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        船舶氣囊下水與相鄰建筑物安全影響研究

        2023-05-10 03:15:24林學(xué)軍
        中國水運(yùn) 2023年4期
        關(guān)鍵詞:船臺拖輪船塢

        林學(xué)軍

        (臺州市港航事業(yè)發(fā)展中心,浙江 臺州 318000)

        據(jù)統(tǒng)計(jì),浙江乃至全國 60%以上的中小船廠都是采用氣囊方式下水,且 2 萬噸級左右的船舶較多?!洞吧a(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)條件基本要求》(CB/T3000-2019)對船臺或船塢項(xiàng)目評分作出了要求,其中,應(yīng)建有永久性船臺或船塢作為生產(chǎn)設(shè)施要素評價(jià)是否合格的條件,而對是否采用船塢、船臺滑道式、船臺軌道式下水設(shè)施,作為扣分項(xiàng)。

        在實(shí)際船舶建造和船舶采用氣囊下水時(shí),船舶在下水過程中,觸碰相鄰水工建筑物現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生,造成船體本身和水工建筑物損傷?!洞瑥S水工工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTS190-2018)僅對干船塢和軌道下水的相鄰安全距離作出的規(guī)定。氣囊下水和軌道下水存在較大差別,其與相鄰水工建筑物的安全距離,較軌道下水方式具有不確定性。本文就船舶氣囊下水與相鄰建筑物安全影響,從氣囊、氣囊下水船臺結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、下水工藝、存在安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析,結(jié)合相關(guān)規(guī)范、下水船舶實(shí)船軌跡、船舶下水?dāng)?shù)值模型研究,提出氣囊下水船舶中心線與相鄰水工建筑物的安全距離,供氣囊下水船臺滑道平面設(shè)計(jì)和船舶下水方案制定參考,具有重要的實(shí)際意義。

        1 氣囊下水船臺的基本情況

        1.1 船舶下水的氣囊

        船用氣囊的特征為:囊體材料為多層覆蓋的復(fù)合橡膠織物,使用時(shí)充入空氣,在一定的內(nèi)部氣壓下可提供很強(qiáng)的承載能力;未充氣時(shí)氣囊并不完全呈柔性狀態(tài),具有一定的形狀和硬度,氣囊的爆破壓力可達(dá)1.11 MPa。[1]

        國際標(biāo)準(zhǔn) ISO 14409 ∶ 2011 Ships and marine technology— Ship launching airbags (船舶與海洋技術(shù) 船舶下水用氣囊)已正式公布實(shí)施,標(biāo)志著船用氣囊的生產(chǎn)發(fā)展正在走向國際化。

        1.2 氣囊下水的定義

        氣囊下水已有7 萬噸級的船舶利用氣囊下水的成功案例,為我國獨(dú)創(chuàng)的新型下水技術(shù),過程簡單,無需固定滑道。

        氣囊下水氣時(shí),從起墩到船舶下水過程中對船舶的承載通過多只氣囊組成陣列實(shí)現(xiàn),下水船舶的質(zhì)量在氣囊間傳遞至特定位置,過程中承載氣囊的數(shù)量和承載位置均發(fā)生動(dòng)態(tài)變化。[1]

        1.3 船舶氣囊下水工藝

        準(zhǔn)備工作→船臺坡道清整→系固牽引鋼絲繩→氣囊擺放船底充氣→氣囊受力抬起船體、撤移船墩→船上人員就位→待大潮汛高平潮時(shí)脫開牽引鋼繩→鏟車頂推船首、船舶移動(dòng)后依靠自重慣性加速滑向水面→船尾起浮時(shí),滑行速度最大可達(dá) 5m/s 左右,隨著水阻力增加,滑速開始減慢,繼續(xù)慣性呈直線滑行→約1.5 倍船長滑距后,船體若受橫向漲潮流+東風(fēng)影響,滑行路徑偏向西側(cè)上游;若受橫向落潮流+西風(fēng)影響,滑行路徑偏向東側(cè)下游→通?;屑s 2~3 倍船長距離后,拋錨將船停住,下水完成,由拖輪拖往碼頭或錨地舾裝。

        1.4 優(yōu)缺點(diǎn)

        船用氣囊下水技術(shù)普遍應(yīng)用于沿海地區(qū)灘涂區(qū)域,能解決船舶下水在地理上的限制,船臺形式簡單、制造方便,經(jīng)濟(jì)性能突出,并且氣囊可重復(fù)使用,有利于環(huán)保。[2]

        但是也有缺點(diǎn),由于下水過程中氣囊變形情況不可控,下水過程仍然存在相當(dāng)?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)。特別是船舶下水過程,船舶整體不平衡,容易造成對相鄰水工建筑的碰撞。

