氣幕式防波堤用于實(shí)際工程的可行性研究

王勇超+李國(guó)祿+于鴻明

摘要：氣幕式防波堤是一種特殊的防波堤結(jié)構(gòu)，當(dāng)噴氣管安設(shè)得足夠深時(shí)，船舶可以在任何地方進(jìn)港，初期投資小，當(dāng)水深很大，所需消波的入射波浪周期T較小，而且在短時(shí)間的偶然工作時(shí)，利用這種消波型式是合理的。文章結(jié)合工程的實(shí)際環(huán)境，從數(shù)理模型、物理模型和實(shí)際使用設(shè)計(jì)三個(gè)方面進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：氣幕式防波堤；數(shù)理模型；物理模型；實(shí)際工程；可行性

中圖分類號(hào)：U656 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）33-0102-02

1 概述

氣幕式防波堤是一種特殊的防波堤結(jié)構(gòu)，由壓氣站產(chǎn)生具有一定壓強(qiáng)的壓縮空氣輸送至海底排氣管，排氣管小孔排氣，氣泡上升的過程中形成氣幕，在水中形成了表面水平流，使波浪的波能衰減，導(dǎo)致波高減小。

氣幕防波堤的消波作用主要通過兩個(gè)方面來實(shí)現(xiàn)：一方面，在氣幕的作用下，在水體表面形成兩個(gè)方向相反的水平流，迎浪側(cè)的水平流使得波浪所固有的水質(zhì)點(diǎn)軌跡運(yùn)動(dòng)遭到破壞，促使波浪破碎，波能衰減，導(dǎo)致波高減小；另一方面，氣泡四周的水表面張力在消減波能方面也起到較大的作用，隨著氣泡的上升，表面張力加大，部分地削弱了波動(dòng)流體的能量，此外，原始波浪在氣幕前發(fā)生部分的反射，也使得越過氣幕的透射波高有所減小。試驗(yàn)原理示意圖如圖1所示：

圖1 氣幕式防波堤工作原理示意圖

氣幕式防波堤與固定的防波堤比較，具有移動(dòng)性、臨時(shí)性、可重復(fù)利用性、不受水流泥沙條件限制的特點(diǎn)，可以很容易通過拋錨固定或通過錨鏈固定在海底，其造價(jià)低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有良好的應(yīng)用前景。

氣幕防波堤結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于：當(dāng)噴氣管安設(shè)得足夠深時(shí)，船舶可以在任何地方進(jìn)港，暢行無阻，初期投資小，且造價(jià)及運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用與水域中的水深沒有多大關(guān)系，當(dāng)水深很大，所需消波的入射波浪周期T較小，而且在短時(shí)間的偶然工作時(shí)，利用這種消波型式是合理的。

2 數(shù)模分析

關(guān)于氣幕式防波堤的理論依據(jù)，本論文引自Bulson給出相關(guān)理論，他推導(dǎo)出由于氣幕的存在而產(chǎn)生水平流的表面速度氣和水平流厚度d的設(shè)計(jì)公式，同時(shí)，給出了入射波浪波長(zhǎng)和波高一定的情況下消波所需要的供氣量Q大小。推導(dǎo)公式如下：

式中：

——表面水平流速度

——水平流厚度

——重力加速度

——管道埋深

——當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?/p>

——空氣壓縮機(jī)供氣量

完全消波所需要的供氣量：

式中：

——入射波浪波長(zhǎng)

部分消波所需要的供氣量：

根據(jù)理論研究，可得出結(jié)論：氣幕式防波堤消浪的效果與供氣量、排氣管埋設(shè)深度、入射周期和波高有關(guān)，與排氣管的直徑、管孔直徑均無關(guān)。所以氣幕式防波堤從理論分析得出應(yīng)用于實(shí)際工程中是可行的。

3 物模分析

針對(duì)這一新型的防波堤結(jié)構(gòu)，我國(guó)主要以大連理工大學(xué)王永學(xué)教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)為主在大工的近岸海洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了氣幕式防波堤的物理模型試驗(yàn)。

