深海環境大型船舶拋錨定位技術研究與實踐

李建強，陳富強，姬付全

（中交第二航務工程局有限公司，湖北 武漢 430040）

引 言

在海洋環境中大型工程施工中，船舶在拋錨作業過程中，經常由于船長和工程師對錨地風、流的變化估計不足，對出鏈長度把握不準、拋錨方法使用不當，致使拋錨時發生安全事故，如丟錨、斷鏈、走錨等現象。因此在深水區安全拋錨定位施工船是海洋工程不斷探索的課題。本文結合援馬爾代夫中馬友誼大橋項目（以下簡稱“馬代項目”）施工中大型船舶拋錨定位，對海洋環境中大型施工船舶拋錨定位技術進行分析探討。希望能對類似工程拋錨定位作業有所參考。

1 錨碇系統規劃

1.1 工程船舶錨泊系統布置型式

工程船舶在工作時，受到的環境力既有縱向的也有橫向的，而且還有一定的轉艏力矩，所以工程船的錨鏈是向四周發散分布的，各支鏈的布置方向應該根據風、浪、流的大小和方向來確定。大風向、浪向基本上與大流向一致，一般縱向載荷較大，橫向載荷較小。

在對工程船舶的錨泊系統分析時，可以將其簡化為長方形。工程船舶中常見的幾種錨泊系統布置型式如圖1所示。

圖1 工程船舶錨泊系統的幾種布置型式

1.2 錨泊規劃

馬代項目所在區域水文條件復雜，大型施工船舶拋錨定位較困難，走錨、斷纜風險較大。另外，大型船舶需在各墩之間相互挪動，船舶拋錨、起錨頻繁，對水上作業工效影響較大。根據水流及強涌浪情況，計劃在橋位北側設置4個80 t混凝土錨（18N#、20N#、21N#、23N#），南側設置2個100 t混凝土錨（14S#、19S#）和3個20 t鐵錨（20S#、22S#、23S#）。其錨碇系統規劃如圖2所示。

圖2 錨碇系統規劃示意

錨位設置原則如下：

1）錨位的設置滿足各類船舶能在橋區各墩位處相應的施工區域拋錨定位；

2）錨位選地不應占用主航道或影響碼頭的裝卸作業及船舶調度；

3）錨位的選擇需考慮錨纜長度和角度，保證船舶能在較大范圍內移船。

2 錨泊系統設計

2.1 錨體制作

對水上施工船舶錨碇系統進行統一規劃、設計，在確保船舶拋錨定位安全作業的基礎上，提高船舶水上施工作業工效。考慮到橋區復雜水文條件，常規錨無法滿足大型船舶水上施工作業要求，采用重力式錨，錨體為鋼筋混凝土結構，單個錨重100 t，利用拖輪或起重船一次拋錨到位，施工中用浮桶懸浮，掛纜鋼絲繩。

錨體采用鋼筋混凝土結構，長6.8 m，寬5 m，高1.86 m（不含刃角部分）；混凝土錨預埋錨鏈為φ90有檔錨鏈，每條錨鏈7個錨鏈環扣，埋入錨體內4.5扣，外露2.5扣；錨鏈扣位于錨體內的部分設置加強鋼筋。錨體在國內中山預制梁場制作，隨工程船運送至馬爾代夫項目現場。

錨體刃角鋼板采用Q235鋼板厚度10 mm，刃角鋼板錨固鋼筋采用“L”形HRB335鋼筋φ20 mm，短肢與刃角鋼板焊接，長肢錨入混凝土；吊耳采用Q345鋼板加工，鋼板厚度 30 mm；吊耳吊孔為φ45 cm圓孔，兩側各焊接一個寬度8 cm同心加強圈加強圈外緣與吊耳鋼板焊接；吊孔內邊緣必須打磨圓滑，以保證混凝土錨下放到位后鋼絲繩水下自動脫鉤時，鋼絲繩從吊孔內順利退出；吊耳位于錨體內的部分設置加強鋼筋和加強肋板。

