一种绞吸船横移锚缆布设方法与流程

1.本发明涉及疏浚工程技术领域，尤其涉及一种绞吸船横移锚缆布设方法。


背景技术：

2.绞吸船是疏浚工程中应用最广泛的挖泥船类型之一，一般配备钢桩台车系统、横移系统、挖掘系统等，其中横移系统由锚杆、横移锚、横移缆、导向滑轮、横移绞车等组成，绞吸船横摆挖泥前，锚杆一般将横移锚抛设在挖槽左右边线外5～15m，横移缆一端连接横移锚、一端绕过绞刀桥架上的导向滑轮连接在横移绞车上，横移缆跨过挖槽坡顶并与坡顶接触，随着绞吸船横摆运动、进退台车，横移缆与坡顶发生摩擦，当坡顶处为软弱土质时，横移缆的磨损可以忽略，但当坡顶处为珊瑚礁、风化岩等坚硬土质时，挖槽边坡坡度较陡，坡顶边缘锋利，横移缆钢丝绳会由于频繁摩擦发生断丝、断股，加之施加巨大的拉力，横移缆极易发生断缆，给船机设备带来威胁，同时横移缆断缆后的维修或更换费时费力，如图1所示。


技术实现要素：

3.根据以上技术问题，本发明提供一种可以避免横移缆在坡顶附近磨损的一种绞吸船横移锚缆布设方法。
4.本发明提供一种绞吸船横移锚缆布设方法，其具体步骤为：
5.步骤一：设计计算浮桥抛设位置；
6.步骤二：采用浮桥托起横移缆；
7.步骤三：浮桥上部分别安装护栏、系船柱、导缆孔、横移缆系缆装置。
8.所述步骤一中的设计计算浮桥抛设位置的具体计算步骤为：
9.步骤一：建立数学模型
10.假设桥架耳轴吃水为e，当绞刀摆至底边线时，船体轴线与挖槽轴线夹角α，桥架上左右横移滑轮距离为d，沿桥架轴线方向，绞刀头至横移滑轮距离为l1,横移滑轮至耳轴距离为l2，建立坐标系。
11.靠近边线侧的横移滑轮位置表示为点b，横移缆在浮桥上的系缆点表示为点a，坡顶边缘表示为点c，原始泥面至水面距离h，原始泥面至开挖泥面高程差h，边坡坡度为n:1，浮筒干舷为d，b点坐标为(b，f)，有：
[0012][0013][0014]
c点坐标a点坐标(-m，h+h+d)。
[0015]
步骤二：计算垂线距离p
[0016]
假设坡顶边缘c点距离横移缆ab的垂线距离为p,则：
[0017][0018]
其中：
[0019][0020]
将式3、4中p与m之间的函数关系表示为p＝f(m)。
[0021]
步骤三：设计浮桥及横移锚位置
[0022]
假设横移缆与轴线垂线方向夹角为β，当β＝0时，m＝m0，β角度最大时m＝m
max
，横移锚至浮筒内侧系缆点a的距离为l，则：
[0023]mmax
＝m0+l(1-cosβ)
ꢀꢀꢀ
(式5)
[0024]
假设坡顶边缘c点距离横移缆ab的最小安全距离为pc，则将m
max
代入式3、4中得到p
min
＝f(m
max
)，需满足p
min
≥pc，并应使p
min
尽量接近pc，即浮桥尽量远离挖泥底边线并同时保证横移缆绳安全，以使浮筒至桥架横移滑轮的缆绳与水平面夹角尽量小，以保证横移缆有足够的横向分力。在实际计算横移锚及浮筒抛设位置时，可使得p
min
＝pc，即pc＝f(m
max
)，求出m
max
后，根据式5推算m0，从而确定横移锚及浮筒距离底边线距离，确定抛锚位置。
[0025]
本发明的有益效果为：本发明为一种绞吸船横移锚缆布设方法，采用大型浮筒架设浮桥的方式使横移缆跨越挖槽坡顶，避免横移缆在坡顶附近的磨损，防止横移钢丝绳断丝、断股，提高横移缆的使用寿命；采用本发明的方法可根据要求调整横移缆与坡顶安全距离，据此计算浮桥和横移锚的抛设位置，保证横移缆拉力水平分量最大化，满足横移拉力要求；采用本发明的方法可增大横移锚至挖槽边线的距离，增大横移拉力、减少横移锚的移锚频次和时间，提高绞吸船时利率和生产率；数学模型的建立和计算可通过计算机语言实现运行，边界条件易于调整，计算方便。
附图说明
[0026]
图1为现有技术中横移锚缆传统布设方式示意图；
[0027]
图2为本发明的横移锚缆布设示意图；
[0028]
图3为本发明的绞吸船平面尺寸示意图；