本物理模型試驗(yàn)基于重力相似準(zhǔn)則關(guān)系，分別考慮了不同入射波浪要素、不同供氣量Q大小、不同噴氣孔口直徑、不同模型長(zhǎng)度比尺條件下的氣幕防波堤消波性能，并對(duì)氣幕防波堤對(duì)波浪的反射作用做了分析，根據(jù)整理得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，給出了氣幕防波堤消波性能相關(guān)結(jié)論。

物理模擬區(qū)域水槽高9m，長(zhǎng)300m，水深為6m，監(jiān)測(cè)點(diǎn)在130m處，供氣量分別為：100m3/h·m、180m3/h·m、260m3/h·m、340m3/h·m、420m3/h·m、500m3/h·m、580m3/h·m，得到供氣量與透射系數(shù)關(guān)系，得出氣幕式防波堤實(shí)踐使用的可行性。

4 應(yīng)用工程實(shí)例背景

某沉管隧道工程的系泊區(qū)為半開放形式，三面圍堰南側(cè)敞口，出塢口位于圖2中AB所示位置，塢內(nèi)水深-5～-9m。系泊區(qū)作為沉管臨時(shí)存放的場(chǎng)地，在漂浮存放過程中如果受到大的風(fēng)浪作用，對(duì)臨時(shí)存放的沉管安全會(huì)有影響。為了解決這一問題，考慮通過采用氣幕式防波堤（BC段）加長(zhǎng)原有防波堤，減小臨時(shí)系泊區(qū)塢口（AB段）的方式，將系泊區(qū)內(nèi)的波高控制在允許出現(xiàn)的安全波高（1.0m）以下，保證沉管存放的安全。

圖2 氣幕式防波堤平面布置圖

5 氣幕式防波堤設(shè)計(jì)

氣幕式防波堤主要由空壓機(jī)提供空氣至海底，形成氣泡帷幕，空壓機(jī)設(shè)在陸域的“D”點(diǎn)，排氣管布置從“B”點(diǎn)至“C”，角度與原有碼頭兼防波堤夾角161°，氣幕長(zhǎng)度暫定為100m（BC段），氣幕作用前后需要有波浪儀觀測(cè)記錄數(shù)據(jù)，波浪儀放置在氣幕式防波堤中軸線兩側(cè)各30m的位置，本區(qū)域水深約-6m。

5.1 設(shè)備選型

5.1.1 排氣管選型。排氣管選用無縫鋼管，長(zhǎng)度暫定為100m，直徑選定Φ100mm，排氣孔直徑2mm，排氣孔間距30cm，鋼管尾端封閉，首端與通氣軟管連接，設(shè)計(jì)圖如下：

圖3 排氣管設(shè)計(jì)圖

5.1.2 空壓機(jī)選型。空壓機(jī)選型考慮公司實(shí)際情況，選用L型復(fù)動(dòng)水冷式空氣壓縮機(jī)，排氣量22m3/min（1320m3/h），2m3儲(chǔ)氣罐。

5.1.3 送風(fēng)管選型。送風(fēng)管單層鋼絲編織膠管，單根長(zhǎng)度20m，內(nèi)徑51mm，總長(zhǎng)度需要約380m，連接排氣管與空壓機(jī)，主要為確保試驗(yàn)操作安全。

5.2 設(shè)備安裝

空壓機(jī)布置在陸域，離海岸線需一定安全距離，基礎(chǔ)需安裝穩(wěn)固，空氣儲(chǔ)蓄罐必須加固處理。

排氣管12m一節(jié)，現(xiàn)場(chǎng)加工排氣孔和法蘭接頭，由海上方駁吊機(jī)吊入海中，潛水員水下安裝，每節(jié)之間法蘭接頭連接，并安裝橡膠墊圈，防止漏氣，本區(qū)域海水深度約-6m。

排氣管安裝時(shí)需要支撐鐵架，且排氣孔必須朝上，鐵架采用50×5角鋼焊接，高70cm，長(zhǎng)50cm，底部焊接鋼板，防止陷入淤泥。

排氣管與空壓機(jī)之間由橡膠軟管連接，橡膠管沿原防波堤布置，并需要設(shè)置必要的限位裝置，防止海浪沖擊至海中。如有必要，需在橡膠軟管進(jìn)入海水中之間接頭處安裝壓力計(jì)，用于觀測(cè)送入海中的風(fēng)壓。

