CN113022786B - 一种急流河段工程船锚缆布置方法 - Google Patents

一种急流河段工程船锚缆布置方法 Download PDF

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Abstract

一种急流河段工程船锚缆布置方法。包括如下步骤：(1)施工设计及确定锚数；(2)确定锚位；(3)检查锚缆系统；(4)工程船进入施工区；(5)抛锚并收紧锚缆；(6)调整船位船向。本发明采用七锚缆布置方法，受剪刀水、漩涡、回流、横流等急流环境影响小，有效作用面广，减少抛锚次数，保持工程船在急流区施工过程稳定、且稳定时间长，提高施工效率，解决工程船在急流区易移位、施工困难的问题，使急流状态下爆破作业得以正常开展。适用于水运、水电工程施工中急流区工程船锚缆布置工作。

Description

一种急流河段工程船锚缆布置方法
技术领域
本发明涉及一种工程船锚缆布置方法，具体是一种急流河段工程船锚缆布置方法。
背景技术
目前，在急流河段中施工，工程船受到剪刀水、泡水、旋涡、回流、横流、风等外力作用，使用四锚缆、五锚缆、六锚缆布置方法易发生前、后、左、右移位，平面位置不稳定，船舶移位幅度较大，使施工过程孔位定位困难，无法正常施工，施工效率低，且存在一定的安全隐患。
发明内容
本发明的目的是提供一种急流河段工程船锚缆布置方法，设计出控制双锚缆的锚机，减少锚机占位，集中控制锚缆的收放；运用流体力学、流体动力学原理进行受力分析计算，设计出船艏两锚缆“八”字形布置，船艉一锚缆以及四横缆布置的七锚缆布置方法，船艏两锚缆与靠近船艏的横缆组成三角形状，运用三角形的稳定性原理，使工程船在急流环境力的作用下保持稳定，工程船在急流环境施工过程不易发生移位、稳定时效长，能够提高工程船在施工过程的效率，可移船范围大，有效工作面广，减少了抛锚次数，解决工程船在急流环境下易移位、施工困难的问题，使急流状态下爆破作业得以正常开展。
本发明的技术方案是：一种急流河段工程船锚缆布置方法，包括如下步骤：
(1)施工设计及确定锚数
根据施工组织设计要求，按工程船的钻爆参数、施工区岩层特性、水流、风、浪的条件进行钻孔优化设计，选择适合施工区钻孔的孔距a、排距b，绘制钻孔设计图，对工程船在急流区最不利工况下进行受力分析计算，确定抛锚的数量；
所述对工程船在急流区最不利工况下进行受力分析计算：
为选择抛锚数量、锚缆直径提供依据，对工程船进行受力分析，工程船所受水流力主要有主流力Fz、横流力Fh，旋涡力Fc和回流力Fb，工程船施工时向水中抛设锚缆、下套管、定位桩也受水流力作用，计算时工程船、套管、定位桩均按水下部分取最大流速进行受力计算；受风力作用有四周八个方向，受力部位为工程船水面以上迎风部分，根据施工区风玫瑰图及各风向的最大风速进行分析，风荷载计算时取最大风速计算，
1)风荷载计算
Wk＝μsμzW0
式中：Wk---风荷载kPa；μs---风荷载体型系数；μz---风荷载高度变化系数；W0---基本风压kPa，W0＝(1/1600)V2；V---按历年最大风速考虑；
2)水流力计算
A.典型航道断面垂线流速分布
最高、最低施工水位时，最大流速5.0～5.2m/s，从安全考虑，选择最高施工水位时测量垂线流速分布，最高施工水位时水深11m；