2.2 錨泊線設計

通常說的錨索鏈是指錨索、錨鏈的統稱。錨索一般都是用鋼絲繩，它由若干鋼絲先擰成股，再有若干股擰成索。錨鏈是由很多鏈環連接而成的。鏈環可分為有擋鏈環和無擋鏈環。有擋者是在每個鏈環的中央有一橫擋，它的強度高。同樣的鏈，有擋者的強度較無擋大于高20 %。索和鏈的強度隨其直徑和材料而異，鏈的強度還隨它生產的方法（如焊接或鑄造）而不同。總的說來鏈比所耐磨。索容易被擦傷，容易出現紐結，容易被海水腐蝕和疲勞破壞，而且索接頭很困難，一旦在中部破壞就等于整根索報廢。

錨纜浮漂連接錨體預埋錨鏈通過φ90 mm連接鏈環連接55 m長φ90 mm錨鏈，錨鏈等分為27.5 m長兩段，之間通過φ90 mm連接鏈環連接；錨鏈之后通過φ90 mm卡環連接80 m長φ68 mm錨纜，φ68 mm錨纜末段通過φ50卡環連接分別連接浮漂鋼絲繩和工程船纜繩，錨纜浮漂鋼絲繩型號為φ40 mm，長度根據不同錨位的水深長度約為 55～70 m，錨纜浮漂與鋼繩絲采用φ40 mm卡環連接。如圖3所示。

錨纜浮漂筒體直徑1.2 m，高度1.28 m，錨纜浮漂構造如圖4所示，筒體采用10 mm船用鋼板卷制，構件加工完成后，刷1道防銹漆涂，3道黃色面漆，運至本工程施工現場沉放前，根據其位置用黑色油漆在筒體頂部編號。

圖3 混凝土錨和錨纜浮漂連接示意

圖4 浮漂構造示意

3 拋錨定位

3.1 錨體拋設

考慮現場風浪條件，錨體拋設考慮先施工大橋北側4個80 t混凝土錨，依次拋設18N#、20N#、21N#、23N#，各崗位配合熟練后，進行南側100 t混凝土錨和鐵錨拋設。由于23S#、21S#錨位與機場飛機起升面下方，受機場限高的影響，需選擇夜間窗口期施工。

混凝土錨采用1 000 t浮吊起重船、海力803全回轉拖輪、海建 32拋錨艇配合一次拋設到位，以23S#錨拋設為例，詳細步驟如下：

1）材料準備（一個錨的材料）

1條80 m長φ68 mm起錨纜、1條70 m長φ40 mm鋼絲繩、1個浮漂、2條27.5 m長90型錨鏈、1個90型連接環、2個90型卸扣（肯德式卸扣）、1個50 mm卡環、1個40 mm卡環、4個25 t卡環、4個別針（φ127 mm鋼棒，材質為Q345）、4根60 m長φ21.5 mm鋼絲繩，大小錘各一把、大麻繩若干條，割刀一把、氧氣乙炔若干等。

2）連結

在甲板上，先將2條27.5 m長錨鏈用90型肯德式卸扣連結。φ68 mm起錨纜與φ40 mm鋼絲繩用50 mm卡環連結。拉直φ40 mm鋼絲繩，讓其一頭連接在拋錨艇的卷揚機鋼絲繩上，進入卷揚機，另一頭用大麻繩將其捆綁栓在浮吊船樁上；隨后用浮吊索具鉤順直φ68 mm起錨纜，讓其一頭與φ40 mm鋼絲繩用50 mm卡環連結，索具鉤下落，解開大麻繩，同時拋錨艇上卷揚機絞進，直至φ68 mm起錨纜另一頭接近甲板，然后同樣用大麻繩將其自由頭捆綁栓在浮吊船樁上。在拋錨艇上要事先吊1個40 mm卡環和1個浮漂放在甲板上，暫時不用連接，等最后拋錨時才連接。