        對相鄰水工建筑的碰撞,除了跟船舶下水時(shí)氣囊變形情況不可控因素有關(guān)外,還與下水時(shí)風(fēng)、浪、流及水深等多種因素有關(guān),特別與下水工藝中的牽引方式及下水速度相關(guān)。

        2 相鄰建筑物安全影響分析

        2.1 現(xiàn)行行業(yè)規(guī)范規(guī)定

        2.1.1 《船廠水工工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTS190-2018)

        (1)原規(guī)范規(guī)定“長度一般不小于進(jìn)出船塢船舶總長的二倍,寬度一般不小于船舶部長的1.5 倍?!辈僮魉虺叨扰c水、浪、流條件、船舶長度、干舷高度及拖輪數(shù)量和能力等因素有關(guān)。據(jù)調(diào)查,當(dāng)有大馬力、全回轉(zhuǎn)拖輪時(shí),1.5 倍船長回旋水域操船是可行的。

        (2)干船塢平面布置。塢口前應(yīng)有足夠的船舶操作水域,滿足拖輪作業(yè)和操作安全需要。塢口前沿船塢軸線方向水域長度應(yīng)當(dāng)根據(jù)當(dāng)?shù)仫L(fēng)、浪、流條件及拖輪配備等因素確定,且不小于2 倍船長。當(dāng)塢前水域掩護(hù)條件較好且拖輪配備等操作條件優(yōu)良時(shí),塢口前沿船塢軸線方向水域長度可適當(dāng)減小,且不應(yīng)少于1.5 倍船長。垂直于船塢軸線方向的水域?qū)挾炔恍∮?.5 倍船長。當(dāng)有充分論證時(shí),水域?qū)挾炔皇苌鲜鱿拗啤?/p>

        (3)船臺滑道平面設(shè)計(jì)。①船臺滑道水域布置應(yīng)滿足船舶上墩下水、掉頭、進(jìn)出航道等安全要求,并考慮滑道建成后對防洪、水流、航道安全、岸線沖淤和相鄰建筑物安全影響。②滑道船臺設(shè)置防水閘時(shí),防水閘門不應(yīng)超出駁岸規(guī)劃線,滑道未端與航道邊線應(yīng)有安全距離。安全距離可根據(jù)航道等級、水域流態(tài)等參照現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》(GB50139)綜合確定。③水域布置除應(yīng)符合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTS165)或《河港總體設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTS212)中關(guān)于水域布置的規(guī)定外,尚應(yīng)滿足船舶下水作業(yè)的要求。④斜船臺滑道船舶下水作業(yè)在順滑道方向的水域長度,自滑道未端起不宜小于2 倍船長?;牢炊颂幩?qū)挾炔灰诵∮? 倍船寬。船舶尾浮時(shí)船尾水域?qū)挾炔灰诵∮?倍船寬,水域條件受限時(shí),應(yīng)經(jīng)過充分論證,并設(shè)置必要的安全防護(hù)設(shè)施。

        2.1.2 《干船塢設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ251、252、253——87)

        塢門前應(yīng)有足夠的操作水域面積,其長度(沿塢軸線方向)一般不小于進(jìn)塢船舶總長的二倍,寬度一般不小于船舶總長1.5 倍,并應(yīng)盡量避免過往船舶對進(jìn)出塢船舶的干擾。

        2.1.3 《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTS165-2013)

        航道通航寬度按航跡帶寬度、船舶間富裕寬度和船舶與航道底邊間富裕寬度組成,自然條件復(fù)雜或船舶定位困難時(shí),可適當(dāng)放寬。碼頭前沿水域布置規(guī)定,也將回旋水域直徑調(diào)整為1.5~2.0 倍直徑。

        2.2 某船廠下水實(shí)船軌跡分析

        浙江某船業(yè)有限公司在三門開展了5000 噸級船舶氣囊下水動(dòng)態(tài)軌跡測量。根據(jù)測繪單位提供的船舶下水軌跡(見圖1),在船舶與船臺軸線2 倍船長處,在漲潮流的作用下,出現(xiàn)向上游轉(zhuǎn)彎,離軸線偏移達(dá)100 米以上,大于0.5 倍船長。

        圖1 三門船舶船舶氣囊下水航跡實(shí)測

        2.3 某船廠3.5 萬噸級船舶下水?dāng)?shù)值模型分析

        《九洲船廠3.5 萬噸級船臺下水作業(yè)對臺州通達(dá)港務(wù)有限公司碼頭一期工程的影響研究》表明:

        (1)在漲流1kn,當(dāng)?shù)卮禂n風(fēng)常風(fēng)向NE、E、NNW下,九洲船廠西側(cè)3.5 萬噸級船臺以極慢速度下水時(shí)舶軌跡距離通達(dá)碼頭最近離分別為145m、145m、181m。