B.典型航道断面平面流速分布
在横断面上加密设置测流垂线，从安全考虑，取各条垂线的最大流速作为锚缆斜拉或横跨航道在垂直水流方向上投影的流速分布；
C.水流力计算包括主流力Fz、横流力Fh，旋涡力Fc和回流力Fb的计算，为同一公式：
F＝Cw(ρ/2)V2A
式中：F---水流力kN；Cw---水流阻力系数；ρ---水密度t/m3；V---水流流速m/s；A---船舶在与流速垂直平面上的投影面积m2，即迎水面积；取最大流速计算水下部分船体受力；
3)锚缆受力计算
最高施工水位航道水深11m，最大流速5.2m/s，两条前主缆覆盖50m的航道施工范围，后主缆按垂直流速分布计算受力，主缆典型施工状态有三种情况，四横缆覆盖河面有效宽度，四缆横过水中计算受力；
4)套管受力计算
最高施工水位航道水深11m，用五点法计算垂线平均流速，用垂线平均流速计算水流力，6根套管同时下到水底进行计算；
5)定位桩受力计算
最高施工水位航道水深11m，用五点法计算垂线平均流速，用垂线平均流速计算水流力，4根定位桩同时下到水底进行计算；
6)锚重计算
每个主锚重量按经验公式进行估算：
W＝KD2/3
式中：K---系数；D---船舶的排水量t；
7)确定锚数
通过以上受力分析计算，使用七锚缆布置方法能够满足工程船施工过程的稳定要求，当工程船在航道中心区域施工时，船艏主要受主流力、风力，船艏易发生偏移，船艏布置呈“八”字形两锚缆，使船艏稳定；当工程船在航道中心两侧区域施工时，工程船船艏主要受主流力、横流力、旋涡力、风力影响，船艉主要受横流力、旋涡力、回流力和风力影响，故船艏、船艉两侧各布置一套锚缆，四套锚缆共同抵御横流力、旋涡力、风力影响；船艉布置一套锚缆抵抗回流力、风力影响，以此形成的七锚缆布置来提高船舶施工过程的稳定性和定位精确度；
(2)确定锚位
锚位是根据抛一次锚尽可能完成多排孔施工，并在完成钻爆后能将工程船快速移动到下一排孔进行施工的原则来确定，在施工区范围，根据钻孔设计图在图上确定各个锚位，获取各个锚位的经纬度坐标，然后将各个锚位经纬度坐标输入到锚艇导航仪中；
(3)检查锚缆系统
对锚缆系统进行检查，包括对锚机的控制开关、润滑效果、清洁度、刹车情况、锚缆排缆情况、锚缆磨损断丝、腐蚀情况、导缆器、锚、锚头浮筒等项目进行检查；
(4)工程船进入施工区
锚缆系统检查好并将施工区和锚位的经纬度坐标输入锚艇导航仪后，将工程船移到前主锚锚位附近，运用三角形稳定性原理将两前主锚锚缆“八”字形布置，用锚艇将前主锚拖到锚艇导航仪指定的锚位抛下，再将工程船移到施工区，粗略将工程船固定在施工区域；
(5)抛锚并收紧锚缆
工程船在施工区大致固定后，按导航仪指示的锚位，用锚艇按既定顺序将各个锚拖到指定锚位抛下，再启动工程船上各个锚机，将锚缆慢慢收紧，使锚牢固抓地，稳定工程船，校核方位角，完成抛锚作业；
(6)调整船位船向
将锚机转速调至最低，缓慢收放锚缆微调工程船位置，根据设计图进行船位校核，使显示的工程船位置、船向与设计相符。
步骤(5)所述抛锚并收紧锚缆的具体操作步骤如下：
1)在锚缆的自由端挂上锚，扎紧，完成锚缆挂锚工作；
2)打开锚机，放出一段锚缆，将锚和锚缆放到锚艇上并将锚缆绑扎在系缆桩上，开动锚艇将锚及锚缆带出，工程船配合锚艇控制锚机将锚缆放出，锚艇驶到抛锚位置后，解开系缆桩上的锚缆，将锚和锚缆抛入水中，完成工程船抛锚工作，重复以上工作，直到把所有锚抛完；
