沉管受限水域浮运航道设计*

结合现有项目工程的航道使用条件,依据国内外调研成果及爯内河通航标准爲爯海港总平面设计规范爲,对有限水域内大型沉管的浮运航道进行设计,得出航道设计的宽度与深度等关键技术参数,并在港珠澳大桥沉管隧道沉管浮运航道的选择中得到应用,通过对沉管在现场实测应用中分析计算,得出沉管浮运的航迹线.分析及研究成果经过实际应用验证,满足工程施工的要求.     

沉管浮运阻力系数的影响因子与取值分析研究

为解决沉管拖航和静态系泊施工中水流阻力系数取值的技术难题,结合实际的施工工况和作业环境,通过调研国内外大型沉管浮运阻力系数的取值,采用数值计算和物理模型试验的方法对沉管模型分别在静止和浮运状态时的阻力系数进行分析,并进一步探究了浮运阻力系数的影响因子,得出了适用于沉管静态锚泊和浮运时的水流阻力,通过实测验证了数据的正确性。     

拖轮螺旋桨尾流对沉管或沉箱浮运的影响

随着沉管和沉箱体积的大型化,浮运船舶尾流作用不容忽视,但目前国内相关研究较少。根据外文资料中计算螺旋桨射流作用的方法,分析船舶尾流作用范围及其流速变化,并计算其在沉管或沉箱上的尾流作用力,为沉箱、沉管浮运提供计算依据。     

外海超大型沉管拖航演练研究

港珠澳大桥沉管拖航是在外海、受限航道进行,现场需要10艘以上的拖轮控制沉管姿态,因此沉管拖航是隧道施工中施工难度最大、风险最大的工序之一。为了降低施工风险,增加拖轮配合的熟练性,在首节沉管拖航前利用大型半潜驳船进行4次沉管拖航模拟演练,经过演练方式的对比和试验,逐渐形成了成熟的拖航工艺和浮运导航系统,确保了33节沉管的拖航安全。     

基于航海模拟器试验的大型FPSO拖带通航宽度计算

为给FPSO、海上钻井平台等大型拖带作业时通航宽度理论计算方法选用、拖带通航安全评估以及规范修订提供参考。根据现行常用的国际航运协会(PIANC)《进港航道设计导则》、加拿大《国家航道设计指南》、中国《海港总体设计规范》以及国内大型海上设施拖带经验算法等典型的理论方法，计算30万吨级FPSO拖带通航理论宽度值，同时通过船舶操纵模拟器对30万吨级FPSO进行拖带操纵模拟试验，再基于试验结果计算出通航宽度值，将试验模拟结果与理论计算结果进行比对和分析。结果表明：大型海上设施港内拖带时，按照PIANC和国内经验算法方法取值标准较为合理。     

港珠澳大桥沉管出运航道设计要点

港珠澳大桥沉管隧道管节须经过长距离浮运达到安装点,而沉管管节单个重达75,000t且无自航能力;浮运距离达12km,浮运水域处于航线最为繁忙的珠三角出海口海域,为无自航能力的大型及重型预制构件在繁忙水域的长距离运输进行临时性航道的设计,在国内外鲜有工程案例和经验作为参考。本文通过对港珠澳大桥沉管出运航道设计及其交付使用后的反馈情况进行总结,提出大型沉管隧道管节出运航道设计的要点,为今后类似工程提供借鉴参考。     

沉管隧道长大管节海上施工物理模型试验思路与结果分析*

长大管节海上寄放、浮运和沉放过程中的受力和运动响应是沉管施工需要考虑的重要参数,现有的结构力学和流体力学均无法精确计算。基于相似理论和相对运动概念,在拖曳水池完成了沉管管节寄放、浮运和沉放系列水动力学试验,得到了沉管管节在不同风浪流载荷组合作用下的管节受力和运动响应,可为数值仿真分析提供关键参数取值依据,也可为长大管节的施工提供借鉴。     

