采用浮船坞下水动态压载调节计算方法

田 毅

（广州打捞局船厂，广州 510250）

1 前言

新船重工有限公司建造的127 m 客滚船（下文简称产品船），采用浮船坞下水，垂线间长119.3 m、型宽20.88 m、型深6.5 m、设计吃水4.3 m、满载排水量8 463 t，预计下水船舶及下水工装重量合计约5 700 t。

船厂浮船坞长120 m、坞体宽度34 m、坞体内宽27 m、型深4.6 m、设计吃水4.2 m，尾部与码头对接，设计极限举力6 000 t。由于船厂处于珠江下游，潮水涨落幅度较大，码头相对较高，在浮船坞路轨与码头路轨对接后，只有在约2.6 m 的高潮位时浮船坞才能达到设计吃水，有较充裕的储备浮力；高平潮时间约2小时，由于卷扬机拉力不足，下水船舶较长，以及浮船坞压载泵排水能力有限，高平潮期内难以将产品船拉移上浮船坞，再考虑各种意外，必须确保产品船拉移上浮船坞后，还要预留2 个小时，以备万一。因此必须在涨潮时就开始拉移，在高平潮到来时将完成船舶拉移。在涨潮过程中，浮船坞吃水较浅，储备浮力不足，按照以往经验，单纯利用尾部压载舱排水抵消船舶拉移上浮船坞的重力，已无法满足产品船下水需求。

结合船厂码头与浮船坞的特点，经与各方反复研究，确定了一套利用涨潮浮力、尾排首压的压载水调节相结合的方案，来完成产品船拉移上坞作业。

2 浮船坞与码头对接及吃水

船厂码头及浮船坞建造时，为确保浮船坞路轨与码头路轨对接精准，采取了以下设计：

（1）在垂直方向设计了承托型式，码头承台可托住浮船坞底部，避免浮船坞路轨下沉；

（2）在横向方向设计了插入型式，即在浮船坞的尾部左右设有凸台，码头端部对应宽度设有两个凹槽，浮船坞凸台正好可卡在码头凹槽内，限制了浮船坞相对码头的横移；

（3）在纵向方向，利用浮船坞左右绞车拉紧码头缆桩，控制浮船坞向外漂移。

在讨论码头承台承托的方案时，一些专家提出了承台超载的问题。经现场勘测，当浮船坞完全搭在码头承台上时，浮船坞路轨比码头路轨低约10 mm，所以在浮船坞路轨与码头路轨高度平齐时，浮船坞未压到承台，承台不受力。另外，根据码头建造相关资料，浮船坞搭接码头部分最大压力允许值约为300 t。

经查阅码头建造资料及浮船坞设计图纸，为便于分析浮船坞储备浮力状况，绘制了浮船坞与码头对接及潮高吃水情况，如图1 所示。

图1 浮船坞与码头对接图

由图1 可知：码头路轨距离0 潮高的垂直高度为4.77 m，浮船坞路轨距基线高度为6.35 m。当浮船坞路轨与码头路轨高度对齐后，在零潮高时浮船坞吃水达到1.58 m，而浮船坞空坞吃水约为1.3 m，所以在零潮高时浮船坞具备了对接码头的高度；通常低平潮时潮高约1 m，此时浮船坞吃水约2.58 m，压载舱约有1.2 m 的压载水，浮船坞约有3 380 t 储备浮力，已具备开始拉移船舶上坞的举力；在2.6 m 潮高时，浮船坞吃水能达到4.2 m 的设计吃水，扣除空坞吃水，新增排水量约9 800 t，产品船下水重量约5 700 t，故有较大的储备浮力，满足下水举力需求。

根据产品船的重量分布以及船台小车安全载荷值，左右两侧共布置了60 组船台小车，单侧30 组船台小车纵向用钢梁连接，确保拉移时船台小车同步前进；产品船拉移使用船台20 t 卷扬机作为动力，通过路轨摩擦系数简要核算，产品船拉移需要约120 t 拉力，所以选用四轮滑轮组放大拉力。经实船拉移测试，最大速度为1.0 m/min，理想状态下整船拉移上浮船坞约需要2 小时。

一般情况下，从低平潮涨到高平潮需要约5 小时，为预留2 小时处理拉移过程中的各种意外状况，并确保高平潮到来时完成拉移作业，按拉移时间及潮汐倒推，在高潮位前4 小时，潮高达到约1 m 时，即可开始进行拉移上坞作业。

3 浮船坞压载调节计算表格

3.1 受力分析及计算公式

在涨潮过程中拉移，要考虑产品船上坞部分的重量、潮高、浮船坞排水量、码头承台压力等因素，利用力矩平衡原理，动态调整拉移速度、浮船坞压载水，达到调平浮船坞、减少码头承台压力，最终实现安全拉移的目的。

