7025型絞吸挖泥船防臺承載能力分析研究

李曉燕，韋明強，向 宏

（中交廣州航道局有限公司，廣州510221）

1 引言

根據國家氣象局統計，西北太平洋和南海海域2013年全年共生成31個熱帶氣旋，較常年偏多5.5個，是繼1994年之后熱帶氣旋數量最多的一年。按照設計要求，熱帶氣旋登陸時絞吸挖泥船應拖往安全錨地避險。一旦撤退來不及時，絞吸式挖泥船必須在臨時錨地防臺，由于熱帶氣旋登陸時沿海區域歷史平均風速高達32.60 m/s，這容易對絞吸挖泥船作業和停泊安全造成威脅。為了嚴格防范絞吸挖泥船因錨泊設備防抗臺能力不足而導致重大安全事故的發生，本文基于中交廣州航道局有限公司的7025型絞吸挖泥船，對單點系泊的絞吸挖泥船進行水動力分析模擬，從而研究絞吸挖泥船在具有一定波浪遮蔽條件的臨時錨地抵抗臺風的能力。m，型寬15.4m，型深4 m。在臨時錨地采用單錨系泊形式，系纜繩為直徑46 mm的AM3有擋錨鏈，長度275 m，錨為AC-14無桿大抓力錨，錨重3 t。7025型絞吸挖泥船無錨穴、無錨鏈筒，且使用錨鏈托架，錨鏈出口在船尾甲板面上，直接從甲板面伸出，船尾部設錨架，起錨后卡在錨架上。

在實際水動力模擬中，與船體連接的系泊點取尾錨鏈轉向架在主甲板上的點，如圖1所示。

2 7025型絞吸挖泥船水動力模型

（1）防臺停泊系泊方式

7025型絞吸挖泥船為箱形船體，其兩柱間長66.5

（2）水動力計算模型

7025型絞吸挖泥船水動力模型的面元模型，如圖2所示。其中，船體水動力模型的單元節點數量總共為3937個，單元數量總共為3 945個。

3 水動力計算結果分析

3.1 計算工況

采用單錨泊方式的7025型絞吸挖泥船在惡劣的外界環境干擾下容易因偏蕩運動而出現走錨現象，甚至斷纜現象從而出現險情。為了準確評估7025型絞吸挖泥船的防臺承載能力，本文根據該船工作時所在海域臺風登陸時的環境載荷的歷史統計，設置該船系泊系統防臺時遭遇的主要的風、浪、流工況的邊界條件，如表1所列。

3.2 水動力計算結果分析

一般來說，當風、浪、流在同一直線上時將在系泊系統上產生最大的臨界力。因此，本文計算中假定風、浪、流在同一方向上，同時風向、浪向和流向設置為與水動力模型統一坐標系X正方向同向，即0°方向。在各種計算工況的水動力模擬分析過程中，風載荷計算考慮風速不隨時間變化的定常風模型，波浪載荷計算采用PM波浪譜。

（1）不同工況下錨泊系統運動特性

根據計算結果，隨著環境荷載增大，錨鏈張力也急劇變大。同時，由于偏蕩沖擊張力具有瞬時性特點，從而導致錨鏈產生很大的瞬態張力。由圖3、圖4可知，激烈的偏蕩所產生的沖擊張力很大，最高可達船舶正面受風面積所受風力的8倍左右。圖3、圖4為錨鏈張力的時間歷程圖。

圖2 7025型絞吸挖泥船水動力模型

表1 系泊系統防臺時遭遇風、浪、流工況邊界條件

圖3 工況1 錨鏈張力的時間歷程

圖4 工況2 錨鏈張力的時間歷程

表2 系泊系統的計算結果

（2）系泊系統計算及校核分析

根據《CCS海上移動平臺入級規范》對錨鏈張力和錨抓力進行計算和校核，計算結果如表2所列。

由表2可知，系泊系統能夠滿足工況1的防臺要求，但不能滿足工況2的防臺要求。在工況2下，錨承受的最大載荷超過船舶的錨抓力，容易造成陣發性乃至連續性拖錨甚至走錨，故在工況2下，應到安全錨地避險。若要保證在工況2下錨泊安全，建議加強系泊系統中的錨，即選用更大錨抓力的錨。

上述計算結果表明，7025型絞吸挖泥船系泊系統具有一定的防臺承載能力，在一定浪、流條件下，能夠抵抗10級臺風，這與實際情況較為符合。但由前文可知臺風登陸時歷史平均風速為11級，因此臺風來臨時如何防臺要根據實際環境條件確定。實際操作中，船長和職責部門應根據實際風、浪、流以及錨地情況和經驗，參考本文計算結論和相關建議，綜合判斷，做出滿足當時安全條件的操作決策。

4 結束語

在臺風極端環境中，船舶在風、流和浪的外界干涉力作用下，錨泊常常會產生劇烈的偏蕩運動，這種偏蕩運動是引發錨泊船舶走錨、碰撞、觸礁、擱淺等事故的重要因素。對于錨鏈孔不在船舶首尾線上，而是偏于一側的單錨泊的7025型絞吸挖泥船，偏蕩與波浪對系泊系統承載能力有著顯著的影響。

從本文計算結果可以看出：

(1) 7025型絞吸挖泥船在大風浪中單錨泊時，作用于船體的風壓增大而使船舶失去左右平衡狀態，在風壓轉頭力矩和漂移力、船體移動的水阻力和錨鏈拉力的作用下，將產生以錨為中心的周期性的振幅大、周期長的橫蕩和首尾搖的偏蕩運動，從而對錨鏈產生很大的偏蕩沖擊張力。偏蕩沖擊張力具有瞬時性特點，從而導致錨鏈產生很大的瞬態張力。

(2) 7025型絞吸挖泥船單點系泊系統在風、流和浪聯合作用的運動響應是非常復雜的，然而橫蕩、首尾搖、縱搖和升沉最為明顯，其中前兩者主要是由風和流造成的，縱搖和升沉主要是由波浪造成的。風、流共同作用時，風的作用比較明顯，流的影響相對較小；但隨著流速的增大， 船舶偏蕩運動加劇。總之，防臺系泊力并不是相應風、浪、流分別作用產生系泊力的簡單疊加，風、浪和流相互之間存在明顯的耦合效應[3]，因此有必要對7025型絞吸挖泥船防臺承載能力進行深入研究。

[1]張玉喜等.錨泊船在風流中的偏蕩運動研究[J].大連海事大學學報,2009（4）.

[2]云會杰,楊天華.論錨泊船舶的偏蕩與防止[J].天津航海,2011（3）.

[3]李玉龍,于定勇,李翠琳,常梅.防風單點系泊系統系泊力試驗研究[J].海岸工程,2008（2）.