跨航道施工非自航船锚泊计算分析
时间：2023-02-08 08:25:05 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
王怀栋，张捷，张晓丹，张新
（1.中交海洋建设开发有限公司，天津 300457；
2.香港海洋投资发展有限公司，香港 999077）
由于香港天然能源短缺，天然气供应主要依赖内地和海外，海底输气管道的建设成为天然气供应必不可少的关键环节。香港某海底输气管道路由跨越航道，为了避免管道不受外界影响且不影响通航，需要通过预挖沟施工将输气管道埋设至海床下4m。在预挖沟施工中除跨越航道外，还存在与已有管道并行等问题，导致除风、浪、流等自然因素外对施工船舶的锚缆长度、锚缆张力提出了更加严格要求。本文针对跨航道、并行管道条件下的海底管道预挖沟施工进行锚泊分析，从而确定最优布锚方案，以满足施工作业及安全要求。
在预挖沟施工过程中，非自航抓斗船沿管道路由方向进行多次布锚作业，考虑到受半通航半施工以及并行管道的影响，根据每次布锚的极端状态，选取对非自航抓斗船平行路由锚泊状态和垂直路由锚泊状态进行计算分析。
1.1 设计标准
根据DNVGL-ST-N001，线张力极限和设计安全系数如表1 所示。
表1 线性张力极限和设计安全系数
本文采用准静态分析方法进行锚泊计算，完整状态和破断状态的安全系数分别为2.00 和1.43。
1.2 环境条件
根据管道路由分布，跨航道海域水深15.00m，施工过程中要满足航道半通航要求；
管道路由与已有管线存在300m 的平行段，最小间距为90m，锚缆与已有管道之间至少要保证50m 的安全距离，且不能跨越已有管线。
在满足上述海上施工要求的同时，考虑风荷载、流荷载、波浪荷载等复杂环境条件，对两种锚泊状态设计合理布锚方案。施工海域的环境条件如表2 所示，风浪流的主方向如图1 所示。
表2 环境条件
图1 风浪流主方向
1.3 船舶参数
本文中施工船舶为非自航抓斗船，船舶基本参数如下：
表3 船舶参数
1.4 锚泊系统
根据非自航抓斗船的施工特点，锚泊系统由四条锚缆组成，位于船艏的两条锚缆采用八字锚锚泊方式；
位于船艉的两条锚缆采用交叉锚锚泊方式，以提高船舶的稳定性。非自航抓斗船平行路由锚泊状态和垂直路由锚泊状态的锚缆布置如图2 所示。各锚缆的角度、长度以及预张力详见表4，锚缆参数详见表5。
图2 锚缆布置图
表4 锚缆配置
锚缆参数如下：
表5 锚缆参数
本文采用MOSES 软件对船舶锚泊系统进行水动力分析和模拟仿真，计算得出锚缆最大张力、最大上拔力以及船舶六个自由度的最大运动幅值。
MOSES 软件可以进行频域时域分析，以预测在施加波浪、风和海流等环境力作用下的物体运动。在时域分析中，MOSES 软件使用二阶Newmark 积分方法，通过在积分的每个时间步使用迭代来处理非线性外部负载，可用于模拟非线性外部载荷，如悬链线系泊缆。在时域分析中，MOSES 软件基于用户定义的波谱生成一系列具有随机相位的波分量，并利用频域分析中计算的水动力系数生成波浪力。
在平行路由锚泊状态下，如表6～表8 所示，最大锚缆张力为21.16t（2#），最小安全系数为2.88，最大锚缆上拔力为2.89t（2#）。在船舶的六个自由度最大运动幅值中，横荡和艏摇较为突出，分别为4.75m 和4.86°。
表6 平行路由布锚的锚缆最大张力
表7 平行路由布锚的锚缆最大上拔力
表8 平行路由布锚的船舶自由度最大运动幅值
在垂直路由锚泊状态下，如表9～表11 所示，最大锚缆张力为11.67t（1#），最小安全系数为5.23，最大锚缆上拔力为2.60t（1#）。在船舶的六个自由度最大运动幅值中，纵荡和艏摇较为突出，分别为0.24m 和0.38°。
表9 垂直路由布锚的锚缆最大张力
表10 垂直路由布锚的锚缆最大上拔力
表11 垂直路由布锚的船舶六个自由度最大运动幅值
（1）通过对平行路由和垂直路由两种锚泊状态进行分析，计算结果表明，所设计的两种锚泊方案的安全系数均大于设计安全系数2.0，满足非自航抓斗船的现场施工作业需求。
（2）两种锚泊方案进行对比分析，垂直路由布锚船舶整体稳定性相对较好，结合半通航半施工工况条件，因此优选垂直路由布锚方案。
（3）如果使用传统的拖曳埋置锚，则必须保证部署足够重的锚缆，以防止在完整状态下产生上拔力。
猜你喜欢 锚泊安全系数路由 维修型半潜船推进器辅助锚泊定位能力分析舰船科学技术(2022年21期)2022-12-12考虑材料性能分散性的航空发动机结构安全系数确定方法航空发动机(2021年1期)2021-05-22不同因素对填筑路堤边坡稳定性影响分析黑龙江交通科技(2021年4期)2021-05-19路由重分发时需要考虑的问题科技与创新(2018年1期)2018-12-23半潜式平台在外载荷下的位移计算与仿真舰船科学技术(2018年8期)2018-09-02基于AODV 的物联网路由算法改进研究电子制作(2017年24期)2017-02-02空基Ad Hoc路由协议研究现代防御技术(2016年1期)2016-06-01关于电梯悬挂钢丝绳安全系数计算的一些探讨中国科技纵横(2015年23期)2015-11-22锚泊阻尼研究综述江苏船舶(2015年1期)2015-05-06慢漂运动下多成分锚泊线阻尼参数研究舰船科学技术(2015年10期)2015-03-12