5.3 實(shí)際操作步驟

將空壓機(jī)運(yùn)輸安裝在陸域安全位置；方駁吊機(jī)和潛水配合安裝水下排氣管；連接排氣管和空壓機(jī)；選擇風(fēng)平浪靜的海況進(jìn)行靜水調(diào)試；選擇適當(dāng)惡劣海況進(jìn)行初步調(diào)試；根據(jù)天氣預(yù)報(bào)進(jìn)行最終使用。

6 結(jié)語

本文結(jié)合工程的實(shí)際環(huán)境，參考國(guó)類外相關(guān)研究成果，從數(shù)模分析、物模分析和實(shí)際使用設(shè)計(jì)三個(gè)方面進(jìn)行研究，說明氣幕式防波堤在實(shí)際工程中使用的可能性，為后續(xù)的實(shí)際使用提供一定的依據(jù)，也為類似氣幕式防波堤使用工況提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 王國(guó)玉.特種防波堤結(jié)構(gòu)形式及水動(dòng)力學(xué)特性研究

[D].大連理工大學(xué)，2005.

[2] 王國(guó)玉，王永學(xué)，李廣偉，等.氣幕防波堤消波性能試驗(yàn)研究[J].中國(guó)造船，2004，45（增刊）.

[3] BulsonP.S.Bubble breakwaters with Intermittent air supply[J].The Dock and Harbour Authority，1963，XLIV（514）.

[4] Bulson P.S.The theory and design of bubble breakwater[J].Proeeeding of 11th Conferenee on Coastal Engineering，London，1968，11.

作者簡(jiǎn)介：王勇超（1982-），男，湖北漢川人，中交一航局第三工程有限公司工程師，研究方向：港航工程。

摘要：氣幕式防波堤是一種特殊的防波堤結(jié)構(gòu)，當(dāng)噴氣管安設(shè)得足夠深時(shí)，船舶可以在任何地方進(jìn)港，初期投資小，當(dāng)水深很大，所需消波的入射波浪周期T較小，而且在短時(shí)間的偶然工作時(shí)，利用這種消波型式是合理的。文章結(jié)合工程的實(shí)際環(huán)境，從數(shù)理模型、物理模型和實(shí)際使用設(shè)計(jì)三個(gè)方面進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：氣幕式防波堤；數(shù)理模型；物理模型；實(shí)際工程；可行性

中圖分類號(hào)：U656 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）33-0102-02

1 概述

氣幕式防波堤是一種特殊的防波堤結(jié)構(gòu)，由壓氣站產(chǎn)生具有一定壓強(qiáng)的壓縮空氣輸送至海底排氣管，排氣管小孔排氣，氣泡上升的過程中形成氣幕，在水中形成了表面水平流，使波浪的波能衰減，導(dǎo)致波高減小。

氣幕防波堤的消波作用主要通過兩個(gè)方面來實(shí)現(xiàn)：一方面，在氣幕的作用下，在水體表面形成兩個(gè)方向相反的水平流，迎浪側(cè)的水平流使得波浪所固有的水質(zhì)點(diǎn)軌跡運(yùn)動(dòng)遭到破壞，促使波浪破碎，波能衰減，導(dǎo)致波高減小；另一方面，氣泡四周的水表面張力在消減波能方面也起到較大的作用，隨著氣泡的上升，表面張力加大，部分地削弱了波動(dòng)流體的能量，此外，原始波浪在氣幕前發(fā)生部分的反射，也使得越過氣幕的透射波高有所減小。試驗(yàn)原理示意圖如圖1所示：

圖1 氣幕式防波堤工作原理示意圖

氣幕式防波堤與固定的防波堤比較，具有移動(dòng)性、臨時(shí)性、可重復(fù)利用性、不受水流泥沙條件限制的特點(diǎn)，可以很容易通過拋錨固定或通過錨鏈固定在海底，其造價(jià)低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有良好的應(yīng)用前景。

氣幕防波堤結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于：當(dāng)噴氣管安設(shè)得足夠深時(shí)，船舶可以在任何地方進(jìn)港，暢行無阻，初期投資小，且造價(jià)及運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用與水域中的水深沒有多大關(guān)系，當(dāng)水深很大，所需消波的入射波浪周期T較小，而且在短時(shí)間的偶然工作時(shí)，利用這種消波型式是合理的。