[0029]
图4为本发明的数学模型坐标系图；
[0030]
图5是本发明的绞吸船新型横移锚缆布设方式平面图。
[0031]
图6是本发明的浮桥结构示意图。
[0032]
附图标记：1.浮桥；2.横移缆；3.横移锚；4.桥架；5.绞刀；6.挖槽边坡；7.水面；8.挖槽边线；9.护栏；10.系船柱；11.导缆孔；12.浮筒；13.系缆装置。
具体实施方式
[0033]
实施例1
[0034]
下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚完整地描述。
[0035]
本发明提供一种绞吸船横移锚缆布设方法，其具体步骤为：
[0036]
步骤一：设计计算浮桥抛设位置；
[0037]
步骤二：采用浮桥托起横移缆；
[0038]
步骤三：浮桥上部分别安装护栏、系船柱、导缆孔、横移缆系缆装置。
[0039]
步骤一中的设计计算浮桥抛设位置的具体计算步骤为：
[0040]
步骤一:建立数学模型
[0041]
假设桥架耳轴吃水为e，当绞刀摆至底边线时，船体轴线与挖槽轴线夹角α，桥架上左右横移滑轮距离为d，沿桥架轴线方向，绞刀头至横移滑轮距离为l1,横移滑轮至耳轴距离为l2。如图3。
[0042]
建立坐标系，如图4。
[0043]
靠近边线侧的横移滑轮位置表示为点b，横移缆在浮桥上的系缆点表示为点a，坡顶边缘表示为点c，原始泥面至水面距离h，原始泥面至开挖泥面高程差h，边坡坡度为n:1，浮筒干舷为d，b点坐标为(b，f)，有：
[0044][0045][0046]
c点坐标a点坐标(-m，h+h+d)。
[0047]
步骤二：计算垂线距离p
[0048]
假设坡顶边缘c点距离横移缆ab的垂线距离为p,则：
[0049][0050]
其中：
[0051][0052]
将式3、4中p与m之间的函数关系表示为p＝f(m)。
[0053]
步骤三：设计浮桥及横移锚位置
[0054]
在施工过程中，绞吸船横移锚位相对挖泥船位置一直在变化。如图5，假设横移缆与轴线垂线方向夹角为β，当β＝0时，m＝m0，β角度最大时(一般为需要移锚时)m＝m
max
，横移锚至浮筒内侧系缆点a的距离为l，则：
[0055]mmax
＝m0+l(1-cosβ)
ꢀꢀꢀ
(式5)
[0056]
假设坡顶边缘c点距离横移缆ab的最小安全距离为pc，则将m
max
代入式3、4中得到p
min
＝f(m
max
)，需满足p
min
≥pc，并应使p
min
尽量接近pc，即浮桥尽量远离挖泥底边线并同时保证横移缆绳安全，以使浮筒至桥架横移滑轮的缆绳与水平面夹角尽量小，以保证横移缆有足够的横向分力。在实际计算横移锚及浮筒抛设位置时，可使得p
min
＝pc，即pc＝f(m
max
)，求出m
max
后，根据式5推算m0，从而确定横移锚及浮筒距离底边线距离，确定抛锚位置
[0057]
实施例2
[0058]
某岩石疏浚工程，绞吸船桥架耳轴吃水4.5m，挖至边线时船体轴线与挖槽轴线夹角28
°
，桥架上左右横移滑轮距离10m，沿桥架轴线方向，绞刀头至横移滑轮距离为10m，横移滑轮至耳轴距离为34.5m，原始泥面至水面距离9m，原始泥面至开挖泥面高程差21m，边坡坡度为2：1。
[0059]
起初绞吸船横移锚采用锚杆抛射至边线以外10m处，船体前进24m倒一次横移锚，由于边坡陡峭、坡顶坚硬锋利，横移缆频繁在坡顶摩擦，多次发生横移缆断缆现象，横移缆的平均使用寿命仅10天，单次更换时间18小时。同时，当横移拉力达到80t后，横移锚频繁发生走锚现象，影响挖岩生产效率发挥。
[0060]
采用本方法，设计大浮筒作为浮桥，浮筒外形尺寸为10m
×
10m
×
2m，上部安装护栏、系船柱、导缆孔、横移缆系缆装置等，浮筒重量约50t，浮筒吃水0.5m，干舷高度1.5m，其干舷可提供接近150t的浮力，绞吸船额定横移拉力140t，浮筒与桥架之间横移缆与水平面设计最大夹角60