3)完成抛锚工作后，启动锚机收入锚缆，将锚缆收紧，使锚嵌入水底牢固抓地，稳定工程船。
步骤(6)所述调整船位船向的具体操作步骤如下：
1)锚缆收紧后，将锚机转速调至最低，控制锚缆缓慢收入或放出，使工程船移动到设计点位；
2)将设计施工位置信息导入测量软件中，即可显示工程船与设计点位的图形差，调整船位与设计点位相符。
所述锚缆布置方法采用船艏两锚缆“八”字形布置、船艉一锚缆以及四横缆布置的七锚缆布置方法。
本发明突出的优点在于：
(1)采用七锚缆布置方法，船艏两锚缆采用“八”字形布置，使工程船在急流环境施工过程保持稳定性，安全可靠。
(2)可移船区域大，工程船有效工作面广，减少了抛锚次数，显著提高了工程船的工作效率。
(3)控制双锚缆锚机的应用，集中控制锚机，降低了工作强度。
附图说明
图1是本发明所述的急流河段工程船锚缆布置方法的锚缆布置示意图。
图2是本发明所述的急流河段工程船锚缆布置方法的锚机2结构示意图。
图3是本发明所述的急流河段工程船锚缆布置方法的工程船1受力分析示意图。
图中标记为：工程船1、锚机2、锚缆3、锚4。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
本实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
如图1所示，本发明所述的急流河段工程船锚缆布置方法的设备布置方式为：工程船1作为锚机2的工作平台，锚机2固定在工程船1上，锚缆3卷在锚机2上，通过锚机2的运行对锚缆3收放进行抛锚工作，锚4挂在锚缆自由端并扎紧。
本发明所述的急流河段工程船锚缆布置方法，包括如下步骤：
(1)施工设计及确定锚数
根据施工组织设计要求，按工程船1的钻爆参数、施工区岩层特性、水流、风、浪等条件进行钻孔优化设计，选择适合施工区钻孔的孔距a、排距b，绘制钻孔设计图；对工程船1在急流区最不利工况下进行受力分析计算，确定抛锚的数量。
所述对工程船在急流区最不利工况下进行受力分析计算：
计算条件选最大垂线平均流速处断面，航道宽度50m，河面宽度60m，最高施工水位水深11m。工程船所受水流力主要有主流力Fz、横流力Fh，旋涡力Fc和回流力Fb，工程船施工时向水中抛设锚缆、下套管、定位桩也受水流力作用，计算时工程船、套管、定位桩均按水下部分取最大流速进行受力计算；受风力作用有四周八个方向，受力部位为工程船水面以上迎风部分，根据施工区风玫瑰图及各风向的最大风速进行分析，风荷载计算时取最大风速计算。
1)风荷载计算
Wk＝μsμzW0
式中：Wk---风荷载kPa；μs---风荷载体型系数。取0.52；μz---风荷载高度变化系数。取1.63；W0---基本风压kPa，W0＝(1/1600)V2；V---按历年最大风速考虑；
2)水流力计算
A.典型航道断面垂线流速分布
最高、最低施工水位时，最大流速5.0～5.2m/s，从安全考虑，选择最高施工水位时测量垂线流速分布，最高施工水位时水深11m；
B.典型航道断面平面流速分布
在横断面上加密设置测流垂线，从安全考虑，取各条垂线的最大流速作为锚缆斜拉或横跨航道在垂直水流方向上投影的流速分布；
C.水流力计算包括主流力Fz、横流力Fh，旋涡力Fc和回流力Fb计算，为同一公式：
F＝Cw(ρ/2)V2A