2 數(shù)模分析

關(guān)于氣幕式防波堤的理論依據(jù)，本論文引自Bulson給出相關(guān)理論，他推導(dǎo)出由于氣幕的存在而產(chǎn)生水平流的表面速度氣和水平流厚度d的設(shè)計(jì)公式，同時(shí)，給出了入射波浪波長(zhǎng)和波高一定的情況下消波所需要的供氣量Q大小。推導(dǎo)公式如下：

式中：

——表面水平流速度

——水平流厚度

——重力加速度

——管道埋深

——當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?/p>

——空氣壓縮機(jī)供氣量

完全消波所需要的供氣量：

式中：

——入射波浪波長(zhǎng)

部分消波所需要的供氣量：

根據(jù)理論研究，可得出結(jié)論：氣幕式防波堤消浪的效果與供氣量、排氣管埋設(shè)深度、入射周期和波高有關(guān)，與排氣管的直徑、管孔直徑均無關(guān)。所以氣幕式防波堤從理論分析得出應(yīng)用于實(shí)際工程中是可行的。

3 物模分析

針對(duì)這一新型的防波堤結(jié)構(gòu)，我國(guó)主要以大連理工大學(xué)王永學(xué)教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)為主在大工的近岸海洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了氣幕式防波堤的物理模型試驗(yàn)。

本物理模型試驗(yàn)基于重力相似準(zhǔn)則關(guān)系，分別考慮了不同入射波浪要素、不同供氣量Q大小、不同噴氣孔口直徑、不同模型長(zhǎng)度比尺條件下的氣幕防波堤消波性能，并對(duì)氣幕防波堤對(duì)波浪的反射作用做了分析，根據(jù)整理得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，給出了氣幕防波堤消波性能相關(guān)結(jié)論。

物理模擬區(qū)域水槽高9m，長(zhǎng)300m，水深為6m，監(jiān)測(cè)點(diǎn)在130m處，供氣量分別為：100m3/h·m、180m3/h·m、260m3/h·m、340m3/h·m、420m3/h·m、500m3/h·m、580m3/h·m，得到供氣量與透射系數(shù)關(guān)系，得出氣幕式防波堤實(shí)踐使用的可行性。

4 應(yīng)用工程實(shí)例背景

某沉管隧道工程的系泊區(qū)為半開放形式，三面圍堰南側(cè)敞口，出塢口位于圖2中AB所示位置，塢內(nèi)水深-5～-9m。系泊區(qū)作為沉管臨時(shí)存放的場(chǎng)地，在漂浮存放過程中如果受到大的風(fēng)浪作用，對(duì)臨時(shí)存放的沉管安全會(huì)有影響。為了解決這一問題，考慮通過采用氣幕式防波堤（BC段）加長(zhǎng)原有防波堤，減小臨時(shí)系泊區(qū)塢口（AB段）的方式，將系泊區(qū)內(nèi)的波高控制在允許出現(xiàn)的安全波高（1.0m）以下，保證沉管存放的安全。

圖2 氣幕式防波堤平面布置圖

5 氣幕式防波堤設(shè)計(jì)

氣幕式防波堤主要由空壓機(jī)提供空氣至海底，形成氣泡帷幕，空壓機(jī)設(shè)在陸域的“D”點(diǎn)，排氣管布置從“B”點(diǎn)至“C”，角度與原有碼頭兼防波堤夾角161°，氣幕長(zhǎng)度暫定為100m（BC段），氣幕作用前后需要有波浪儀觀測(cè)記錄數(shù)據(jù)，波浪儀放置在氣幕式防波堤中軸線兩側(cè)各30m的位置，本區(qū)域水深約-6m。

5.1 設(shè)備選型

5.1.1 排氣管選型。排氣管選用無縫鋼管，長(zhǎng)度暫定為100m，直徑選定Φ100mm，排氣孔直徑2mm，排氣孔間距30cm，鋼管尾端封閉，首端與通氣軟管連接，設(shè)計(jì)圖如下：