广州海事局圆满完成“世纪工程”最后一次超级护航

正3月6日16时,港珠澳大桥最后一节重达7万吨的沉管E30管节历经6个小时10余海里的浮运,安全到达大桥海底隧道沉放位置实施安装作业。为确保这次沉管浮运安全,3月5日,广东海事局局长陈毕伍专门赶赴珠海召集港珠澳大桥管理单位、建设单位、广州海事局等相关单位代表召开港珠澳大桥岛隧工程E30管节浮运安装通航安全保障工作总决策会,研究部署沉管浮运的水上     

港珠澳大桥岛隧工程浮运操作指挥系统开发

港珠澳大桥沉管隧道的沉管是目前世界上最大的混凝土构件,考虑到沉管浮运区域狭窄,为了保证沉管在浮运窗口要求时间内安全浮运,港珠澳大桥岛隧项目部开发了沉管浮运导航软件。该系统包括1套定位系统和2套备用系统,可以显示沉管位置、姿态、航速、流速、流向、运动趋势等相关信息。经过多次沉管浮运现场验证该系统安全性、准确性和稳定性都满足沉管浮运要求。     

大型海上设施联合拖带的风险与对策

海上拖带由一艘拖轮单独执行的拖带,习惯上称其为单拖;而如果被拖物是大型海上设施,阻力巨大,单凭一艘拖轮的拖力满足不了海上拖航安全的要求时,必须增加拖轮,由2艘或3艘拖轮一起来执行拖带任务,这样的拖带称其为联合拖带。图1、图2为3艘     

一种大型隧道沉管运输安装工程船的推进电控系统应用研究

沉管运输安装工程船是连接岛屿和岛岸之间的管隧工程施工的必须工程装备，鉴于沉管需要在岸边的坞内制作，然后使用船只运输到施工地点进行安装。在如何实现海上运输安全、快捷、高效是当今的一大难题，回顾以往的施工，采用了驳船捆绑着沉管，通过多台拖轮进行拖行，此过程既耗时也耗费多方资源，更需要海事局配合保证航行区域无其他船只，以便驳船将沉管拖行。本文以中交一航局的深中通道项目的自航式沉管运输安装一体船为工程应用实例，系统的介绍推进电控系统的设备配置、设计过程和控制逻辑。此技术方法应用于大型隧道沉管运输沉放工程船的运载航行寻迹及水下定位的推进电控系统领域。     

滨海电厂排水沉管设计及施工工艺

沉管法目前被广泛应用于滨海电厂排水工程,随着新工程的不断建设,新的设计理念不断涌现,施工工艺得到了不断发展和完善。依托国内外已建及在建沉管工程,针对排水沉管施工过程中的基础处理方法、接头处理方式及浮运安装工艺等相关技术难题进行了研究。归纳总结了排水沉管安装、回填、使用及检修过程中的受力工况,针对电厂排水沉管结构内力提出了一套系统的计算方法,采用国际上通用的有限元软件ANSYS实现了沉管全生命周期受力分析。通过对电厂排水沉管的关键技术及计算方法研究,为类似项目提供了参考和借鉴。     

船舶撞击弧形防撞装置模型试验及数值模拟方法研究

文章采用船舶撞击防撞装置模型试验与数值模拟对比分析的方法,验证了拱型桥梁新型弧形防撞装置结构碰撞计算模型的准确性。试验中采集4000t级1:100自航船模撞击防撞装置比例模型的碰撞力、撞击点挠度、弧形两端支反力三者的历程曲线作为数值模拟对比的依据。碰撞计算模型应用了一种新的基于ABAQUS用户子程序模块开发的动浮态计算方法,以及新的基于最小二乘法的混合数值-试验阻尼系数识别方法。通过对比发现,计算结果各参数曲线峰值与模型试验结果相差15%左右,其中碰撞力峰值点误差在10%以内,挠度和支反力峰值点误差在15%以内,对比的误差大小也反映了整个碰撞模型的准确程度,该误差可考虑为结构设计中评价依据或安全系数。     

