急流河段工程船錨纜布置方法的應用與研究

姚方明，梁 進，農志祥，肖建國，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象，設計出雙錨纜控制錨機，顯著減少錨機占位，集中控制錨纜的收放；運用流體力學、流體動力學原理進行受力分析計算，設計出船艏兩錨纜“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定性結構，使工程船在急流環境下保持穩定，不易發生移位、穩定時效長，能夠提高工程船在施工過程中的效率，可移船范圍大，有效工作面廣，減少了拋錨次數，解決了工程船在急流環境下易移位、施工困難的問題，使急流狀態下爆破作業得以正常開展。

1 施工設計及確定錨數

根據施工組織設計要求，按照工程船的鉆爆參數、巖層特性、流速、風向、旋渦的條件進行鉆孔優化設計，選擇適合施工區鉆孔的孔距a、排距b，繪制鉆孔設計圖，對工程船在急流區極端工況進行受力分析計算，確定拋錨的數量，錨纜直徑；工程船施工時向水中拋設錨纜、放套管、定位樁也受水流力作用，計算時工程船、套管、定位樁均取最大流速進行受力計算；受風力作用有四周八個方向，受力部位為工程船水面以上迎風面，根據施工區風玫瑰圖及各風向的最大風速進行分析，風荷載計算時取最大風速計算。

1.1 風荷載計算

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

1.2 水流力計算

1）典型航道斷面垂線流速分布

極限施工水位時，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測量垂線流速分布。

2）典型航道斷面平面流速分布

在橫斷面上加密設置測流垂線，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；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算受力；主纜典型施工狀態有三種情況；四橫纜覆蓋河面有效寬度為基準。

1.4 套管受力計算

最高施工水位航道水深11 m，用五點法計算垂線平均流速，用垂線平均流速計算水流力，6根套管同時進入水底進行計算。

1.5 定位樁受力計算

最高施工水位航道水深11 m，用五點法計算垂線平均流速，用垂線平均流速計算水流力，4根定位樁同時下到水底進行計算。

1.6 錨重計算

每個主錨重量按經驗公式進行估算：

式中：K為系數；D為船舶排水量（t）。

1.7 確定錨數

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

1.8 確定錨位

錨位是根據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到下一排孔進行施工的原則來確定，在施工區范圍，根據鉆孔設計圖確定各個錨位，獲取各個錨位的經緯度坐標，然后將坐標輸入到錨艇導航儀中。

1）檢查錨纜系統

對錨纜系統進行檢查，包括對錨機的控制開關、潤滑效果、清潔度、剎車情況、錨纜排纜情況、錨纜磨損斷絲、腐蝕情況、導纜器、錨、錨頭浮筒等項目進行檢查。

2）工程船進入施工區

錨纜系統檢查好并將施工區和錨位的經緯度坐標輸入錨艇導航儀后，將工程船移到前主錨錨位附近，運用三角形穩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航儀指定的錨位拋下，再將工程船移到施工區，粗略將工程船固定在施工區域。

3）拋錨并收緊錨纜

工程船在施工區大致固定后，按導航儀指示的錨位，用錨艇按既定順序將各個錨拖到指定錨位拋下，再啟動工程船上各個錨機，將錨纜慢慢收緊，使錨牢固抓地，穩定工程船，校核方位角，完成拋錨作業。

4）調整船位船向

將錨機轉速調至最低，緩慢收放錨纜微調工程船位置，根據設計圖進行船位校核，使顯示的工程船位置、船向等與設計相符。

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

打開錨機，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，開動錨艇將錨及錨纜帶出，工程船配合錨艇控制錨機將錨纜放出，錨艇駛到拋錨位置后，解開錨纜，將錨和錨纜拋入水中，完成工程船拋錨工作。

3）啟動錨機

完成拋錨工作后，啟動錨機收入錨纜，將錨纜收緊，使錨嵌入水底牢固抓地，穩定工程船。

3 結語

急流河段中施工，作業條件復雜，工程船受外力作用影響，使用傳統的錨纜布置方法易發生方向移位，使施工過程孔位定位困難，無法正常施工。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定三角結構，使工程船在急流環境施工過程中不易發生移位、穩定時效長，可移動范圍大，有效作業面廣，減少了拋錨次數，解決工程船在急流環境下易移位、施工困難的問題，顯著提高工程船在施工過程中的效率。