某2 750TEU集裝箱船利用半潛駁進行下水的分析及計算

田利華，鄭志華，李 爽，潘均發

（中船黃埔文沖船舶有限公司，廣州 511458）

1 前言

目前大型船舶的下水，一般采用兩種方法：一種是在干船塢內建造的船舶和海工平臺，出塢前在船塢內放水直至船舶和海工平臺起浮到一定安全高度后，打開塢門利用拖船將船舶從船塢拖至碼頭；另一種是在水平船臺建造的大型船舶和海洋平臺，一般采用若干臺液壓頂升小車將船舶頂起沿軌道轉移至半潛駁，半潛駁注入壓載水實現船舶起浮。但在一些船廠，船臺設計主要定位于建造海工平臺，如鉆井平臺、居住平臺及風電安裝平臺等，這類平臺的外底水平區域大，一般只設置了兩組間距十幾米的小車軌道，但在實際建造時由于塢期安排的問題，部分商貨船例如集裝箱船也要在這種水平船臺上建造，由于集裝箱船的艏艉線型瘦削，不能在船底布置數量足夠多的液壓小車進行過駁轉運，因此下水時船底外板受力較大，在過駁下水前需要對下水方案進行相關的分析計算才能確保下水過程的順利進行。

本文主要分析了某2 750 TEU 集裝箱船利用半潛駁進行下水。該船在船廠的水平船臺建造，水平船臺只設置了組條間距為14 m 的軌道，船布置在兩組軌道中心位置，在下水時使用84 臺液壓移船小車將船頂起再轉移到半潛駁上。這樣，一方面由于集裝箱船中部平底區域面積非常有限，能直接布置在水平船底的小車數量受到了限制；另一方面，集裝箱船的艏艉線型瘦削，首尾部分無法直接布置液壓小車及鋼支架，船底外板的受力面積非常有限，需要在首尾部采用滑道梁進行支撐，因此首尾部的船體外板所受壓力較大，操作不當容易造成外板變形；此外，將船移動到半潛駁上進行下潛作業前，需考慮船起浮時的浮態，由于受港池水深及半潛駁下潛能力的限制，船起浮時艏艉吃水差被限制在一定范圍內，艏艉吃水差不能過大。為了調整船的縱傾，需要在船的首部壓載艙打入一定壓載水，這在一定程度上增加了船底結構的壓力。綜上所述，在水平船臺移船之前，應分析船底結構受力以及打入壓載水后船底結構受力，若打入壓載水后船底結構受力超過許用應力，則要考慮在下潛過程中打入壓載水的時機，即當船產生一定浮力后再打入壓載水，以減小船底結構的受力。

2 下水前液壓小車布置及船舶受力分析

2.1 移船小車布置

該集裝箱船的空船重量約為11 817 t，下水方案共布置500 t 鋼支架24 個，如圖1 所示；鋼支架主要布置在中部平直外底區域，每個鋼支架下面布置兩臺250 t 液壓小車，組成500 t 組合車，小車通過500 t 鋼支架支撐平直船底外板，如圖2 所示；過渡區域液壓小車布置，如圖3 所示；首部區域布置400 t 滑道梁8 根，尾部區域布置400 t 滑道梁10 根，艏艉部液壓小車直接頂在鋼梁上，在鋼支架和滑道梁相應位置布置250 t移船小車共計84 臺，如圖4、圖5 所示。

圖1 移船小車布置俯視圖

圖2 中部液壓小車布置

圖3 過渡區域液壓小車布置

圖4 艏部液壓小車布置

圖5 艉部液壓小車布置

2.2 移船小車承載力計算

液壓移船小車具有自動均載功能，可以保證運輸船舶過駁時各臺小車平均分擔因路況變化導致的載荷變化，防止局部小車載荷出現大幅變化，有效避免船舶因受力不均導致變形的情況；使用移船小車運輸時，一般將所有小車分成左右對稱的四大組，每個大組內的小車通過程序控制，使其載荷相同且在運輸過程中載荷不變，從而實現均載功能；在實際下水操作時，將所有移船小車根據船的重量重心分成前、中左、中右、后共4 個大組，各大組內的移船小車通過外接串聯油管聯通，保證大組內的小車承載力一致。按照布置圖，對小車承載力分組計算結果如表1 所示，滿足要求。