圖3 排氣管設(shè)計(jì)圖

5.1.2 空壓機(jī)選型。空壓機(jī)選型考慮公司實(shí)際情況，選用L型復(fù)動(dòng)水冷式空氣壓縮機(jī)，排氣量22m3/min（1320m3/h），2m3儲(chǔ)氣罐。

5.1.3 送風(fēng)管選型。送風(fēng)管單層鋼絲編織膠管，單根長(zhǎng)度20m，內(nèi)徑51mm，總長(zhǎng)度需要約380m，連接排氣管與空壓機(jī)，主要為確保試驗(yàn)操作安全。

5.2 設(shè)備安裝

空壓機(jī)布置在陸域，離海岸線需一定安全距離，基礎(chǔ)需安裝穩(wěn)固，空氣儲(chǔ)蓄罐必須加固處理。

排氣管12m一節(jié)，現(xiàn)場(chǎng)加工排氣孔和法蘭接頭，由海上方駁吊機(jī)吊入海中，潛水員水下安裝，每節(jié)之間法蘭接頭連接，并安裝橡膠墊圈，防止漏氣，本區(qū)域海水深度約-6m。

排氣管安裝時(shí)需要支撐鐵架，且排氣孔必須朝上，鐵架采用50×5角鋼焊接，高70cm，長(zhǎng)50cm，底部焊接鋼板，防止陷入淤泥。

排氣管與空壓機(jī)之間由橡膠軟管連接，橡膠管沿原防波堤布置，并需要設(shè)置必要的限位裝置，防止海浪沖擊至海中。如有必要，需在橡膠軟管進(jìn)入海水中之間接頭處安裝壓力計(jì)，用于觀測(cè)送入海中的風(fēng)壓。

5.3 實(shí)際操作步驟

將空壓機(jī)運(yùn)輸安裝在陸域安全位置；方駁吊機(jī)和潛水配合安裝水下排氣管；連接排氣管和空壓機(jī)；選擇風(fēng)平浪靜的海況進(jìn)行靜水調(diào)試；選擇適當(dāng)惡劣海況進(jìn)行初步調(diào)試；根據(jù)天氣預(yù)報(bào)進(jìn)行最終使用。

6 結(jié)語

本文結(jié)合工程的實(shí)際環(huán)境，參考國(guó)類外相關(guān)研究成果，從數(shù)模分析、物模分析和實(shí)際使用設(shè)計(jì)三個(gè)方面進(jìn)行研究，說明氣幕式防波堤在實(shí)際工程中使用的可能性，為后續(xù)的實(shí)際使用提供一定的依據(jù)，也為類似氣幕式防波堤使用工況提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 王國(guó)玉.特種防波堤結(jié)構(gòu)形式及水動(dòng)力學(xué)特性研究

[D].大連理工大學(xué)，2005.

[2] 王國(guó)玉，王永學(xué)，李廣偉，等.氣幕防波堤消波性能試驗(yàn)研究[J].中國(guó)造船，2004，45（增刊）.

[3] BulsonP.S.Bubble breakwaters with Intermittent air supply[J].The Dock and Harbour Authority，1963，XLIV（514）.

[4] Bulson P.S.The theory and design of bubble breakwater[J].Proeeeding of 11th Conferenee on Coastal Engineering，London，1968，11.

作者簡(jiǎn)介：王勇超（1982-），男，湖北漢川人，中交一航局第三工程有限公司工程師，研究方向：港航工程。

摘要：氣幕式防波堤是一種特殊的防波堤結(jié)構(gòu)，當(dāng)噴氣管安設(shè)得足夠深時(shí)，船舶可以在任何地方進(jìn)港，初期投資小，當(dāng)水深很大，所需消波的入射波浪周期T較小，而且在短時(shí)間的偶然工作時(shí)，利用這種消波型式是合理的。文章結(jié)合工程的實(shí)際環(huán)境，從數(shù)理模型、物理模型和實(shí)際使用設(shè)計(jì)三個(gè)方面進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：氣幕式防波堤；數(shù)理模型；物理模型；實(shí)際工程；可行性

中圖分類號(hào)：U656 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）33-0102-02

1 概述

氣幕式防波堤是一種特殊的防波堤結(jié)構(gòu)，由壓氣站產(chǎn)生具有一定壓強(qiáng)的壓縮空氣輸送至海底排氣管，排氣管小孔排氣，氣泡上升的過程中形成氣幕，在水中形成了表面水平流，使波浪的波能衰減，導(dǎo)致波高減小。