90型錨鏈與φ68 mm起錨纜連結。用浮吊吊起90型錨鏈，起吊點選擇為“口”字型鏈環的1頭，距離錨鏈頭3～4個鏈環的位置起吊，以便后面錨鏈與混凝土錨預埋錨鏈的連接，等吊直錨鏈后，甲板上一頭用肯德式卸扣將 90型錨鏈的“日”字鏈環頭與φ68 mm起錨纜連結，然后慢慢松掉大麻繩，卷揚機慢慢絞進，同時浮吊打鉤轉臂、下鉤，使其錨鏈從甲板上全部浸入海水中，卷揚機大約絞進至錨鏈與φ68 mm起錨纜接頭在錨艇甲板上時停車。

90型錨鏈與混凝土錨預埋錨鏈連結。浮吊大鉤下放錨鏈至預留 90型錨鏈“口”字型鏈環頭接近混凝土錨預埋錨鏈時，用大尾巴繩將其捆綁在船樁上，配專人拉緊，然后浮吊大鉤配合工人將 90型錨鏈“口”字型鏈環頭與混凝土錨預埋錨鏈用 90型連接環連結。然后浮吊大鉤下落使錨鏈頭落在甲板上，脫鉤，后將其大尾巴繩松開。注意：松開之后，存在混凝土錨打轉的問題，因為錨鏈下滑，因重力作用，會將混凝土錨拉斜，引起混凝土錨旋轉，可能會對船舷護欄板造成擠壓變形。能解決的方案是，混凝土錨事先擺位時，盡量離船舷護欄稍遠一點，即使后面下拉，也不至于擠壓護欄，或者使用卷揚機代替大尾巴繩，使用卷揚機可以慢慢的控制下放速度，使其慢慢的下落直至拉直。這樣一條完整的錨纜連結完畢。

3）起吊

第一次吊起吊混凝土錨的2根62 m（φ45 mm，124 m長雙折）鋼絲繩時，鋼絲繩并未擺順，所以先要在甲板平面上理順鋼絲繩，將同一根鋼絲繩的兩個自由頭用綁扎鋼絲捆綁在一起，以免錯亂打絞，然后用索具鉤從每根鋼絲繩2折中間位置逐一吊起至混凝土錨吊耳位置，將其插入吊耳耳環（注意插入方向是從內向外插入，以免脫不了鉤），對折鋼絲繩，首次插入時，中間位置圓弧很大，想插入耳環時，很費力，要用手拉葫蘆拉或者多人壓才行，插入之后立馬用一個別針（現場在原始設計的別針尾部，用小鋼板焊接一個5×10 cm限位卡，防止別針全部插進耳環）卡好，同時將別針用綁扎鋼絲雙折綁在耳環上，防止因風浪，鋼絲繩擺動，造成別針脫落或者插入太深。以上4個耳環全部插入綁好之后，將4個捆綁的鋼絲繩自由頭對稱的掛在1號主鉤的鉤頭兩側，然后開始慢慢起鉤，使其鋼絲繩呈繃直狀態即可，不能帶力，否則造成混凝土錨移動，造成人員傷亡。

同樣，第一次吊別針鋼絲繩，也要事先在甲板上拉直理順鋼絲繩，別針鋼絲繩為4根獨立的60 m長φ21.5 mm鋼絲繩，后將每條的一端自由頭拉去用25 t卡環與4個別針分別連結好，再將其另外4個繩頭逐一掛在索具鉤卡環上，慢慢起吊一定高度后，停鉤讓其呈自由狀態，不能使其帶來，否則造成脫鉤。慢慢起大鉤，將混凝土錨吊起一定高度，使其恰好能過浮吊的護欄（具體高度為：126/2 m+2.54 m錨齒+0.6 m護欄+1.5 m鉤頭=66.64 m），浮吊最大吊高為68 m，角度為70°。慢慢擺大臂使其翻過護欄，至水上位置。調整錨齒角度，主要根據錨鏈的下落位置及方向，依據GPS測量將其轉至準確拋錨的錨點位置上方。