°
，横移缆的竖向分力121t，浮筒与横移锚之间缆绳的竖向分力可以忽略，因此浮筒干舷需要提供121t的浮力，浮筒浮力满足要求，大浮筒结构如图6。
[0061]
横移锚至浮筒内侧系缆点的距离l取160m，横移缆与轴线垂线方向夹角β取23
°
，坡顶边缘距离横移缆的最小安全距离pc取1m，计算得m0＝3.2m,则浮桥抛设时浮筒内侧系缆点距离边线3.2米,横移锚抛设时，横移锚距离挖泥底边线垂直距离为
[0062][0063]
采用本方法后，第一，横移缆避免与坡顶的接触，横移缆平均使用寿命提升至120天，有效解决了横移缆频繁断缆和更换的难题，第二，由于横移缆绳加长，横移锚缆可以承受更大的横移拉力，横移拉力增大至100t也未发生走锚现象，第三，由于横移缆绳加长，船体前进单次倒锚距离由24m提升至140m，倒锚次数减少约80％。综合以上三点，绞吸船时利率提升5％，挖岩生产率提升6％，单日产量提升11％。
[0064]
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本发明提到的各个部件为现有领域常见技术，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：
1.一种绞吸船横移锚缆布设方法，其具体步骤为：步骤一：设计计算浮桥抛设位置；步骤二：采用浮桥托起横移缆；步骤三：浮桥上部分别安装护栏、系船柱、导缆孔、横移缆系缆装置。2.根据权利要求1所述的一种绞吸船横移锚缆布设方法，其特征在于所述步骤一中的设计计算浮桥抛设位置的具体计算步骤为：步骤一：建立数学模型假设桥架耳轴吃水为e，当绞刀摆至底边线时，船体轴线与挖槽轴线夹角α，桥架上左右横移滑轮距离为d，沿桥架轴线方向，绞刀头至横移滑轮距离为l1,横移滑轮至耳轴距离为l2，建立坐标系。靠近边线侧的横移滑轮位置表示为点b，横移缆在浮桥上的系缆点表示为点a，坡顶边缘表示为点c，原始泥面至水面距离h，原始泥面至开挖泥面高程差h，边坡坡度为n:1，浮筒干舷为d，b点坐标为(b，f)，有：干舷为d，b点坐标为(b，f)，有：c点坐标a点坐标(-m，h+h+d)；步骤二：计算垂线距离p假设坡顶边缘c点距离横移缆ab的垂线距离为p,则：其中：将式3、4中p与m之间的函数关系表示为p＝f(m)；步骤三：设计浮桥及横移锚位置假设横移缆与轴线垂线方向夹角为β，当β＝0时，m＝m0,β角度最大时m＝m
max
，横移锚至浮筒内侧系缆点a的距离为l，则：假设坡顶边缘c点距离横移缆ab的最小安全距离为p
c
，则将m
max
代入式3、4中得到p
min
＝f(m
max
)，需满足p
min
≥p
c
，并应使p
min
尽量接近p
c
，即浮桥尽量远离挖泥底边线并同时保证横移缆绳安全，以使浮筒至桥架横移滑轮的缆绳与水平面夹角尽量小，以保证横移缆有足够的横向分力。在实际计算横移锚及浮筒抛设位置时，可使得p
min
＝p
c
，即p
c
＝f(m
max
)，求出m
max
后，根据式5推算m0，从而确定横移锚及浮筒距离底边线距离，确定抛锚位置。

技术总结
本发明提供一种绞吸船横移锚缆布设方法，其具体步骤为：步骤一：设计计算浮桥抛设位置；步骤二：采用浮桥托起横移缆；步骤三：浮桥上部分别安装护栏、系船柱、导缆孔、横移缆系缆装置；该方法在坡顶附近的横移缆处设置浮桥，横移缆跨越浮桥，使得横移缆与坡顶脱离接触，设定横移缆与坡顶安全距离，计算浮桥和横移锚的抛设位置。本发明可避免横移缆在坡顶附近的磨损，提高横移缆的使用寿命，减少横移锚的移锚频次和时间，增加横移拉力，提高绞吸船时利率和生产率，该方法可适用于绞吸船开挖各类坚硬土质工况。土质工况。土质工况。


技术研发人员：李金峰 冷煜铎 冯晨
受保护的技术使用者：中交天津航道局有限公司
技术研发日：2023.03.15
技术公布日：2023/6/7