氣幕防波堤的消波作用主要通過兩個(gè)方面來實(shí)現(xiàn)：一方面，在氣幕的作用下，在水體表面形成兩個(gè)方向相反的水平流，迎浪側(cè)的水平流使得波浪所固有的水質(zhì)點(diǎn)軌跡運(yùn)動(dòng)遭到破壞，促使波浪破碎，波能衰減，導(dǎo)致波高減小；另一方面，氣泡四周的水表面張力在消減波能方面也起到較大的作用，隨著氣泡的上升，表面張力加大，部分地削弱了波動(dòng)流體的能量，此外，原始波浪在氣幕前發(fā)生部分的反射，也使得越過氣幕的透射波高有所減小。試驗(yàn)原理示意圖如圖1所示：

圖1 氣幕式防波堤工作原理示意圖

氣幕式防波堤與固定的防波堤比較，具有移動(dòng)性、臨時(shí)性、可重復(fù)利用性、不受水流泥沙條件限制的特點(diǎn)，可以很容易通過拋錨固定或通過錨鏈固定在海底，其造價(jià)低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有良好的應(yīng)用前景。

氣幕防波堤結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于：當(dāng)噴氣管安設(shè)得足夠深時(shí)，船舶可以在任何地方進(jìn)港，暢行無阻，初期投資小，且造價(jià)及運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用與水域中的水深沒有多大關(guān)系，當(dāng)水深很大，所需消波的入射波浪周期T較小，而且在短時(shí)間的偶然工作時(shí)，利用這種消波型式是合理的。

2 數(shù)模分析

關(guān)于氣幕式防波堤的理論依據(jù)，本論文引自Bulson給出相關(guān)理論，他推導(dǎo)出由于氣幕的存在而產(chǎn)生水平流的表面速度氣和水平流厚度d的設(shè)計(jì)公式，同時(shí)，給出了入射波浪波長(zhǎng)和波高一定的情況下消波所需要的供氣量Q大小。推導(dǎo)公式如下：

式中：

——表面水平流速度

——水平流厚度

——重力加速度

——管道埋深

——當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?/p>

——空氣壓縮機(jī)供氣量

完全消波所需要的供氣量：

式中：

——入射波浪波長(zhǎng)

部分消波所需要的供氣量：

根據(jù)理論研究，可得出結(jié)論：氣幕式防波堤消浪的效果與供氣量、排氣管埋設(shè)深度、入射周期和波高有關(guān)，與排氣管的直徑、管孔直徑均無關(guān)。所以氣幕式防波堤從理論分析得出應(yīng)用于實(shí)際工程中是可行的。

3 物模分析

針對(duì)這一新型的防波堤結(jié)構(gòu)，我國(guó)主要以大連理工大學(xué)王永學(xué)教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)為主在大工的近岸海洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了氣幕式防波堤的物理模型試驗(yàn)。

本物理模型試驗(yàn)基于重力相似準(zhǔn)則關(guān)系，分別考慮了不同入射波浪要素、不同供氣量Q大小、不同噴氣孔口直徑、不同模型長(zhǎng)度比尺條件下的氣幕防波堤消波性能，并對(duì)氣幕防波堤對(duì)波浪的反射作用做了分析，根據(jù)整理得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，給出了氣幕防波堤消波性能相關(guān)結(jié)論。

物理模擬區(qū)域水槽高9m，長(zhǎng)300m，水深為6m，監(jiān)測(cè)點(diǎn)在130m處，供氣量分別為：100m3/h·m、180m3/h·m、260m3/h·m、340m3/h·m、420m3/h·m、500m3/h·m、580m3/h·m，得到供氣量與透射系數(shù)關(guān)系，得出氣幕式防波堤實(shí)踐使用的可行性。

