新型多用途起錨艇的研發與建造

趙雨，孫靚

(中交第一航務工程局第二工程有限公司，山東青島266071)

新型多用途起錨艇的研發與建造

趙雨，孫靚

(中交第一航務工程局第二工程有限公司，山東青島266071)

為了滿足港珠澳大橋沉管安裝的起、拋錨需要，研發建造新型多用途起錨艇。通過計算沉管的水流力，優化沉管安裝布錨方案，對錨抓力進行試驗，對沉管進行物模試驗和對起錨設施進行分析，最終確定起錨艇的主要技術指標和設備配置。實船建造投產后使用表明，新造多用途起錨艇的各項性能指標優良，達到了預期的目標。

沉管安裝;起錨艇;錨抓力

港珠澳大橋海底隧道長約6 km，共使用節段式沉管33個，其中標準管節外形尺寸為180 m× 39.5 m×9.9 m，重約73 000 t，沉管定位和安裝都需要強大的錨系設施。國內現有起錨艇的能力不滿足施工要求，需要研發建造專用起錨艇進行起、拋錨作業。

1 主要性能參數

1．1 航區與用途

該船適合在中國沿海航區航行、拖帶作業，具有起錨功能，并可在近海單航。

1．2 主要參數

1．3 總體布置

該船為單甲板，三層甲板室，傾斜首柱和方艉形式。駕駛室和居住艙位于前部，一層甲板室布置廚房、衛生間、會議室等;二層甲板室為船員居住艙室，三層甲板室為駕駛室。主船體以下由4道鋼質水密橫艙壁分割為:艏尖艙、錨鏈艙、船員艙(其底部為雙層底艙)、壓載水艙、機艙(其底部有部分雙層底艙)、舵槳艙。

2 相關技術措施與試驗

由于該船的首要任務是為沉管安裝進行起、拋錨作業，起錨力是最關鍵的技術指標，為了確定起錨力，需要開展一系列的技術研究和試驗工作，主要有如下內容。①計算沉管的水流力;②研究沉管安裝工藝;③研究沉管安裝布錨方案;④委托大連理工大學對沉管(標準管節)安裝的系纜力進行物模試驗，確定系纜力最大值;⑤進行錨抓力試驗、選取錨的類型和錨重;⑥研究起錨艇的起錨設施和主要設備配置。

2．1 沉管水流力的計算

選用《港口工程荷載規范》(JTS144-1-2010)［1］中的水流力計算公式計算沉管水流力，公式如下。將CW=1.2，ρ=1.0 t/m3，V=1.0 m/s，以及A=1 764 m2代入式(1)，得FW=1 058.4 kN。

2．2 沉管安裝工藝的研究

經研究采用1對(2艘)安裝船騎跨在沉管上方進行沉管的吊放安裝。每艘安裝船設置4個錨纜用于沉管定位，另設置2個錨纜用于控制沉管下沉安裝過程的軸向位置，見圖1。

圖1 沉管安裝布錨示意

2．3 沉管安裝布錨方案

沉管安裝選擇在平流時進行，因占用航道，為保障安全，需要縮短安裝時間。利用本船提前將12個錨定點拋設，沉管拖至安裝現場后，使用本船和其他拖船快速將錨纜連接好。

經過反復優化，沉管安裝的施工布錨方案見圖1，圖中M1～M8為安裝船定位錨纜，H1～H4為沉管安裝控制纜，內側橢圓點為安裝布錨點，外側橢圓點為安裝船定位布錨點。

2．4 沉管系纜力的計算

沉管定位時的流向為垂直于沉管安裝軸線，水流力靠水流來向的一側的4根定位纜來克服，考慮4根纜受力不均衡，按3根纜受力進行計算。

假定系纜力為F，系泊纜與沉管安裝軸線的夾角為α，系泊纜與水面夾角為β，則

根據布錨方案，α在35°～60°之間變化，β在5°～15°之間變化，由式(2)可見，α越小，β越大，系纜力越大，選取α=35°、β=15°進行計算，則算得F=636．8 kN。

2．5 沉管系纜力的物模試驗

為驗證系纜力計算結果，委托大連理工大學對沉管系纜力進行物模試驗，物模試驗結果為:沉管上4根纜繩系泊標準管節(E20)單根系泊纜力最大值為914 kN。

因此，選取沉管(標準管節)系纜力的最大值為914 kN。

2．6 錨抓力試驗

由于施工區域地質為軟泥，為降低錨重，需要選擇大抓力型的錨，為此選用了AC-14、HYD-14和HY-17等3種大抓力錨在施工現場分別進行多次錨抓力試驗，試驗抓重比結果見表1。