表1 單臺液壓小車承載力

2.3 船體結構受力計算

根據計算結果，采用84 臺移船小車可以滿足移船需求，船底結構受力滿足要求。

根據計算結果，發現平行中體A5 區域的外板及縱骨應力雖未超過許用應力，但已經非常接近許用應力，如果在移船之前或移船到半潛駁下潛前在壓載艙艙內打入壓載水，很有可能會使部分區域超過許用應力而造成船體外板塑性變形，因此如果在船艙內需要打入壓載水，合適的時機應選在船下潛入水一定深度產生浮力時再進行打入壓載水作業，可有效避免船底結構變形的情況。

3 下潛浮態分析

船轉移至半潛駁后，選擇在港池內進行下潛作業。因港池內的水深只有11 m，而下潛作業需要的水深需要大于半潛駁的最大沉深16.8 m，因此需要在港池內挖5 m 的沉坑，再借助2 m 以上的潮高，即達到18 m 的水深以滿足下潛安全水深的要求。半潛駁的最大沉深 d=16.8 m，承載甲板型深 D=8.8 m，船裝駁后基線距離半潛駁承載甲板約 3.4 m，則船起浮吃水要求T≤d-D-3.4=4.6 m。從圖6 下潛示意圖，可以得出船最終起浮的狀態，艏艉最大吃水不得超過4.6 m。

圖6 下潛示意圖

表2 為船的浮態計算結果。

表2 集裝箱船浮態計算結果

由表2 可以看出：在沒有打入壓載水的情況下，船存在嚴重的尾傾情況，尾吃水達到了5.9 m，大于起浮吃水極限的4.6 m，因此必須在首部打入一定壓載水以調整船舶起浮的浮態，實際操作時在船首部的7 個壓載艙打入了2 206 t 壓載水以調整船舶浮態，調整后的船舶浮態為尾部最大吃水4.3 m，小于極限4.6 m，滿足起浮對船吃水限制的要求。

4 下潛過程中打入壓載水的時機

由于船舶下水后的最大吃水被限制在4.6 m，船艏需要打入2 206 t 壓載水調整船舶浮態；根據上面計算，船舶在水平船臺移船過程中已經有局部船體外板及內部結構接近屈服極限，因此在移船前打入壓載水有可能導致在移船過程中由于局部應力過大而造成船體結構產生塑性變形，存在較大風險；而選擇在船舶下潛到一定深度，當船產生一定浮力后再打入壓載水會極大減小船體結構的應力。在半潛駁不斷下潛，船底板開始入水到船下潛到一定深度，船首部達到將浮而未浮狀態，在這個狀態之前某一個吃水狀態時打入壓載水是滿足要求的，因此需要找到這個臨界狀態作為在下潛過程中打入壓載水的依據。

從圖7 可以看出：當船首部達到將浮未浮狀態時，船首部外板的受力為0，僅尾部最后一個鋼梁受力F1；當重力矩與浮力矩相等時，即GxL2=F2xL1 時，查邦金曲線可得圖8。

圖7 首部即將起浮時集裝箱船受力

圖8 下潛過程重力矩及浮力矩變化情況

從圖8 可以看出：當船舶吃水在2.8 m 的情況下，船首部達到將浮未浮的狀態，此時船的浮力已經達到了約9 200 t，遠超首部所加壓載水的重量2 206 t。在實際操作過程中，為了防止因各種因素所產生的誤差，一般選擇在臨界值之前進行打入壓載水，當吃水2 m時船的浮力已經達到了6 351 t，因此在實際操作時采用了船吃水2 m 時半潛駁停止下潛，開始往預定壓載艙打入壓載水，待壓載水完成后半潛駁再繼續下潛直至整船起浮。

5 結論

通過上述分析及實際操作，在集裝箱船下水后對整船外底板進行了水下檢查，沒有發現船外板產生變形情況。后續船如有類似水平船臺只有兩條軌道，在利用半潛駁在限制水深進行下水時，首先需考慮半潛駁最大下潛深度及港池內的水深情況，當水深不足時可以在下潛位置開挖一定尺寸的沉坑，使沉坑位置的水深大于半潛駁的最大下潛深度；此外，下水前需要進行結構受力分析，為了減小船底結構受力，一般需在船有一定吃水時再加入壓載水調整船起浮時的浮態，確保船底結構不會產生變形。