4 應(yīng)用工程實(shí)例背景

某沉管隧道工程的系泊區(qū)為半開放形式，三面圍堰南側(cè)敞口，出塢口位于圖2中AB所示位置，塢內(nèi)水深-5～-9m。系泊區(qū)作為沉管臨時(shí)存放的場(chǎng)地，在漂浮存放過程中如果受到大的風(fēng)浪作用，對(duì)臨時(shí)存放的沉管安全會(huì)有影響。為了解決這一問題，考慮通過采用氣幕式防波堤（BC段）加長(zhǎng)原有防波堤，減小臨時(shí)系泊區(qū)塢口（AB段）的方式，將系泊區(qū)內(nèi)的波高控制在允許出現(xiàn)的安全波高（1.0m）以下，保證沉管存放的安全。

圖2 氣幕式防波堤平面布置圖

5 氣幕式防波堤設(shè)計(jì)

氣幕式防波堤主要由空壓機(jī)提供空氣至海底，形成氣泡帷幕，空壓機(jī)設(shè)在陸域的“D”點(diǎn)，排氣管布置從“B”點(diǎn)至“C”，角度與原有碼頭兼防波堤夾角161°，氣幕長(zhǎng)度暫定為100m（BC段），氣幕作用前后需要有波浪儀觀測(cè)記錄數(shù)據(jù)，波浪儀放置在氣幕式防波堤中軸線兩側(cè)各30m的位置，本區(qū)域水深約-6m。

5.1 設(shè)備選型

5.1.1 排氣管選型。排氣管選用無縫鋼管，長(zhǎng)度暫定為100m，直徑選定Φ100mm，排氣孔直徑2mm，排氣孔間距30cm，鋼管尾端封閉，首端與通氣軟管連接，設(shè)計(jì)圖如下：

圖3 排氣管設(shè)計(jì)圖

5.1.2 空壓機(jī)選型。空壓機(jī)選型考慮公司實(shí)際情況，選用L型復(fù)動(dòng)水冷式空氣壓縮機(jī)，排氣量22m3/min（1320m3/h），2m3儲(chǔ)氣罐。

5.1.3 送風(fēng)管選型。送風(fēng)管單層鋼絲編織膠管，單根長(zhǎng)度20m，內(nèi)徑51mm，總長(zhǎng)度需要約380m，連接排氣管與空壓機(jī)，主要為確保試驗(yàn)操作安全。

5.2 設(shè)備安裝

空壓機(jī)布置在陸域，離海岸線需一定安全距離，基礎(chǔ)需安裝穩(wěn)固，空氣儲(chǔ)蓄罐必須加固處理。

排氣管12m一節(jié)，現(xiàn)場(chǎng)加工排氣孔和法蘭接頭，由海上方駁吊機(jī)吊入海中，潛水員水下安裝，每節(jié)之間法蘭接頭連接，并安裝橡膠墊圈，防止漏氣，本區(qū)域海水深度約-6m。

排氣管安裝時(shí)需要支撐鐵架，且排氣孔必須朝上，鐵架采用50×5角鋼焊接，高70cm，長(zhǎng)50cm，底部焊接鋼板，防止陷入淤泥。

排氣管與空壓機(jī)之間由橡膠軟管連接，橡膠管沿原防波堤布置，并需要設(shè)置必要的限位裝置，防止海浪沖擊至海中。如有必要，需在橡膠軟管進(jìn)入海水中之間接頭處安裝壓力計(jì)，用于觀測(cè)送入海中的風(fēng)壓。

5.3 實(shí)際操作步驟

將空壓機(jī)運(yùn)輸安裝在陸域安全位置；方駁吊機(jī)和潛水配合安裝水下排氣管；連接排氣管和空壓機(jī)；選擇風(fēng)平浪靜的海況進(jìn)行靜水調(diào)試；選擇適當(dāng)惡劣海況進(jìn)行初步調(diào)試；根據(jù)天氣預(yù)報(bào)進(jìn)行最終使用。

6 結(jié)語

本文結(jié)合工程的實(shí)際環(huán)境，參考國(guó)類外相關(guān)研究成果，從數(shù)模分析、物模分析和實(shí)際使用設(shè)計(jì)三個(gè)方面進(jìn)行研究，說明氣幕式防波堤在實(shí)際工程中使用的可能性，為后續(xù)的實(shí)際使用提供一定的依據(jù)，也為類似氣幕式防波堤使用工況提供參考。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：王勇超（1982-），男，湖北漢川人，中交一航局第三工程有限公司工程師，研究方向：港航工程。