表1 試驗抓重比結果

根據前面的分析討論，選用8t HYD-14錨作為沉管定位錨和控制錨。

2．7 起錨力的確定

根據8t HYD-14錨的錨抓力(1 096 kN)，8個定位錨提前進行布設，錨會有下沉量，錨抓力會加大，考慮富裕量，起錨力選取1 200 kN。

3 主要設備的配置

3．1 起錨設施

1)起錨絞車。選用組合式，液壓驅動，帶主、副2個同軸的卷筒，主卷筒用于起錨，副卷筒用于起重吊桿的吊鉤，泵站與錨機、吊桿變幅油缸及絞車等共用。絞車拉力1 200 kN，主卷筒容繩量為直徑68 mm、長150 m，副卷筒的容繩量為直徑30 mm、長60 m。

2)起錨吊桿。用于吊錨和吊放的輔助設備，可放倒在二層甲板支架上，由A字架和2個變幅油缸組成，A字架底部絞接于甲板上，可通過2個液壓缸起升和收回，起重能力15 t，起升高度為設計吃水線上11 m，起吊點距船艉水平距離為3 m。

3)液壓擋銷和鯊魚鉗為50 t連桿式鯊魚鉗，液壓伸縮控制，帶鯊魚鉗和液壓擋銷，在機旁控制，工作時伸出甲板，不工作時可收到甲板下與甲板齊平。

4)艉部滾筒設于船艉舯部，滾筒長度4 m，直徑600 mm。

5)系泊絞車用于起錨輔助作業和系泊使用，液壓馬達驅動，臥式、單卷筒，拉力10 t，容繩量為直徑30 mm、長120 m。

3．2 主、輔機

1)主機。主機選用2臺濟柴(G12V190ZLC)生產的900 kW柴油機，額定轉速1 450 r/min，空氣壓縮啟動，閉式冷卻，海水泵、冷卻淡水泵、滑油泵和燃油泵由主機直接驅動。雙機工作可提供300 kN的正拖系柱拖力。

2)輔機。輔機選用2臺250 kW的發電機組及1臺75 kW應急發電機組。主發電柴油機為康明NTA855-G2(M)，額定功率284 kW，額定轉速為1 500 r/min，電啟動，閉式冷卻。電機型式為無刷勵磁，AC400 V，50 Hz，三相，功率250 kW。停泊發電柴油機為康明斯6BT5.9-D(M)，額定功率86 kW，額定轉速1 500 r/min，壓縮空氣起動，閉式冷卻。發電機型式為無刷勵磁，AC400 V，50 Hz，三相，功率75 kW。

3．3 推進裝置

選用Z型舵槳推進，型號NRP120，數量2臺，功率900 kW，輸入轉數1 450 r/min，螺旋槳直徑約1 750 mm，4葉定距螺旋槳。

3．4 壓載設備

設壓載總用泵1臺(100 m3/h×20 m)、艙底泵(兼作消防泵)兩臺，艙底泵可作壓載泵使用，用于調節船舶的浮態。

3．5 錨機

液壓馬達驅動，帶2個錨鏈輪，1個纜繩卷筒及2個副絞纜輪。配錨780 kg，錨鏈直徑26 mm，制動力600 kN，可在機旁和駕駛室遙控。

3．6 駕控臺

1)前駕控臺。駕駛室前部設2個控制臺(左右舷各1個)用于航行，由以下幾部分組成:主機轉速控制、舵槳轉向控制、以及主機、舵槳的報警及指示系統;各通訊導航設備、電話，等;艏錨機操縱控制及指示系統;電羅徑復示器。在駕駛室中部安裝集中控制板，由以下控制單元組成:航行燈控制板、信號燈控制板、火警探測和報警板、通用報警板、氣笛控制板、風機油泵切斷按鈕、室外照明分電箱、助航分電箱、低壓分電箱、無線電分電箱及公共廣播，等。

2)后駕控臺。在駕駛室后部設2個控制臺(左右舷各1個)用于起錨作業，由以下幾部分組成:主機轉速控制、舵槳轉向控制、以及主機、舵槳必要的儀表等;后部拖纜機、A型架、卷車、鯊魚鉗等甲板機械操縱控制及指示系統;后探照等控制板，拖鉤釋放按鈕，等。

3．7 測量設備

安裝多波束測深儀1套，型號為Kongsberg EM2040，掃寬可達140°(單聲吶探頭)，深度分辨率為2 mm，頻率范圍為200～400 kHz，最大頻率為50 Hz。

3．8 拖鉤

配40 t蝶形氣控拖鉤1個，可受機旁控制和駕駛室遙控，用于船舶拖帶。

3．9 其他設備

救生、消防、航行、信號、防止污染設備、生活污水處理裝置、通訊、導航設備及報警設備等按中國海事局《國內航行海船法定檢驗技術規則》(2011)［2］和中國船級社《國內航行海船建造規范》(2009)［3］及相關修改通報的要求配備［2］。