式中：F---水流力kN；Cw---水流阻力系数。取0.73；ρ---水密度t/m3。淡水取1.0，海水取1.025；V---水流流速m/s。取5.2；A---船舶在与流速垂直平面上的投影面积m2，即迎水面积；船体吃水深度为1.1m，是流速较大的部位，取最大流速计算水下部分船体受力。
3)锚缆受力计算
最高施工水位航道水深11m，最大流速5.2m/s，两条前主缆覆盖50m的航道施工范围，后主缆按垂直流速分布计算受力；主缆典型施工状态有三种情况；四横缆覆盖河面有效宽度，四缆横过水中计算受力。
4)套管受力计算
最高施工水位航道水深11m，用五点法计算垂线平均流速，用垂线平均流速计算水流力，6根套管同时下到水底进行计算。
5)定位桩受力计算
最高施工水位航道水深11m，用五点法计算垂线平均流速，用垂线平均流速计算水流力，4根定位桩同时下到水底进行计算。
6)锚重计算
每个主锚重量按经验公式进行估算：
W＝KD2/3
式中：K---系数。霍尔锚取6－8，海军锚取5－7；D---船舶的排水量t；
7)确定锚数
通过以上最不利工况下受力计算结果，使用七锚缆布置方法能够抵御各个方向的力的作用，满足工程船施工过程的稳定要求。当工程船在航道中心区域施工时，船艏主要受主流力、风力，船艏易发生偏移，船艏布置呈“八”字形两锚缆，使船艏稳定；当工程船在航道中心两侧区域施工时，工程船船艏主要受主流力、横流力、旋涡力、风力影响，船艉主要受横流力、旋涡力、回流力和风力影响，故船艏、船艉两侧各布置一套锚缆，四套锚缆共同抵御横流力、旋涡力、风力影响；船艉布置一套锚缆抵抗回流力、风力影响，如此形成的七锚缆布置方法，极大提高船舶施工过程的稳定性和定位精确度。
(2)确定锚位
锚位是根据抛一次锚4尽可能完成多排孔施工，并在完成钻爆后能将工程船1快速移动到下一排孔进行施工的原则来确定，在施工区范围，根据钻孔设计图在图上确定各个锚位，获取各个锚位的经纬度坐标，然后将各个锚位经纬度坐标输入到锚艇导航仪中。
(3)检查锚缆系统
对锚缆3系统进行检查，包括对锚机2的控制开关、润滑效果、清洁度、刹车情况、锚缆2排缆情况、锚缆2磨损断丝、腐蚀情况、导缆器、锚4、锚头浮筒等项目进行检查。
(4)工程船进入施工区
锚缆3系统检查好并将施工区和锚位的经纬度坐标输入锚艇导航仪后，将工程船1移到前主锚锚位附近，运用三角形稳定性原理将两前主锚锚缆3“八”字形布置。用锚艇将前主锚拖到锚艇导航仪指定的锚位抛下，再将工程船1移到施工区，粗略将工程船1固定在施工区域。
(5)抛锚并收紧锚缆
工程船1在施工区大致固定后，按导航仪指示的锚位，用锚艇按既定顺序将各个锚4拖到指定锚位抛下，再启动工程船1上各个锚机2，将锚缆3慢慢收紧，使锚4牢固抓地，稳定工程船1，校核方位角，完成抛锚作业。
(6)调整船位船向
将锚机2转速调至最低，缓慢收放锚缆3微调工程船1位置，根据设计图进行船位校核，使显示的工程船1位置、船向等与设计相符。
步骤(5)所述抛锚并收紧锚缆的具体操作步骤如下：
1)在锚缆3的自由端挂上锚4，扎紧，完成锚缆3挂锚4工作；
2)打开锚机2，放出一段锚缆3，将锚4和锚缆3放到锚艇上并将锚缆3绑扎在系缆桩上，开动锚艇将锚4及锚缆3带出，工程船1配合锚艇控制锚机2将锚缆3放出，锚艇驶到抛锚位置后，解开系缆桩上的锚缆3，将锚4和锚缆3抛入水中，完成工程船1抛锚4工作；重复以上工作，直到把所有锚4抛完；
