7025型绞吸挖泥船防台承载能力分析研究

李晓燕，韦明强，向 宏

（中交广州航道局有限公司，广州510221）

1 引言

根据国家气象局统计，西北太平洋和南海海域2013年全年共生成31个热带气旋，较常年偏多5.5个，是继1994年之后热带气旋数量最多的一年。按照设计要求，热带气旋登陆时绞吸挖泥船应拖往安全锚地避险。一旦撤退来不及时，绞吸式挖泥船必须在临时锚地防台，由于热带气旋登陆时沿海区域历史平均风速高达32.60 m/s，这容易对绞吸挖泥船作业和停泊安全造成威胁。为了严格防范绞吸挖泥船因锚泊设备防抗台能力不足而导致重大安全事故的发生，本文基于中交广州航道局有限公司的7025型绞吸挖泥船，对单点系泊的绞吸挖泥船进行水动力分析模拟，从而研究绞吸挖泥船在具有一定波浪遮蔽条件的临时锚地抵抗台风的能力。m，型宽15.4m，型深4 m。在临时锚地采用单锚系泊形式，系缆绳为直径46 mm的AM3有挡锚链，长度275 m，锚为AC-14无杆大抓力锚，锚重3 t。7025型绞吸挖泥船无锚穴、无锚链筒，且使用锚链托架，锚链出口在船尾甲板面上，直接从甲板面伸出，船尾部设锚架，起锚后卡在锚架上。

在实际水动力模拟中，与船体连接的系泊点取尾锚链转向架在主甲板上的点，如图1所示。

2 7025型绞吸挖泥船水动力模型

（1）防台停泊系泊方式

7025型绞吸挖泥船为箱形船体，其两柱间长66.5

（2）水动力计算模型

7025型绞吸挖泥船水动力模型的面元模型，如图2所示。其中，船体水动力模型的单元节点数量总共为3937个，单元数量总共为3 945个。

3 水动力计算结果分析

3.1 计算工况

采用单锚泊方式的7025型绞吸挖泥船在恶劣的外界环境干扰下容易因偏荡运动而出现走锚现象，甚至断缆现象从而出现险情。为了准确评估7025型绞吸挖泥船的防台承载能力，本文根据该船工作时所在海域台风登陆时的环境载荷的历史统计，设置该船系泊系统防台时遭遇的主要的风、浪、流工况的边界条件，如表1所列。

3.2 水动力计算结果分析

一般来说，当风、浪、流在同一直线上时将在系泊系统上产生最大的临界力。因此，本文计算中假定风、浪、流在同一方向上，同时风向、浪向和流向设置为与水动力模型统一坐标系X正方向同向，即0°方向。在各种计算工况的水动力模拟分析过程中，风载荷计算考虑风速不随时间变化的定常风模型，波浪载荷计算采用PM波浪谱。

（1）不同工况下锚泊系统运动特性

根据计算结果，随着环境荷载增大，锚链张力也急剧变大。同时，由于偏荡冲击张力具有瞬时性特点，从而导致锚链产生很大的瞬态张力。由图3、图4可知，激烈的偏荡所产生的冲击张力很大，最高可达船舶正面受风面积所受风力的8倍左右。图3、图4为锚链张力的时间历程图。

图2 7025型绞吸挖泥船水动力模型

表1 系泊系统防台时遭遇风、浪、流工况边界条件

图3 工况1 锚链张力的时间历程

图4 工况2 锚链张力的时间历程

表2 系泊系统的计算结果

（2）系泊系统计算及校核分析

根据《CCS海上移动平台入级规范》对锚链张力和锚抓力进行计算和校核，计算结果如表2所列。

由表2可知，系泊系统能够满足工况1的防台要求，但不能满足工况2的防台要求。在工况2下，锚承受的最大载荷超过船舶的锚抓力，容易造成阵发性乃至连续性拖锚甚至走锚，故在工况2下，应到安全锚地避险。若要保证在工况2下锚泊安全，建议加强系泊系统中的锚，即选用更大锚抓力的锚。

上述计算结果表明，7025型绞吸挖泥船系泊系统具有一定的防台承载能力，在一定浪、流条件下，能够抵抗10级台风，这与实际情况较为符合。但由前文可知台风登陆时历史平均风速为11级，因此台风来临时如何防台要根据实际环境条件确定。实际操作中，船长和职责部门应根据实际风、浪、流以及锚地情况和经验，参考本文计算结论和相关建议，综合判断，做出满足当时安全条件的操作决策。

4 结束语

在台风极端环境中，船舶在风、流和浪的外界干涉力作用下，锚泊常常会产生剧烈的偏荡运动，这种偏荡运动是引发锚泊船舶走锚、碰撞、触礁、搁浅等事故的重要因素。对于锚链孔不在船舶首尾线上，而是偏于一侧的单锚泊的7025型绞吸挖泥船，偏荡与波浪对系泊系统承载能力有着显著的影响。

从本文计算结果可以看出：

(1) 7025型绞吸挖泥船在大风浪中单锚泊时，作用于船体的风压增大而使船舶失去左右平衡状态，在风压转头力矩和漂移力、船体移动的水阻力和锚链拉力的作用下，将产生以锚为中心的周期性的振幅大、周期长的横荡和首尾摇的偏荡运动，从而对锚链产生很大的偏荡冲击张力。偏荡冲击张力具有瞬时性特点，从而导致锚链产生很大的瞬态张力。

(2) 7025型绞吸挖泥船单点系泊系统在风、流和浪联合作用的运动响应是非常复杂的，然而横荡、首尾摇、纵摇和升沉最为明显，其中前两者主要是由风和流造成的，纵摇和升沉主要是由波浪造成的。风、流共同作用时，风的作用比较明显，流的影响相对较小；但随着流速的增大， 船舶偏荡运动加剧。总之，防台系泊力并不是相应风、浪、流分别作用产生系泊力的简单叠加，风、浪和流相互之间存在明显的耦合效应[3]，因此有必要对7025型绞吸挖泥船防台承载能力进行深入研究。

[1]张玉喜等.锚泊船在风流中的偏荡运动研究[J].大连海事大学学报,2009（4）.

[2]云会杰,杨天华.论锚泊船舶的偏荡与防止[J].天津航海,2011（3）.

[3]李玉龙,于定勇,李翠琳,常梅.防风单点系泊系统系泊力试验研究[J].海岸工程,2008（2）.