4 主要技術特點和創新點

4．1 主要技術特點

1)起錨力大。該船的起錨力為1200kN，遠大于常規起錨艇的起錨力。

2)采用艉起錨方式。該船采用艉起錨方式，有足夠的起錨作業面積。

3)自由航速大。常規起錨艇的航速一般在7～8 kn左右，該船自由航速為11kn。

4)船舶操縱性能好。該船采用雙全回轉舵槳推進，回轉半徑小、操縱靈活，在狹窄區域作業優勢更加明顯。主機功率大，系柱拖力為300 kN，有足夠的推進力。

5)經濟性好。該船除用作沉管安裝船、平臺式碎石鋪設船、供料船等進行起、拋錨作業外，還可進行船舶拖帶作業，使用率大大提高，經濟性較好。

6)起錨設施配置高。常規起錨艇一般僅配置起錨絞車或起錨吊桿，該船除配置1 200 kN起錨絞車外，還配置了艉滾筒、液壓擋銷、鯊魚鉗、起吊錨桿和收放纜絞車。

7)設置前后駕控臺。該船設置前后駕控臺，前駕控臺用于正常航行，后駕控臺用于起錨作業使用。可遙控2臺主機、2臺舵槳、起錨絞車、液壓擋銷、鯊魚鉗和起錨吊桿工作。

8)船舶線型好。該船采用拖輪船型，艏部線型瘦削，提高了快速性;船艉豐滿，水線面積大，一般起錨作業不用調載。

9)干舷高。該船航區為近海，干舷大，可在外海施工區域進行施工作業，使用范圍大大擴展。

4．2 創新點

1)起錨工藝。常規起錨艇采用艏起錨方式，該船采用艉起錨方式，起錨輔助設施齊全，起錨能力和效率都大大提高。

2)多用途、多功能。該船安裝了1套多波束測深儀，除具有較強的起錨功能和中長途拖帶作業功能外，還具備了工前掃海測量及低精度測量驗收功能。

5 使用效果與評價

經過充分的技術調研和一系列的技術分析，2012年2月確定了該船的總體技術方案，隨后由煙臺海越船舶服務有限公司進行了船舶詳細設計，設計圖紙獲得CCS審批后，2012年6月該船在廣州文沖船廠有限公司開工建造，2013年1月16日完成建造并投入了港珠澳大橋的施工，主要為沉管安裝進行起錨、布錨及通、解纜作業。由于起錨能力強和作業效率高，為沉管安裝提供了重要保障，發揮了無可替代的重要作用，截止目前為止已順利完成17個沉管的安裝。

該船是以滿足港珠澳大橋實際施工需求為目標進行技術創新的新拖輪船型，其建造質量優良，性能優異，達到了研發建造的預期目的。由于該船采用了較佳的線型，功率適中，設備配置合理，性能優良，操縱性和回轉性能好，多用途，特別適用于港口施工單位使用，是今后港口施工單位老舊拖輪更新的首選船型之一。

［1］中華人民共和國交通運輸部.港口工程荷載規范［M］.北京:人民交通出版社，2010.

［2］中國海事局.國內航行海船法定檢驗技術規則［M］.北京:人民交通出版社，2011.

［3］中國船級社.國內航行海船建造規范［M］.北京:人民交通出版社，2009.

［4］吳梵.船舶結構力學［M］.北京:國防工業出版社，2010.

Development and Construction of the New Type of Multi-purpose Anchor Boat

ZHAO Yu，SUN Liang
(CCCC First Harbour Engineering Company Ltd.，Qingdao Shandong 266071，China)

The function of the new multipurpose anchor boat is to meet the demands of anchor handing work in the process of immersed pipes installation in the project of Hong Kong-Zhuhai-Macau bridge.Through calculating the flow force of immersed pipes，optimizing the plans of immersed pipes installation and anchor，testing of anchor holding power，experimenting with immersed pipes physical models and analyzing of the anchor handing facilities，the main technical parameter indicators and device configurations of anchor boat are determined.The results after anchor boat putted into using show that all of the performance indexes are good to achieve the desired objectives.

installation of immersed pipe;anchor boat;anchor holding force

U674.4

A

1671-7953(2015)02-0036-04

10.3963/j.issn.1671-7953.2015.02.009

2014-10-28

修回日期:2014-12-26

國家科技支撐計劃課題(2011BAG07B01)

趙雨(1980-)，男，學士，工程師

研究方向:輪機工程

E-mail:zy198047@163.com