基于工程实例的船舶抛锚贯入深度的探讨分析

116交流平台ExchangePlatforml0.引言进入二十一世纪以来，石油天然气等能源短缺的问题和急速发展的现代社会经济之间的矛盾显得越发突出。国家对石油及天然气的开
给予了极大的重视，近海石油及天然气工业得到了迅速的发展，海底管道在近海石油及天然气的开采运营中得到了广泛的应用。同时，随着国际电信业和因特网需求的日益增长，海底光缆传输网络得到了迅猛发展。目前，纵横交错的海底光缆传输网络已覆盖了全球各大海域，承担着90％以上的国际通信业务〔1〕。然而，随着海上运输作业的日益频繁，海底管道的安全运营问题也日益突出，纵观国内外近几年发生的多起海管、海缆受损事故，其中绝大部分是由于船舶应急抛锚造成的。应急抛锚作业可能会对海底管道造成一定的破坏，导致海底管道发生泄漏。因此，对船舶抛锚贯入深度的分析可为管线的铺设、船舶作业提供决策依据，对提高海底管道的综合经济效益具有现实意义。1.相关研究结论我国学者对船舶抛锚贯入深度进行了大量分析研究，庄元、宋少桥尝试利用简单的物理模型分析锚整个下落过程的运动状态，计算出锚的海底贯穿量〔2〕；张鹏杨等提出利用ABAQUS软件建立抛锚贯入深度数值分析仿真模型来分析锚自身尺寸与质量、落锚速度及海底土壤不排水抗剪强度对船锚贯入深度的影响〔3〕；刘欢、王懿采用不同方法分析了船舶抛锚撞击对海底管道的影响〔4〕〔5〕；王宏明运用能量分析法，就船舶抛锚对渤海湾海底管道的撞击损伤进行分析，分别对不同埋层厚度、不同混凝土厚度下的海底管道抛锚撞击及产生的凹陷深度等损伤程度进行研究，提出渤海湾海底管道埋设深度的安全域〔6〕。结合以上分析研究，本文通过对海底土体的受力分析，得出船舶抛锚贯入深度的计算公式并在具体工程中进行验证。2.船舶抛锚贯入深度计算船舶抛锚至海底泥面时，对土体产生了一竖向荷载，在此荷载作用下土体会产生变形，而后船锚会在荷载作用下插入海底土体中，抛锚引起的土体下沉值与锚进入土体深度相加即为抛锚贯基于工程实例的船舶抛锚贯入深度的探讨分析□宁波市港航管理局陈祎摘要关键词船舶应急抛锚是使海底管道损坏的一个主要因素。本文通过对锚下落过程中海底土层的受力分析，利用简单的物理模型，提出船舶抛锚贯入深度的计算方法，并结合工程实例对计算模型进行验证分析，为海底管道的安全敷设提供了必要的参数。海底管道；抛锚贯入深度；工程实例入深度。船锚的种类有很多，主要包括有杆锚、无杆锚和大抓力锚。目前货船上主要应用的是无杆锚，这里选取霍尔锚进行分析。2.1锚链拉力与锚重的计算根据《斜坡码头及浮码头设计与施工规范》(JTJ294—98)中附录B.0.2中规定，锚链的静力分析，可按悬链线进行计算。根据锚链的自重力及夏船在平衡位置时锚链拉力的水平分力的静力平衡，用下列悬链线标准方程计算锚链的拉力。公式如下：F—导链孔处锚链拉力(KN)；T—锚链拉力的水平分力(KN)；θ—导链孔处锚链轴线与水平线夹角(°)；ω—锚链的水下单位长度自重力(KN/m)；H—导链孔至泥面垂直高度(m)；l—L的水平投影长度(m)；L—导链孔处至着地点的锚链曲线长度(m)。图1锚链计算简图根据《海港设计手册》，锚系的动力计算公式是根据试验得出的经验公式，根据试验船型尺寸，得出的该船型尺寸的受力锚链最大拉力如下计算：式中：F—锚链所受最大拉力（KN）；H—有效波高（m），取1.41m（H13%）；DOI：10.16116/j.cnki.jskj.2017.12.054117ExchangePlatformld—水深（m）。静力分析与动力分析结果相比较，取大值作为锚链拉力。锚链直径需根据计算所得的锚链拉力F选择，取大值要求锚链满足下式要求：式中：K——安全系数；N——锚链的拉断拉力值（KN）；F——计算出的锚链拉力（KN）。锚重计算可根据下列公式计算：式中：G——船锚所需的最小锚重（KN）；P——锚链拉力的水平分力（KN）；KS——锚抓力系数。2.2抛锚对土体产生的荷载锚在水中受重力MG、浮力F浮及流体阻力f作用，锚在水中下落符合低雷诺数Re条件，f∝ν，抛锚对土体产生的荷载可按下式计算：（1）（2）（3）锚在水中下落可近似看作成球体下落，则锚近似为球体的等效半径为：（4）其中：η为水的黏滞系数；ν为锚在水中的运动速度k1为抛锚冲击系数，k取1.3；k2为荷载分项系数，取1.4。2.3抛锚引起的土体下沉值抛锚引起土体下沉值计算模型如图2所示，沉降量的计算可根据海底土体压缩模量ES进行计算。式中：Esi——各层土体压缩模量（kpa）；ΔPi——海底土体中各分层中点的附加应力增量（kpa）；ΔHi——分层时第层的分层厚度；n——土体分层层数。海底土体各分层中点的附加应力增量可按下式计算：式中：α——土体附加应力系数；F——抛锚对土体产生的荷载（KN）；Δhi——分层时第层的分层厚度。