绞吸船在恶劣海况下施工时桥梁的保护措施

绞吸船在恶劣海况下施工时桥梁的保护措施

陈典南

中交广州航道局有限公司广东广州510221

摘要：以印尼展玉项目为背景，针对绞吸船在印度洋恶劣海况下开挖航道过程中船舶随涌浪起伏导致可能引起船舶安全的问题，通过采取尼龙缆保护桥梁的措施，成功大幅降低了桥梁起伏带来的安全隐患，提高了施工的效率。

关键词：绞吸船；恶劣海况；船舶起伏；桥梁保护

一、前言

按照设计要求，绞吸船需要在满足一定条件下才能够正常施工作业。在实际施工生产中，挖泥长必须根据土质条件、天气预报和经验来判断有大风浪和/或水流湍急时的作业风险。在预计作业条件达到船舶设计恶劣海况的情况下，挖泥长必需采取保护措施或停止作业并稳固或转移船舶到安全地点。

本文主要讲述某绞吸式挖泥船（下称绞吸船）在恶劣海况条件下通过采取桥梁保护措施后继续施工的一种方法。

二、工程简介及其施工风险分析

我司在印尼展玉承接了一航道疏浚项目，该项目位于印尼爪洼岛中部面向印度洋的海域。按照印尼Cilacap（芝拉扎）测站1988年～2006年对该海域每日逐时风速观测资料统计近岸风速结果显示，风天占58.72%，无风天占21.89%，缺测占2.36%；常风向为SE向，频率为18.25%，次常风向为E向，频率为13.51%，风速>20Knots（≈10.3m/s）的海风出现频率为0.034%，多年实测最大风速达38Knots，对应的风向为ESE向。

该工程要求采用绞吸船从海滩往内陆开挖出一条宽120m、深-7m、长700m的航道。根据往年天气观测结果显示，每年11月至来年1月是海况最好的时期，在这期间涌浪浪高1m~2.5m、周期10s~15s、波长90m~150m。在这样的恶劣海况下施工，绞吸船会随涌浪周期性起伏，这将会给绞吸船带来巨大风险，特别是会对桥梁造成损坏的风险。下图1是施工时绞吸船下桥梁后的示意图。

图1、施工时绞吸船下桥梁后的示意图

在正常海况下施工时，绞吸船相对于海底平面的垂直距离是近似固定的，所以桥梁也是相对于海底平面的竖直方向是近似固定的，桥梁钢丝绳始终处于合适且均匀受力的状态。但在印尼展玉工地的恶劣海况下施工时，绞吸船会随涌浪周期性起伏；在船艏随着涌浪从波峰运动到波谷再回到波峰这一个周期运动过程中，绞刀头相对于海底平面的运动轨迹是：远离海底地面到接触海底地面再远离海底地面，当从远离海底地面到接触海底地面时，桥梁钢丝绳会由紧变松，受力从有到无；当从接触海底地面再到远离海底地面时，桥梁钢丝绳会由松变紧，受力从无到有。如果绞吸船长时间处于这样的状态进行施工作业，可能会导致桥梁钢丝绳疲劳损伤甚至拉断或者造成桥梁钢丝绳滑轮损坏；一旦桥梁钢丝绳在这样的海况下断裂，桥梁将失去控制并自由落体式掉入海底，不仅会烧坏桥梁马达，还会在恶劣的海况下这将直接导致非常严重的安全事故，严重影响绞吸船和人员的安全。为了避免出现这样的情况，有必要采取有效的措施增大桥梁钢丝绳安全系数来降低桥梁钢丝绳损伤或断裂对桥梁以及船舶所造成的安全风险。

三、桥梁保护方案及其分析

该绞吸船总吨位是3，046t，桥梁重约320t，1台桥梁升降绞车通过φ44mm的桥梁钢丝绳以及焊接在桥梁上的4个动滑轮组，桥架上的4个定滑轮组来升降桥梁，通过升降绞车和相互连接的8股桥梁钢丝绳实现桥梁升降。经查阅钢丝绳证书得知φ44mm桥梁钢丝绳破断力是1，329kN，8股桥梁钢丝绳总破断力为10，632kN。把桥梁看作简支梁，并通过桥梁受力平衡分析，如下图2，计算出桥梁钢丝绳受力约为183t。桥梁钢丝绳安全系数S=10632&pide;（183×9.8）≈5.9

图2、桥梁钢丝绳受力分析示意图

3.1桥梁保护方案

我们设想了在恶劣海况条件下进行施工作业，对绞吸船桥梁进行保护的三个方案，下面分别介绍。

3.1.1方案一：更换直径更大的桥梁钢丝绳

将原桥梁钢丝绳更换为直径更大的钢丝绳是最快捷的方法。但由于桥梁绞车的钢丝绳滚筒的钢丝绳槽是匹配ø44mm钢丝绳的，增大直径后的桥梁钢丝绳无法进入滚筒钢丝绳槽，即使受压力进入钢丝槽后会对槽边缘产生很大的压力，这不仅会损坏滚筒钢丝绳槽，还会损坏钢丝绳，同时滑轮槽也会因为变粗后的钢丝挤压而损坏，所以增加钢丝绳直径这方案不可行。