        (2)隨著船舶下水速度的提高,其軌跡距離通達(dá)碼頭最近距離將顯著增加。

        (3)根據(jù)業(yè)主提供的資料,3.5 萬噸級船臺下水時(shí)的入水速度約8~10kn,極不可能在3kn 以下,據(jù)此推斷,九洲船廠西側(cè)3.5 萬噸級船臺下水時(shí)與通達(dá)碼頭的最近距離在175m 以上,正常情況下對通達(dá)碼頭停泊船舶的影響可控。

        圖2 3.5 萬噸級船臺各速度下水時(shí)船舶軌跡

        3 船舶氣囊下水存在的主要問題和風(fēng)險(xiǎn)

        (1)船臺與碼頭間距不足存在碰撞風(fēng)險(xiǎn)。成州船廠1 號5 萬噸級船臺,與東側(cè)北部灣區(qū)碼頭平臺和西端防撞警示墩橫向間距分別為 56m、52m,僅滿足船舶下水橫向最小安全距離的規(guī)范要求;但因碼頭平臺突出船臺前沿330m 構(gòu)成妨礙,而船舶氣囊下水時(shí)受風(fēng)、流等因素影響大,船舶下滑漂移路徑可控性相對較差,若下水船舶稍微向東側(cè)偏轉(zhuǎn),存在碰撞碼頭的較大風(fēng)險(xiǎn)。

        (2)船臺前沿水深條件極差存在擱淺風(fēng)險(xiǎn)。船廠沿距岸約350m 范圍內(nèi)泥面85 高程介于0m~3.24m 之間(相當(dāng)于海圖零米線干出灘~高出3.24m,低潮時(shí)大面積露灘),水深條件極差。船臺前沿離岸約1 倍船長全浮處泥面標(biāo)高約-1.24m(相當(dāng)于海圖零米線上2m左右),在下水高水位3.27m 時(shí)(換算當(dāng)?shù)爻蔽粸?.51m), 減去富裕水深1.5m 后,僅滿足下水船舶最大尾吃水3.01m的水深要求。如果下水時(shí)的潮位不足6.51m,或者尾吃水超過3.01m,則因船臺前沿富裕水深不足,存在下水船舶擱淺的風(fēng)險(xiǎn)。

        (3)船舶在船臺氣囊充氣撤墩階段存在的問題和風(fēng)險(xiǎn)。船臺氣囊充氣撤墩階段的風(fēng)險(xiǎn),主要來自氣囊充分撤移船墩操作時(shí),氣囊承載力不足,或牽引卷揚(yáng)機(jī)鋼絲繩拉力不夠,發(fā)生氣囊爆裂、鋼絲繩斷裂、船舶下滑等風(fēng)險(xiǎn)。

        (4)船舶在船臺下滑階段存在的問題和風(fēng)險(xiǎn)。船舶在船臺下滑階段的風(fēng)險(xiǎn),主要來自船舶依靠重力自行下滑時(shí),新船氣囊下水氣囊布置不當(dāng)、承壓能力不足,或船臺坡道、水位、水深不符合要求,發(fā)生氣囊扭曲疊合不能滾動(dòng)、爆裂,或發(fā)生艉跌落、艏觸底等風(fēng)險(xiǎn)。

        (5)船舶在水中滑行階段存在的問題和風(fēng)險(xiǎn)。船舶在水中滑行階段的風(fēng)險(xiǎn),主要來自無動(dòng)力新船整體入水全浮后,下滑速度從最高約5m/s 降到船停住,船舶在水中滑行過程約需3 倍船長操作水域,易受風(fēng)和流等影響,導(dǎo)致下滑漂移路徑發(fā)生偏轉(zhuǎn)、可控性較差,存在碰撞東側(cè)碼頭的風(fēng)險(xiǎn)。

        4 研究結(jié)論

        (1)氣囊下水船應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行滑道布置要求:船臺水域布置應(yīng)滿足船舶下水、掉頭、進(jìn)出航道等安全要求,并考慮滑道建成后對防洪、水流、航道安全、岸線沖淤和相鄰建筑物安全影響。

        (2)相鄰建筑物安全影響:船臺軸線方向水域長度應(yīng)當(dāng)根據(jù)當(dāng)?shù)仫L(fēng)、浪、流條件及拖輪配備等因素確定,且不小于2 倍船長。當(dāng)前水域掩護(hù)條件較好且拖輪配備等操作條件優(yōu)良時(shí),軸線方向水域長度可適當(dāng)減小,且不應(yīng)少于1.5 倍船長。垂直于船臺軸線方向的水域?qū)挾惹倚∮?.5 倍船長。當(dāng)有充分論證時(shí),水域?qū)挾炔皇苌鲜鱿拗啤?/p>

        (3)相鄰建筑物安全影響論證應(yīng)考慮的因素:船舶船臺下水時(shí),在重量作用下依靠慣性入水,無主機(jī)提供動(dòng)力,亦無舵控制方向,其入水后的狀態(tài)取決于風(fēng)、流的綜合作用。

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