深海环境大型船舶抛锚定位技术研究与实践

李建强，陈富强，姬付全

（中交第二航务工程局有限公司，湖北 武汉 430040）

引 言

在海洋环境中大型工程施工中，船舶在抛锚作业过程中，经常由于船长和工程师对锚地风、流的变化估计不足，对出链长度把握不准、抛锚方法使用不当，致使抛锚时发生安全事故，如丢锚、断链、走锚等现象。因此在深水区安全抛锚定位施工船是海洋工程不断探索的课题。本文结合援马尔代夫中马友谊大桥项目（以下简称“马代项目”）施工中大型船舶抛锚定位，对海洋环境中大型施工船舶抛锚定位技术进行分析探讨。希望能对类似工程抛锚定位作业有所参考。

1 锚碇系统规划

1.1 工程船舶锚泊系统布置型式

工程船舶在工作时，受到的环境力既有纵向的也有横向的，而且还有一定的转艏力矩，所以工程船的锚链是向四周发散分布的，各支链的布置方向应该根据风、浪、流的大小和方向来确定。大风向、浪向基本上与大流向一致，一般纵向载荷较大，横向载荷较小。

在对工程船舶的锚泊系统分析时，可以将其简化为长方形。工程船舶中常见的几种锚泊系统布置型式如图1所示。

图1 工程船舶锚泊系统的几种布置型式

1.2 锚泊规划

马代项目所在区域水文条件复杂，大型施工船舶抛锚定位较困难，走锚、断缆风险较大。另外，大型船舶需在各墩之间相互挪动，船舶抛锚、起锚频繁，对水上作业工效影响较大。根据水流及强涌浪情况，计划在桥位北侧设置4个80 t混凝土锚（18N#、20N#、21N#、23N#），南侧设置2个100 t混凝土锚（14S#、19S#）和3个20 t铁锚（20S#、22S#、23S#）。其锚碇系统规划如图2所示。

图2 锚碇系统规划示意

锚位设置原则如下：

1）锚位的设置满足各类船舶能在桥区各墩位处相应的施工区域抛锚定位；

2）锚位选地不应占用主航道或影响码头的装卸作业及船舶调度；

3）锚位的选择需考虑锚缆长度和角度，保证船舶能在较大范围内移船。

2 锚泊系统设计

2.1 锚体制作

对水上施工船舶锚碇系统进行统一规划、设计，在确保船舶抛锚定位安全作业的基础上，提高船舶水上施工作业工效。考虑到桥区复杂水文条件，常规锚无法满足大型船舶水上施工作业要求，采用重力式锚，锚体为钢筋混凝土结构，单个锚重100 t，利用拖轮或起重船一次抛锚到位，施工中用浮桶悬浮，挂缆钢丝绳。

锚体采用钢筋混凝土结构，长6.8 m，宽5 m，高1.86 m（不含刃角部分）；混凝土锚预埋锚链为φ90有档锚链，每条锚链7个锚链环扣，埋入锚体内4.5扣，外露2.5扣；锚链扣位于锚体内的部分设置加强钢筋。锚体在国内中山预制梁场制作，随工程船运送至马尔代夫项目现场。

锚体刃角钢板采用Q235钢板厚度10 mm，刃角钢板锚固钢筋采用“L”形HRB335钢筋φ20 mm，短肢与刃角钢板焊接，长肢锚入混凝土；吊耳采用Q345钢板加工，钢板厚度 30 mm；吊耳吊孔为φ45 cm圆孔，两侧各焊接一个宽度8 cm同心加强圈加强圈外缘与吊耳钢板焊接；吊孔内边缘必须打磨圆滑，以保证混凝土锚下放到位后钢丝绳水下自动脱钩时，钢丝绳从吊孔内顺利退出；吊耳位于锚体内的部分设置加强钢筋和加强肋板。

2.2 锚泊线设计

通常说的锚索链是指锚索、锚链的统称。锚索一般都是用钢丝绳，它由若干钢丝先拧成股，再有若干股拧成索。锚链是由很多链环连接而成的。链环可分为有挡链环和无挡链环。有挡者是在每个链环的中央有一横挡，它的强度高。同样的链，有挡者的强度较无挡大于高20 %。索和链的强度随其直径和材料而异，链的强度还随它生产的方法（如焊接或铸造）而不同。总的说来链比所耐磨。索容易被擦伤，容易出现纽结，容易被海水腐蚀和疲劳破坏，而且索接头很困难，一旦在中部破坏就等于整根索报废。

锚缆浮漂连接锚体预埋锚链通过φ90 mm连接链环连接55 m长φ90 mm锚链，锚链等分为27.5 m长两段，之间通过φ90 mm连接链环连接；锚链之后通过φ90 mm卡环连接80 m长φ68 mm锚缆，φ68 mm锚缆末段通过φ50卡环连接分别连接浮漂钢丝绳和工程船缆绳，锚缆浮漂钢丝绳型号为φ40 mm，长度根据不同锚位的水深长度约为 55～70 m，锚缆浮漂与钢绳丝采用φ40 mm卡环连接。如图3所示。