3.1.2方案二：增加桥梁钢丝绳股数以增大安全系数

该方案是增加桥梁钢丝绳股数以增大安全系数，降低每根钢丝绳受力，这样势必增加动滑轮的数量，而现场没有时间也没有足够的安装位置加装动滑轮，所以该方案也不可行。

3.1.3方案三：增加桥梁保护缆索

该方案是增加桥梁保护缆索，从而有效地降低桥梁钢丝绳损伤或断裂对桥梁以及船舶所造成的安全风险。

由于尼龙缆比钢丝绳具有更好弹性和柔韧性，可以起到一定的缓冲作用；通过尼龙缆把桥架上的保险插销吊点与桥梁上的保险插销吊点连接起来，降低每股桥梁钢丝绳的受力，这样就能够有效地增大桥梁钢丝绳安全系数。

经过综合分析，最终确定选用尼龙缆来对桥梁进行保护。

3.2尼龙缆的计算和选择

为了有效地保护桥梁，作为桥梁钢丝绳的安全缆索，所增加尼龙缆的破断力应尽量接近但又不能超过原桥梁钢丝绳的最大承受力。在施工现场能够短时间内订购到的最大尼龙缆直径是φ96mm，查阅其产品证书得知其破断力是169t，简单计算10632&pide;（169×9.8）=6.4，也就是φ96mm的尼龙缆不能超过6.4股，分析可以得出6股φ96mm的尼龙缆能够最大程度上保护桥梁钢丝绳。

在施工的时候，如果桥梁钢丝绳由于绞吸船起伏受到的拉力过大，最先断的应该是尼龙缆，这样就起到保护桥梁钢丝绳的作用。桥梁钢丝绳安全系数：（10632+169×9.8×6）&pide;（183×9.8）=11.5，安全系数明显提高。

由于桥梁架上的保险插销吊点与桥梁上保险销吊点的孔径只有100mm，6股尼龙缆不能同时卡入而只能单股穿过吊点孔，所以需要用卸扣逐级连接尼龙缆。

3.3卸扣数量和规格确定

由于每根尼龙缆的破断力是169t，所以其配套卸扣的规格不能小于169t。卸扣分为U行和弓形卸扣，因尼龙缆的直径是ø96mm，要穿过卸扣，所以选用弓形卸扣更合适。而现场能够快速订购到的卸扣是150tCrosby卸扣。其规格和尺寸见下表1。

该卸扣为美式卸扣，采用优质碳素结构钢或合金结构钢经锻造并进行热处理而成，体积小而强度高；试验载荷为2倍极限工作载荷，破断载荷为4倍极限工作载荷，这说明150吨规格的卸扣实际破断力足够大于尼龙缆的破断力，实际使用起来更加安全更有保障。

图3、桥梁钢丝绳受力分析示意图

3.4尼龙缆和卸扣的安装

按照设计，上下吊点各4组，每组3个卸扣，准备好12个150t的crosby弓形卸扣，按照一环扣一环的方式连接每组卸扣，分别装在桥梁上的保险插销吊点和桥架上保险插销吊点上。第一组第一个卸扣安装在对应吊点上，2股尼龙缆穿过第二个卸扣并与第一个卸扣相扣，第3股尼龙缆穿过第3个卸扣，其他3组卸扣按照同样的方法穿好尼龙缆。由于该工程项目要求疏浚定深-7m，所以在安装尼龙缆和卸扣时，首先将桥梁提到高处，预留好尼龙缆的长度，然后按照上面的方法安装尼龙缆后，下放桥梁到-7m，再仔细检查尼龙缆的松紧度，以保证尼龙缆处于较好的均匀受力状态。尼龙缆以及卸扣安装好后的状况见下图3。

实施桥梁保护措施后，由于桥梁起伏造成桥梁钢丝一松一紧发出的巨大声响大大降低了，同时也提高了施工效率，经过半个月的施工后，航道顺利完工。

四、总结

由于印尼展玉工地浪涌大，海况恶劣，对施工绞吸船造成极大影响，存在较大安全隐患。通过在桥梁上加装尼龙缆后，之前存在的桥梁钢丝绳一松一紧和偶尔发出较大声响的情况不再出现，达到了预期的效果。直到该项目施工完成后，该船钢丝绳和新增加的尼龙缆都完好。

实践证明，该方法有以下优点：实施时间短，成本低，易操作，效果明显，不过，采用该方法的前提是绞吸船定深挖泥。通过在桥梁上加装尼龙缆作为绞吸船桥梁安全保护措施，取得了良好效果，对绞吸船在类似海况下施工具有一定的指导意义。