结合码头、浮船坞、产品船的相对位置及受力情况，在Excel 中编写力学公式，并按时间节点动态调节，模拟拉移过程。拉移过程中受力情况如图2 所示。

图2 拉移过程中受力情况

（1）浮船坞搭在码头承台上，假设此支点为简支，移船过程中只会出现首部上浮或下沉的情况，尾部吃水与潮汐同步；

（2）根据受力和力矩平衡，确定浮船坞的浮态；

（3）为简化公式，空坞吃水和空坞重量抵消，不计入公式计算；

（4）浮船坞坞体为长方体，在倾斜状态下浮心按梯形形心计算，浮力按平均吃水深度乘每毫米排水量计算；

（5）根据舱容表查询压载水重力及计算压载水力矩，舱内液面倾斜忽略不计；

（6）根据产品船重量分布、小车布置及拉移距离，计算上坞轮压及力矩；

编写力学方程组如下：

式中：F ——浮船坞浮力，N；

f ——承台支撑力，N；

G ——产品船对浮船坞压力，N；

W ——压载舱内压载水重力，N；

L ——浮船坞浮心到承台距离，m；

L——产品船对浮船坞压力中心到承台距离，m；

L——舱内压载水重心到承台距离，m；

D——浮船坞尾部吃水，m；

D——浮船坞首部吃水，m；

D ——浮船坞空坞中部吃水，m；

Δ——浮船坞每毫米排水量，t/mm；

Loa——浮船坞船长，m.

3.2 基础数据录入

潮汐表、产品船重量分布、压载舱舱容表需作为基础数据编制好，在Excel 主体公式中，调整拉移时间、拉移速度、压载水量，主体公式自动引用相关基础数据并代入计算，最终达到动态模拟拉移的效果。

（1）潮汐表

潮汐表按照海事局官网查询数据，输入下水当天24 小时内关键点，中间部分按函数公式插值求得并插入图表，以便更直观查看潮汐，如图3 所示。

图3 潮汐表数据

（2）产品船重量分布

产品船重量分布按送审设计提供的重量分布图，并结合船台小车布置估算出每台小车轮压以及轮距，并套用主表中拉移距离计算对浮船坞产生的力矩。

（3）压载舱舱容表

压载舱舱容表按浮船坞原送审文件输入，并根据压载舱位置。计算出相对码头承台处的力矩。

3.3 浮船坞压载调节计算

将基础信息表编制完成后，在Excel 表格中编制产品船拉移及浮船坞压载调节公式，并按10 分钟间隔为时间节点进行动态调节：

（1）开始时间、拉移速度、压载水高度为可调值，浮船坞首尾吃水差、码头承台压力作为限定值，需确保浮船坞纵倾值小、码头承台受压小；

（2）调整开始时间后，潮位栏会调用潮汐表自动插值计算当前潮高，尾部吃水高度也相应更新；

（3）调整拉移速度后，会自动计算拉移距离及相应的重力及力矩；

（4）调整各压载舱内压载水高度后，会自动计算总压载水重力及力矩，通过力矩平衡公式，可计算出码头承台压力值；

（5）根据实际产品船拉移下水经验，首尾吃水差一般控制在100 mm 以内，码头压力控制在200 t 以内；

（6）实际操作中，需做好船台小车润滑加油工作，并提前实测最大拉移速度，以及压载泵抽吸速度（换算成10 分钟舱内排水深度）；

（7）设定好开始时间后，调整拉移速度、压载水量，使纵倾及承台压力值在允许范围内；调整好本时间段后，再进行下一时间段的调节，直至产品船完成拉移上坞；若在高平潮前难以完成拉移上坞作业，则调整开始时间，再进行模拟调节；

（8）为达到模拟拉移上坞动作，又不至于过于繁杂，通过模拟测试，最终将每组模拟拉移时间设置为10 分钟；

（9）在模拟拉移调节过程中，常出现初段涨潮速度不足、承台受压较大或中段涨潮速度过快、首部上浮严重的情况。经过反复调节验算，确定在潮高1.2 m时拉移，浮船坞有足够储备浮力，可大大减少对承台产生的压力；另外，提前一天将首部No.5压载舱压满水，No.3、No.4 压载舱尽可能排空，避免产品船拉移中段出现首部上浮过大情况；

（10）为避免潮水涨落偏差影响产品船拉移，通常会假定±100 mm 潮位差的潮汐表，并模拟压载调节方案，检验产品船拉移上坞的可行性。

4 产品船拉移下水

（1）产品船正式拉移下水前一天，将浮船坞压载水调节到位，拉移前一小时开始与码头对接。浮船坞首尾安排读水尺人员，路轨对接处安排观测人员，等潮位到预定高度后开始拉移产品船；

（2）当潮位上涨不及预期时，需降低拉移速度；当潮位上涨较快时，需加快拉移速度，并适当向尾部、首部压载舱压水；当首尾吃水差较大时，对应调节首部压载舱内压载水；当浮船坞路轨长期低于码头路轨10 mm 时，需降低拉移速度，并加大尾部压载舱排水；当浮船坞路轨高于码头路轨时，需加快拉移速度，并适当向尾部压载舱压水。

通过充分论证、严密部署、精细执行，首制127 m 客滚船按预定计划完成了拉移上坞到下水工作，技术、管理、操作人员都积累了较多经验，面对小坞下大船更有信心。在后续一系列的大船下水作业中，对动态压载调节计算以及现场实际操作方面更加熟练。

5 结束语

通过对浮船坞压载调节计算表的计算编制，以及后续多艘大船的拉移下水实操作业，发现因潮汐差等因素，此计算表只能做到相对准确，拉移过程中切勿生搬硬套各节点数据，需依据浮船坞浮态等，根据力矩平衡原理，结合浮船坞抽排水特点，灵活指挥拉移、压载调节工作。