基于船舶模拟器的航道航迹带宽度计算方法

航迹带宽度是航道规划、设计的重要参数,一直是航道宽度计算的难点。针对现行规范航迹带宽度计算系数取值困难的问题,基于船舶操纵模拟器,通过采集模拟试验仿真数据,采用将船舶航迹带宽度分为航线偏移量和船舶本身占用空间来直接计算航迹带宽度的方法。结合台州湾大桥区航道,仿真计算了典型风、流工况的航迹带宽度,仿真结果与现行规范计算结果基本一致。表明该方法可行,且具有很好的实用价值。     

基于时间步长自适应技术的海上浮基风电平台绕流数值模拟分析

圆柱绕流问题对于研究海上浮基风电平台在波浪和海流作用下的动力特性以及开发深海风能具有重要的理论和工程应用价值,很多不可压缩流体力学数值模拟方法都基于圆柱绕流的实验或计算结果进行验证。基于自适应时间步长理论及小雷诺数（Re=100）情况下,采用有限体积法,借助FLUENT软件中的用户自定义（UDF）功能,通过二次开发在FLUENT中实现圆柱绕流的数值模拟,并对计算结果与先前的研究结果作了比较,依此来验证时间步长自适应技术和精细边界层网格设计的合理性。计算结果表明了该方法能有效获得准确的流体动力学参数并提高数值模拟计算精度,为该领域的深入研究提供依据。     

Two-dimensional numerical simulation and experiment on strongly nonlinear wave–body interactions

A constrained interpolation profile (CIP)-based Cartesian grid method for strongly nonlinear wave–body interaction problems is presented and validated by a newly designed experiment, which is performed in a two-dimensional wave channel. In the experiment, a floating body that has a rectangular section shape is used. A superstructure is installed on the deck and a small floating-body freeboard is adopted in order to easily obtain water-on-deck phenomena. A forced oscillation test in heave and a wave–body interaction test are carried out. The numerical simulation is performed by the CIP-based Cartesian grid method, which is described in this paper. The CIP scheme is applied in the Cartesian grid-based flow solver. New improvements of the method include an interface-capturing method that applies the tangent of hyperbola for interface capturing (THINC) scheme and a virtual particle method for the floating body. The efficiency of the THINC scheme is shown by a dam-breaking computation. Numerical simulations on the experimental problem for both the forced oscillation test and the wave–body interaction test are carried out, and the results are compared to the measurements. All of the comparisons are reasonably good. It is shown, based on the numerical examples, that the present CIP-based Cartesian grid method is an accurate and efficient method for predicting strongly nonlinear wave–body interactions.     

沉埋式海底隧道管段海上系泊水动力性能分析

沉埋式海底隧道管段海上系泊阶段的结构运动响应及缆索受力,影响其水上施工的安全性和经济性。以一管段系泊工程为例,利用基于三维势流理论的水动力软件AQWA建立管段海上系泊数值仿真计算模型,首先对系泊系统进行频域分析,然后在时域内考虑JONSWAP波浪谱和水流联合作用,研究环境载荷方向、环境载荷组合方式等因素对系统运动响应及缆索受力的影响。结果表明:管段在高频区域内稳定性较好,响应幅值很小;水流对管段的运动响应影响很大;当环境力以60°入射管段时,管段的系泊缆张力最大。     

沉管作业系统装船技术要点分析

针对沉管运输安装一体船的沉管作业系统进行分解研究,分析动力系统集成、作业绞车系统、压载调驳系统、气象观测系统、拉合系统、动力定位（Dynamic Positioning,DP）系统、施工管理系统和船管对接等设计和建造方面的技术要点,阐明沉管作业系统的装船精度控制关键点,提出可行的工艺控制方法,为沉管运输安装一体船的研制提供技术保障。     

港内拖轮协助操船仿真数学模型的研究

本文为研制高精度、多功能的船舶操纵模拟器和进行船舶操纵安全评价的需要，首次提出了拖轮流体动力和拖轮Ｚ型导管螺旋桨四象限推力系数的实用估算方程。在此基础上，建立了港内拖轮协助操船仿真的数学模型。最后介绍了在港口引航实践中的两个仿真应用例。