土体沉降量公式选择交通部公式进行计算：St=(m-1+Ut)Sc式中：m——沉降修正系数，取1.3；Ut——海底土体固结度取值为1.0；Sc——主固结沉降量，由前面公式可求得。图2抛锚引起土体下沉值计算模型2.4抛锚进入土体深度由于船锚为不规则形状，理论计算时简化后作为计算模型，考虑安全的情况下，将船锚简化为长方体插入土体中，在一定深度时，土体对船锚的作用力能够平衡船锚下沉的外力，计算模型如图3所示。图3抛锚进入土体深度计算模型假设船锚进入土体的深度为，船锚顶端进入第层土中，则土体对船锚的作用力可按下式计算：式中：[P]——土体对船锚的作用力；U——简化后船锚模型与土体接触面的周长（m）。αi——第i层土的抗力影响系数，均取1.0；hi——土层的分层厚度（m），与前面公式取值一致；τi——与hi相对应的各土层对船锚的极限摩阻力（kpa）。若假设船锚进入土体的深度为h所得出[P]F，则需增加深度h取值，直到土体对船锚的作用力[P]≥F船舶抛锚荷载。3.基于工程实例的验证与分析北仑-大榭天然气管道工程从北仑侧引入，穿越黄峙江进入大榭本岛，全长约22.22公里，其中过黄峙江段长度为720m，采用定向钻施工工艺，设计年输气量4.8亿m3。本工程海底输气管道穿越处黄峙江水道水深良好，平均水深13m。从近年来的冲淤演变特征看，管道附近20年来表现出明显的趋势性冲淤过程，航槽基本稳定，工程区域最大通航船型为10000吨级杂货船。3.1工程海域地质状况本工程海岸地貌为海岸、水下岸坡及海底地形。海岸分布于黄峙江两侧，为标准海堤，堤顶标高一般5.5～6.0m；水下岸坡位于潮间带与海底之间的海域，总体坡度具有上陡下缓的变化趋势，坡度一般约1/100；海底地形平118交流平台ExchangePlatforml坦，无深槽、暗礁发育，水深约10～24m。根据钻探资料，拟建管道穿越黄峙江地段淤泥质粉质粘土层深度约14m，粗砂夹粉质粘土层深度约3m，粉质黏土层厚度约17.5m。3.2模型验证与分析依据本文上述提出的船舶抛锚贯入深度计算方法，共选取5种不同大小的无杆锚，分别计算其贯入深度并与国外投锚试验成果进行对比分析，对计算模型进行验证。表1不同大小的无杆锚的抛锚贯入深度表2国外投锚试验成果（无杆锚）表1为采用本文的计算模型所得计算值，表2为国外抛锚试验得到的锚触底贯穿量。从中可看出，采用该计算方法得到的计算结果与国外抛锚试验得到的锚触底的贯穿量结果较为相似。因此，运用该计算模型进行海底管道埋设深度的设计与建设是较为合适的。4.结语海底管道埋深过浅其安全性会降低，而埋深过深则会增加工程成本，因此合理确定海底管道的埋设深度是一个重要课题。本文对影响海底管道埋深的最主要因素“抛锚贯入深度”进行了分析，并利用简单的物理模型，提出船舶抛锚贯入深度的计算方法，为海管敷设的挖沟埋深及其他有关设计提供了相关参数。考虑到贯穿量的计算是在特定条件下，将模型部分理想化得到的，因此计算模型还需通过大量的实船试验收集数据，从而进一步得到验证和改进。参考文献：[1]周学军,范文瑜,蔡扬金.海底光缆通信系统介绍[J].军事通信技术,2001,22(3):35-38.[2]庄元,宋少桥.海底管线埋深问题研究[J].大连海事大学学报,2013,39(1):61-64.[3]张鹏杨,王瑛剑,柯超,查苗.基于ABAQUS的船舶抛锚贯入深度的分析[J].光纤与电缆及其应用技术,2016(4):32-35.[4]刘欢,冯梅芳,张文海.抛锚作业撞击海底管道的影响分析[J].石油工程建设,18(1):21-23.CDOI：10.16116/j.cnki.jskj.2017.12.055摘要关键词0、引言建筑业作为国民经济重要的支柱产业，“十二五”期间得到迅速发展，同时也暴露出不少弊端，如建筑垃圾过多、成本过高、效率低下等。人们逐渐意识到绿色低碳环境的重要性，因而对城市建筑提出了更高的要求。“十三五”规划着重指出，产业浅谈BIM技术在工业化建筑中的应用□中国建筑设计院有限公司郑正献□北京建筑大学王珊工业化建筑是我国建筑业实现理念和技术创新的重大变革，介绍新型工业化建筑及发展瓶颈、BIM技术的含义，阐述BIM技术应用于工业化建筑的优势及存在问题，得出一套成熟完善的BIM技术体系有助于建筑工业化和信息化的融合发展，加快工业化建筑的建设效率，有效推进建筑产业的现代化进程。基金项目：“十三五”国家重点研发计划子课题“工业化建筑评价综合监管平台之：宏观决策指标体系研究及应用示范”（2016YFC0701810-03）工业化建筑；BIM技术；信息化结构优化升级，要同步推进新型工业化和信息化。因此工业化建筑是建筑行业实现改革和创新的必然趋势，BIM技术是一种基于软件平台下才能实现的全新建筑理念，因此二者的融合发展正是促进建筑产业实现工业化和信息化的有效手段。现阶段，国外对BIM技术的研究和应用较成熟，而国内应用