锚缆浮漂筒体直径1.2 m，高度1.28 m，锚缆浮漂构造如图4所示，筒体采用10 mm船用钢板卷制，构件加工完成后，刷1道防锈漆涂，3道黄色面漆，运至本工程施工现场沉放前，根据其位置用黑色油漆在筒体顶部编号。

图3 混凝土锚和锚缆浮漂连接示意

图4 浮漂构造示意

3 抛锚定位

3.1 锚体抛设

考虑现场风浪条件，锚体抛设考虑先施工大桥北侧4个80 t混凝土锚，依次抛设18N#、20N#、21N#、23N#，各岗位配合熟练后，进行南侧100 t混凝土锚和铁锚抛设。由于23S#、21S#锚位与机场飞机起升面下方，受机场限高的影响，需选择夜间窗口期施工。

混凝土锚采用1 000 t浮吊起重船、海力803全回转拖轮、海建 32抛锚艇配合一次抛设到位，以23S#锚抛设为例，详细步骤如下：

1）材料准备（一个锚的材料）

1条80 m长φ68 mm起锚缆、1条70 m长φ40 mm钢丝绳、1个浮漂、2条27.5 m长90型锚链、1个90型连接环、2个90型卸扣（肯德式卸扣）、1个50 mm卡环、1个40 mm卡环、4个25 t卡环、4个别针（φ127 mm钢棒，材质为Q345）、4根60 m长φ21.5 mm钢丝绳，大小锤各一把、大麻绳若干条，割刀一把、氧气乙炔若干等。

2）连结

在甲板上，先将2条27.5 m长锚链用90型肯德式卸扣连结。φ68 mm起锚缆与φ40 mm钢丝绳用50 mm卡环连结。拉直φ40 mm钢丝绳，让其一头连接在抛锚艇的卷扬机钢丝绳上，进入卷扬机，另一头用大麻绳将其捆绑栓在浮吊船桩上；随后用浮吊索具钩顺直φ68 mm起锚缆，让其一头与φ40 mm钢丝绳用50 mm卡环连结，索具钩下落，解开大麻绳，同时抛锚艇上卷扬机绞进，直至φ68 mm起锚缆另一头接近甲板，然后同样用大麻绳将其自由头捆绑栓在浮吊船桩上。在抛锚艇上要事先吊1个40 mm卡环和1个浮漂放在甲板上，暂时不用连接，等最后抛锚时才连接。

90型锚链与φ68 mm起锚缆连结。用浮吊吊起90型锚链，起吊点选择为“口”字型链环的1头，距离锚链头3～4个链环的位置起吊，以便后面锚链与混凝土锚预埋锚链的连接，等吊直锚链后，甲板上一头用肯德式卸扣将 90型锚链的“日”字链环头与φ68 mm起锚缆连结，然后慢慢松掉大麻绳，卷扬机慢慢绞进，同时浮吊打钩转臂、下钩，使其锚链从甲板上全部浸入海水中，卷扬机大约绞进至锚链与φ68 mm起锚缆接头在锚艇甲板上时停车。

90型锚链与混凝土锚预埋锚链连结。浮吊大钩下放锚链至预留 90型锚链“口”字型链环头接近混凝土锚预埋锚链时，用大尾巴绳将其捆绑在船桩上，配专人拉紧，然后浮吊大钩配合工人将 90型锚链“口”字型链环头与混凝土锚预埋锚链用 90型连接环连结。然后浮吊大钩下落使锚链头落在甲板上，脱钩，后将其大尾巴绳松开。注意：松开之后，存在混凝土锚打转的问题，因为锚链下滑，因重力作用，会将混凝土锚拉斜，引起混凝土锚旋转，可能会对船舷护栏板造成挤压变形。能解决的方案是，混凝土锚事先摆位时，尽量离船舷护栏稍远一点，即使后面下拉，也不至于挤压护栏，或者使用卷扬机代替大尾巴绳，使用卷扬机可以慢慢的控制下放速度，使其慢慢的下落直至拉直。这样一条完整的锚缆连结完毕。

3）起吊

第一次吊起吊混凝土锚的2根62 m（φ45 mm，124 m长双折）钢丝绳时，钢丝绳并未摆顺，所以先要在甲板平面上理顺钢丝绳，将同一根钢丝绳的两个自由头用绑扎钢丝捆绑在一起，以免错乱打绞，然后用索具钩从每根钢丝绳2折中间位置逐一吊起至混凝土锚吊耳位置，将其插入吊耳耳环（注意插入方向是从内向外插入，以免脱不了钩），对折钢丝绳，首次插入时，中间位置圆弧很大，想插入耳环时，很费力，要用手拉葫芦拉或者多人压才行，插入之后立马用一个别针（现场在原始设计的别针尾部，用小钢板焊接一个5×10 cm限位卡，防止别针全部插进耳环）卡好，同时将别针用绑扎钢丝双折绑在耳环上，防止因风浪，钢丝绳摆动，造成别针脱落或者插入太深。以上4个耳环全部插入绑好之后，将4个捆绑的钢丝绳自由头对称的挂在1号主钩的钩头两侧，然后开始慢慢起钩，使其钢丝绳呈绷直状态即可，不能带力，否则造成混凝土锚移动，造成人员伤亡。