3)完成抛锚工作后，启动锚机2收入锚缆3，将锚缆3收紧，使锚4嵌入水底牢固抓地，稳定工程船1。
步骤(6)所述调整船位船向的具体操作步骤如下：
1)锚缆3收紧后，将锚机2转速调至最低，控制锚缆3缓慢收入或放出，使工程船1移动到设计点位；
2)将设计施工位置信息导入测量软件中，即可显示工程船1与设计点位的图形差，调整船位与设计点位相符。

Claims (4)

1.一种急流河段工程船锚缆布置方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)施工设计及确定锚数
根据施工组织设计要求，按工程船的钻爆参数、施工区岩层特性、水流、风、浪的条件进行钻孔优化设计，选择适合施工区钻孔的孔距a、排距b，绘制钻孔设计图，对工程船在急流区最不利工况下进行受力分析计算，确定抛锚的数量；
所述对工程船在急流区最不利工况下进行受力分析计算：
为选择抛锚数量、锚缆直径提供依据，对工程船进行受力分析，工程船所受水流力主要有主流力Fz、横流力Fh，旋涡力Fc和回流力Fb，工程船施工时向水中抛设锚缆、下套管、定位桩也受水流力作用，计算时工程船、套管、定位桩均按水下部分取最大流速进行受力计算；受风力作用有四周八个方向，受力部位为工程船水面以上迎风部分，根据施工区风玫瑰图及各风向的最大风速进行分析，风荷载计算时取最大风速计算，
1)风荷载计算
Wk＝μsμzW0
式中：Wk---风荷载kPa；μs---风荷载体型系数；μz---风荷载高度变化系数；W0---基本风压kPa，W0＝(1/1600)V2；V---按历年最大风速考虑；
2)水流力计算
A.典型航道断面垂线流速分布
最高、最低施工水位时，最大流速5.0～5.2m/s，从安全考虑，选择最高施工水位时测量垂线流速分布，最高施工水位时水深11m；
B.典型航道断面平面流速分布
在横断面上加密设置测流垂线，从安全考虑，取各条垂线的最大流速作为锚缆斜拉或横跨航道在垂直水流方向上投影的流速分布；
C.水流力计算包括主流力Fz、横流力Fh，旋涡力Fc和回流力Fb的计算，为同一公式：
F＝Cw(ρ/2)V2A
式中：F---水流力kN；Cw---水流阻力系数；ρ---水密度t/m3；V---水流流速m/s；A---船舶在与流速垂直平面上的投影面积m2，即迎水面积；取最大流速计算水下部分船体受力；
3)锚缆受力计算
最高施工水位航道水深11m，最大流速5.2m/s，两条前主缆覆盖50m的航道施工范围，后主缆按垂直流速分布计算受力，主缆典型施工状态有三种情况，四横缆覆盖河面有效宽度，四缆横过水中计算受力；
所述主缆典型施工状态的三种情况为：
当工程船在航道中心区域施工时，船艏主要受主流力、风力，船艏易发生偏移，船艏布置呈“八”字形两锚缆，使船艏稳定；当工程船在航道中心两侧区域施工时，工程船船艏主要受主流力、横流力、旋涡力、风力影响，船艉主要受横流力、旋涡力、回流力和风力影响，故船艏、船艉两侧各布置一套锚缆，四套锚缆共同抵御横流力、旋涡力、风力影响；船艉布置一套锚缆抵抗回流力、风力影响，以此形成的七锚缆布置来提高船舶施工过程的稳定性和定位精确度；
4)套管受力计算
最高施工水位航道水深11m，用五点法计算垂线平均流速，用垂线平均流速计算水流力，6根套管同时下到水底进行计算；
