

1 施工設(shè)計(jì)及確定錨數(shù)

根據(jù)施工組織設(shè)計(jì)要求，按照工程船的鉆爆參數(shù)、巖層特性、流速、風(fēng)向、旋渦的條件進(jìn)行鉆孔優(yōu)化設(shè)計(jì)，選擇適合施工區(qū)鉆孔的孔距a、排距b，繪制鉆孔設(shè)計(jì)圖，對(duì)工程船在急流區(qū)極端工況進(jìn)行受力分析計(jì)算，確定拋錨的數(shù)量，錨纜直徑；工程船施工時(shí)向水中拋設(shè)錨纜、放套管、定位樁也受水流力作用，計(jì)算時(shí)工程船、套管、定位樁均取最大流速進(jìn)行受力計(jì)算；受風(fēng)力作用有四周八個(gè)方向，受力部位為工程船水面以上迎風(fēng)面，根據(jù)施工區(qū)風(fēng)玫瑰圖及各風(fēng)向的最大風(fēng)速進(jìn)行分析，風(fēng)荷載計(jì)算時(shí)取最大風(fēng)速計(jì)算。

1.1 風(fēng)荷載計(jì)算

式中：Wk為風(fēng)荷載（kPa）；μs為風(fēng)荷載體型系數(shù)；μz為風(fēng)荷載高度變化系數(shù)；W0為基本風(fēng)壓（kPa），W0=（1/1600）V2，V取歷史同期最大風(fēng)速。

1.2 水流力計(jì)算

1）典型航道斷面垂線流速分布

極限施工水位時(shí)，最高水深11 m，最大流速5.0～5.2 m/s，選擇最高施工水位時(shí)測(cè)量垂線流速分布。

2）典型航道斷面平面流速分布

在橫斷面上加密設(shè)置測(cè)流垂線，從安全考慮，取各條垂線的最大流速作為錨纜斜拉或橫跨航道在垂直水流方向上投影的流速分布。

式中：F為水流力（kN）；Cw為水流阻力系數(shù)；ρ為密度（kg/m3）；V為水流流速（m/s）；A為船舶在與流速垂直平面上的投影面積（m2），即迎水面積；取最大流速計(jì)算水下部分船體受力。

如圖1所示，主流力Fz、橫流力Fh，旋渦力Fc和回流力Fb等水流力計(jì)算公式一致，以F表述。

圖1 工程船受力示意

1.3 錨纜受力

最高施工水位航道水深11 m，最大流速5.2 m/s，兩條前主纜覆蓋50 m的航道施工范圍，后主纜按垂直流速分布計(jì)算受力；主纜典型施工狀態(tài)有三種情況；四橫纜覆蓋河面有效寬度為基準(zhǔn)。

1.4 套管受力計(jì)算

最高施工水位航道水深11 m，用五點(diǎn)法計(jì)算垂線平均流速，用垂線平均流速計(jì)算水流力，6根套管同時(shí)進(jìn)入水底進(jìn)行計(jì)算。

1.5 定位樁受力計(jì)算

最高施工水位航道水深11 m，用五點(diǎn)法計(jì)算垂線平均流速，用垂線平均流速計(jì)算水流力，4根定位樁同時(shí)下到水底進(jìn)行計(jì)算。

1.6 錨重計(jì)算

每個(gè)主錨重量按經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算：

式中：K為系數(shù)；D為船舶排水量（t）。

1.7 確定錨數(shù)

通過(guò)上述受力分析計(jì)算，使用七錨纜布置方法能夠滿足工程船施工過(guò)程的穩(wěn)定要求。當(dāng)工程船在航道中心區(qū)域施工時(shí)，船艏主要受水流力、風(fēng)力，船艏易發(fā)生偏移，使用“八”字形兩錨纜，船艏布置呈三角形，船艏穩(wěn)定；當(dāng)工程船在航道中心兩側(cè)區(qū)域施工時(shí)，工程船船艏主要受主流力、橫流力、旋渦力、風(fēng)力影響，船艉主要受橫流力、旋渦力、回流力和風(fēng)力影響，故船艏、船艉兩側(cè)各布置一套錨纜，四套錨纜共同抵御橫流力、旋渦力、風(fēng)力影響，船艉布置一套錨纜抵抗回流力、風(fēng)力影響，如此形成的七錨纜布置方法，極大提高船舶施工過(guò)程的穩(wěn)定性和定位精確度。