同样，第一次吊别针钢丝绳，也要事先在甲板上拉直理顺钢丝绳，别针钢丝绳为4根独立的60 m长φ21.5 mm钢丝绳，后将每条的一端自由头拉去用25 t卡环与4个别针分别连结好，再将其另外4个绳头逐一挂在索具钩卡环上，慢慢起吊一定高度后，停钩让其呈自由状态，不能使其带来，否则造成脱钩。慢慢起大钩，将混凝土锚吊起一定高度，使其恰好能过浮吊的护栏（具体高度为：126/2 m+2.54 m锚齿+0.6 m护栏+1.5 m钩头=66.64 m），浮吊最大吊高为68 m，角度为70°。慢慢摆大臂使其翻过护栏，至水上位置。调整锚齿角度，主要根据锚链的下落位置及方向，依据GPS测量将其转至准确抛锚的锚点位置上方。

4）下放到位

混凝土锚悬吊至混凝土锚准确位置后，开始下钩。起初，大小钩同时下落，小钩始终保持松弛状态，确保不能半路脱钩。大小钩下落同时，抛锚艇上卷扬机配合松绳，只保持绷紧状态，但不过度受力，只要确保锚齿朝向正确即可。

一直下放，直至混凝土锚完全着床（着床的信号为：8根钢丝绳会两两分开，索具钩钢丝绳和混凝土锚钢丝绳也会分开，并且钢丝绳呈松弛状态，随风摆动），此时说明已脱钩。然后开始其索具钩，确保别针完全抽掉。

5）起钩、归位

起钩、汇绳。同时起大小钩，至即将出水面位置，转大臂。将索具钩钢丝绳首先拉出来，汇在甲板上，自由头绑在一起，以免搅乱，下次不好挂钩；等索具钩钢丝绳汇好之后，转大臂，让混凝土锚钢丝绳搭在浮吊船舷上或者整体搭在甲板混凝土锚块上面，然后落大钩，对称的去掉混凝土锚钢丝绳，每2个头子，用绑扎钢丝捆绑在一起。这样，下次挂钩时，再不用摆顺钢丝绳，避免了不必要的麻烦。

6）混凝土锚起收。混凝土锚采用1 000 t起重船起收，起收施工时，先用浮吊小钩提升浮漂，至φ90锚链提出水面，通过φ90卡环将浮吊大钩钢丝绳与锚链连接，提升浮吊大钩，将混凝土锚提出水面至事先停靠在施工区域的驳船，完成混凝土锚起收。

3.2 定位作业

打桩船及浮吊抛锚定位按照沉桩顺序进行，其抛锚布置是：船首位置抛两只成“八”字型的锚，船尾位置各抛两对交叉锚，共六只，各边锚的抛锚定位由拖轮单船执行，吊桩及桩位的调整依靠六根锚缆进行，其各墩位处打桩船布置如图5所示。抛锚定位总原则是：所有锚缆不影响已施沉的桩。

图5 打桩船抛锚定位布置

打桩船及浮吊施打完成一根钢管桩后，通过锚缆使打桩船后退、移位，钢管桩运输甲板驳临时进入桩架附近，打桩船携桩后，甲板驳退出，通过锚缆使打桩船前进至桩位处，进行钢管桩施沉施工。

锚地的总体布局统筹兼顾、规划布置应方便船舶的待泊、引航与进港，规划锚地的等级和规模应尽可能满足可能停泊船舶的锚泊要求。锚地平面布置如图6所示。

图6 锚地平面示意

4 结 语

本文结合援马尔代夫中马友谊大桥大型工程船舶施工，介绍了深海环境中工程船舶抛锚定位技术。大型工程船舶在进行候泊、候潮、锚地过驳、钻探施工、起重施工或避风时，都需要进行抛锚。随着船舶越来越大型化、海上工程施工越来越深水广袤化的趋势，深水抛锚将越来越频繁、越来越难。锚泊操纵并不复杂，但由于疏忽大意、海洋条件差、抛锚方法不当等原因，常会出现断链、丢锚、损坏锚机，甚至走锚搁浅等事故。因此，在深水抛锚作业过程中，正确选择锚地水深、出链长度和抛锚方法，是防止发生上述事故的主要举措。本文给出的工程船舶抛锚定位技术方案，希望对各位海船船长和工程施工人员的海上抛锚作业实践有所帮助和借鉴。