5)定位桩受力计算
最高施工水位航道水深11m，用五点法计算垂线平均流速，用垂线平均流速计算水流力，4根定位桩同时下到水底进行计算；
6)锚重计算
每个主锚重量按经验公式进行估算：
W＝KD2/3
式中：K---系数；霍尔锚取6－8，海军锚取5－7，D---船舶的排水量t；
7)确定锚数
通过以上受力分析计算，使用七锚缆布置方法能够满足工程船施工过程的稳定要求，当工程船在航道中心区域施工时，船艏主要受主流力、风力，船艏易发生偏移，船艏布置呈“八”字形两锚缆，使船艏稳定；当工程船在航道中心两侧区域施工时，工程船船艏主要受主流力、横流力、旋涡力、风力影响，船艉主要受横流力、旋涡力、回流力和风力影响，故船艏、船艉两侧各布置一套锚缆，四套锚缆共同抵御横流力、旋涡力、风力影响；船艉布置一套锚缆抵抗回流力、风力影响，以此形成的七锚缆布置来提高船舶施工过程的稳定性和定位精确度；
(2)确定锚位
锚位是根据抛一次锚完成多排孔施工，并在完成钻爆后能将工程船快速移动到下一排孔进行施工的原则来确定，在施工区范围，根据钻孔设计图在图上确定各个锚位，获取各个锚位的经纬度坐标，然后将各个锚位经纬度坐标输入到锚艇导航仪中；
(3)检查锚缆系统
对锚缆系统进行检查，包括对锚机的控制开关、润滑效果、清洁度、刹车情况、锚缆排缆情况、锚缆磨损断丝、腐蚀情况、导缆器、锚、锚头浮筒项目进行检查；
(4)工程船进入施工区
锚缆系统检查好并将施工区和锚位的经纬度坐标输入锚艇导航仪后，将工程船移到前主锚锚位附近，运用三角形稳定性原理将两前主锚锚缆“八”字形布置，用锚艇将前主锚拖到锚艇导航仪指定的锚位抛下，再将工程船移到施工区，粗略将工程船固定在施工区域；
(5)抛锚并收紧锚缆
工程船在施工区固定后，按导航仪指示的锚位，用锚艇按既定顺序将各个锚拖到指定锚位抛下，再启动工程船上各个锚机，将锚缆收紧，使锚牢固抓地，稳定工程船，校核方位角，完成抛锚作业；
(6)调整船位船向
将锚机转速调至最低，缓慢收放锚缆微调工程船位置，根据设计图进行船位校核，使显示的工程船位置、船向与设计相符。
2.根据权利要求1所述的急流河段工程船锚缆布置方法，其特征在于，步骤(5)所述抛锚并收紧锚缆的具体操作步骤如下：
1)在锚缆的自由端挂上锚，扎紧，完成锚缆挂锚工作；
2)打开锚机，放出一段锚缆，将锚和锚缆放到锚艇上并将锚缆绑扎在系缆桩上，开动锚艇将锚及锚缆带出，工程船配合锚艇控制锚机将锚缆放出，锚艇驶到抛锚位置后，解开系缆桩上的锚缆，将锚和锚缆抛入水中，完成工程船抛锚工作，重复以上工作，直到把所有锚抛完；
3)完成抛锚工作后，启动锚机收入锚缆，将锚缆收紧，使锚嵌入水底牢固抓地，稳定工程船。
3.根据权利要求1所述的急流河段工程船锚缆布置方法，其特征在于，步骤(6)所述调整船位船向的具体操作步骤如下：
1)锚缆收紧后，将锚机转速调至最低，控制锚缆缓慢收入或放出，使工程船移动到设计点位；
2)将设计施工位置信息导入测量软件中，即可显示工程船与设计点位的图形差，调整船位与设计点位相符。
4.根据权利要求1所述的急流河段工程船锚缆布置方法，其特征在于，所述锚缆布置方法采用船艏两锚缆“八”字形布置、船艉一锚缆以及四横缆布置的七锚缆布置方法。
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