4）下放到位

混凝土錨懸吊至混凝土錨準確位置后，開始下鉤。起初，大小鉤同時下落，小鉤始終保持松弛狀態，確保不能半路脫鉤。大小鉤下落同時，拋錨艇上卷揚機配合松繩，只保持繃緊狀態，但不過度受力，只要確保錨齒朝向正確即可。

一直下放，直至混凝土錨完全著床（著床的信號為：8根鋼絲繩會兩兩分開，索具鉤鋼絲繩和混凝土錨鋼絲繩也會分開，并且鋼絲繩呈松弛狀態，隨風擺動），此時說明已脫鉤。然后開始其索具鉤，確保別針完全抽掉。

5）起鉤、歸位

起鉤、匯繩。同時起大小鉤，至即將出水面位置，轉大臂。將索具鉤鋼絲繩首先拉出來，匯在甲板上，自由頭綁在一起，以免攪亂，下次不好掛鉤；等索具鉤鋼絲繩匯好之后，轉大臂，讓混凝土錨鋼絲繩搭在浮吊船舷上或者整體搭在甲板混凝土錨塊上面，然后落大鉤，對稱的去掉混凝土錨鋼絲繩，每2個頭子，用綁扎鋼絲捆綁在一起。這樣，下次掛鉤時，再不用擺順鋼絲繩，避免了不必要的麻煩。

6）混凝土錨起收。混凝土錨采用1 000 t起重船起收，起收施工時，先用浮吊小鉤提升浮漂，至φ90錨鏈提出水面，通過φ90卡環將浮吊大鉤鋼絲繩與錨鏈連接，提升浮吊大鉤，將混凝土錨提出水面至事先停靠在施工區域的駁船，完成混凝土錨起收。

3.2 定位作業

打樁船及浮吊拋錨定位按照沉樁順序進行，其拋錨布置是：船首位置拋兩只成“八”字型的錨，船尾位置各拋兩對交叉錨，共六只，各邊錨的拋錨定位由拖輪單船執行，吊樁及樁位的調整依靠六根錨纜進行，其各墩位處打樁船布置如圖5所示。拋錨定位總原則是：所有錨纜不影響已施沉的樁。

圖5 打樁船拋錨定位布置

打樁船及浮吊施打完成一根鋼管樁后，通過錨纜使打樁船后退、移位，鋼管樁運輸甲板駁臨時進入樁架附近，打樁船攜樁后，甲板駁退出，通過錨纜使打樁船前進至樁位處，進行鋼管樁施沉施工。

錨地的總體布局統籌兼顧、規劃布置應方便船舶的待泊、引航與進港，規劃錨地的等級和規模應盡可能滿足可能停泊船舶的錨泊要求。錨地平面布置如圖6所示。

圖6 錨地平面示意

4 結 語

本文結合援馬爾代夫中馬友誼大橋大型工程船舶施工，介紹了深海環境中工程船舶拋錨定位技術。大型工程船舶在進行候泊、候潮、錨地過駁、鉆探施工、起重施工或避風時，都需要進行拋錨。隨著船舶越來越大型化、海上工程施工越來越深水廣袤化的趨勢，深水拋錨將越來越頻繁、越來越難。錨泊操縱并不復雜，但由于疏忽大意、海洋條件差、拋錨方法不當等原因，常會出現斷鏈、丟錨、損壞錨機，甚至走錨擱淺等事故。因此，在深水拋錨作業過程中，正確選擇錨地水深、出鏈長度和拋錨方法，是防止發生上述事故的主要舉措。本文給出的工程船舶拋錨定位技術方案，希望對各位海船船長和工程施工人員的海上拋錨作業實踐有所幫助和借鑒。