1.8 確定錨位

錨位是根據(jù)拋一次錨盡可能完成多排孔施工，并在完成鉆爆后能將工程船快速移動(dòng)到下一排孔進(jìn)行施工的原則來(lái)確定，在施工區(qū)范圍，根據(jù)鉆孔設(shè)計(jì)圖確定各個(gè)錨位，獲取各個(gè)錨位的經(jīng)緯度坐標(biāo)，然后將坐標(biāo)輸入到錨艇導(dǎo)航儀中。

1）檢查錨纜系統(tǒng)

對(duì)錨纜系統(tǒng)進(jìn)行檢查，包括對(duì)錨機(jī)的控制開(kāi)關(guān)、潤(rùn)滑效果、清潔度、剎車情況、錨纜排纜情況、錨纜磨損斷絲、腐蝕情況、導(dǎo)纜器、錨、錨頭浮筒等項(xiàng)目進(jìn)行檢查。

2）工程船進(jìn)入施工區(qū)

錨纜系統(tǒng)檢查好并將施工區(qū)和錨位的經(jīng)緯度坐標(biāo)輸入錨艇導(dǎo)航儀后，將工程船移到前主錨錨位附近，運(yùn)用三角形穩(wěn)定性原理將兩前主錨錨纜“八”字形布置。用錨艇將前主錨拖到錨艇導(dǎo)航儀指定的錨位拋下，再將工程船移到施工區(qū)，粗略將工程船固定在施工區(qū)域。

3）拋錨并收緊錨纜

工程船在施工區(qū)大致固定后，按導(dǎo)航儀指示的錨位，用錨艇按既定順序?qū)⒏鱾€(gè)錨拖到指定錨位拋下，再啟動(dòng)工程船上各個(gè)錨機(jī)，將錨纜慢慢收緊，使錨牢固抓地，穩(wěn)定工程船，校核方位角，完成拋錨作業(yè)。

4）調(diào)整船位船向

將錨機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)至最低，緩慢收放錨纜微調(diào)工程船位置，根據(jù)設(shè)計(jì)圖進(jìn)行船位校核，使顯示的工程船位置、船向等與設(shè)計(jì)相符。

2 錨纜工作原理

1）掛錨

在錨纜的自由端掛上錨，扎緊，完成錨纜掛錨工作。（圖2）

圖2 錨纜布置

2）拋錨

打開(kāi)錨機(jī)，放出一段錨纜，將錨和錨纜放到錨艇上并將錨纜綁扎在系纜樁上，開(kāi)動(dòng)錨艇將錨及錨纜帶出，工程船配合錨艇控制錨機(jī)將錨纜放出，錨艇駛到拋錨位置后，解開(kāi)錨纜，將錨和錨纜拋入水中，完成工程船拋錨工作。

3）啟動(dòng)錨機(jī)

完成拋錨工作后，啟動(dòng)錨機(jī)收入錨纜，將錨纜收緊，使錨嵌入水底牢固抓地，穩(wěn)定工程船。

3 結(jié)語(yǔ)

急流河段中施工，作業(yè)條件復(fù)雜，工程船受外力作用影響，使用傳統(tǒng)的錨纜布置方法易發(fā)生方向移位，使施工過(guò)程孔位定位困難，無(wú)法正常施工。本文提出“七錨纜”布置方法，船艏兩錨纜與靠近船艏的橫纜組成穩(wěn)定三角結(jié)構(gòu)，使工程船在急流環(huán)境施工過(guò)程中不易發(fā)生移位、穩(wěn)定時(shí)效長(zhǎng)，可移動(dòng)范圍大，有效作業(yè)面廣，減少了拋錨次數(shù)，解決工程船在急流環(huán)境下易移位、施工困難的問(wèn)題，顯著提高工程船在施工過(guò)程中的效率。