惡劣海況下大型重載駁船拖航阻力和主拖纜懸垂度研究

韋濤

摘 ?要：常規(guī)風(fēng)浪條件下，拖帶重載駁船技術(shù)難度較拖帶常規(guī)船舶更高。面對(duì)惡劣海況下漂航失控的大型重載駁船，拖帶的意義不僅僅是保護(hù)遇險(xiǎn)財(cái)產(chǎn)不受更大損失，更重要的是保證駁船上人員的生命安全。本文就東海救助局“東海救115”輪在惡劣海況下對(duì)搭載大型橋吊的某駁船實(shí)施救助過(guò)程中的拖航阻力和主拖纜懸垂度等進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證分析，指出了對(duì)失控大型重載駁船實(shí)施人船同救的拖帶救助技術(shù)難點(diǎn)和應(yīng)對(duì)措施，供借鑒。

關(guān)鍵詞：惡劣海況;重載駁船;拖航阻力;主拖纜懸垂度;拖帶救助

1 背景和基本情況

2019年5月的一天，東海救助局接某公司信息，該公司拖輪拖帶裝載3臺(tái)橋吊的某駁船在途經(jīng)廈門(mén)外海水域時(shí)遭遇大風(fēng)浪，導(dǎo)致主拖纜斷裂，駁船失控，船上5名船員隨駁船遇險(xiǎn)。為了確保遇險(xiǎn)船舶人命和財(cái)產(chǎn)安全，東海救助局派遣“東海救115”輪對(duì)該船實(shí)施了拖帶救助作業(yè)，全程225 n mile ，歷時(shí)49 h成功將遇險(xiǎn)船拖帶至指定水域。

1.1 駁船及運(yùn)駁概況

駁船搭載3臺(tái)橋吊，艏部2臺(tái)，每臺(tái)長(zhǎng)35 m，寬80 m，高度50 m，重750 t/臺(tái)。艉部1 臺(tái)，長(zhǎng)28 m，寬145 m，高86 m，重1 638 t。駁船配有2 條長(zhǎng)20 m、直徑60 mm、工作負(fù)荷為110 t的鋼絲龍須纜和工作負(fù)荷55 t的三角板。

1.2 拖船的配備

拖船配有2根長(zhǎng)1 200 m，直徑64 mm，工作負(fù)荷為130 ?t的主拖纜。

1.3 救助情況

接到任務(wù)后，東海救助局指令距離現(xiàn)場(chǎng)最近的大馬力救助船“東海救115”輪立即前往現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施救助，應(yīng)船方請(qǐng)求，接拖后計(jì)劃將駁船拖往汕頭廣澳港，總航程90 n mile。實(shí)際拖航分為兩個(gè)階段：一是接拖完成后，“東海救115”輪拖帶駁船以航向西南，速度7 kn前往目的地，此時(shí)拖纜負(fù)荷只有20 t，被拖船的船體依然橫在東北風(fēng)中左右偏蕩，存在被拖船與拖船的艏向相反的倒拖傾向;為了增加控制駁船的力度，常規(guī)情況下，可以進(jìn)車增加拖航速度，提高拖力，但是考慮以下兩個(gè)因素后拖輪決定調(diào)頭頂風(fēng)滯航：其一，高速拖航狀態(tài)下波浪引發(fā)的突發(fā)應(yīng)力造成拖船阻力驟然變化，對(duì)纜繩的沖擊難以估算;其二，速度提高則需要繼續(xù)放長(zhǎng)主拖纜，由于接拖水域水深15 m，浪高4 m，通過(guò)計(jì)算該水域不滿足增加拖纜長(zhǎng)度的水深條件。二是在海上滯航近27 h后，拖航編組再次調(diào)頭按計(jì)劃航線順風(fēng)前往汕頭廣澳港。

2 救助難點(diǎn)

2.1正常拖航時(shí)，拖輪會(huì)選擇與被拖船艏向一致的方式帶纜接拖。在此案例中，受冷鋒南下和狹管效應(yīng)影響，臺(tái)灣海峽風(fēng)力達(dá)到8級(jí)，瞬時(shí)風(fēng)力達(dá)9級(jí)，浪高3～4 m，原拖輪主拖纜斷裂后，正值漲潮流，流速1 kn，駁船受風(fēng)影響，船舶艏向向左偏轉(zhuǎn)90°，正橫受風(fēng)的姿態(tài)下以5 kn速度向西南方向漂航，此時(shí)若拖輪采取常規(guī)方式接拖，須在正橫受8～9級(jí)風(fēng)的情況下穩(wěn)住船位，救助船不具備這樣的操縱性能;若采取船頭頂風(fēng)的方式接拖，需要拖輪倒車跟隨被拖船，但是船舶后退過(guò)程中，船舶排出流對(duì)舵葉作用力減小，舵效變差，同時(shí)受船型影響，船舶“艉找風(fēng)”現(xiàn)象明顯，穩(wěn)住船位困難。

綜合考慮采用以下態(tài)勢(shì)接拖，如圖1所示。

2.2如圖（1）所示，接拖時(shí)，拖船艉受風(fēng)，后甲板上浪嚴(yán)重，加之涌浪使拖船橫搖劇烈，甲板人員工作難度大，安全風(fēng)險(xiǎn)高。拖船須保持一定的速度使兩船盡量保持相對(duì)靜止，對(duì)船長(zhǎng)操縱船舶提出了很高的要求。

2.3雖然主拖船的系柱拖力為110 t，但駁船三角板的安全工作負(fù)荷為55 t，主拖無(wú)法充分發(fā)揮其自身系柱拖力。

3 拖航阻力計(jì)算

考慮惡劣的海況和駁船三角板的負(fù)荷限制對(duì)拖帶救助帶來(lái)的影響，須對(duì)被拖船阻力進(jìn)行計(jì)算以確定是否需要更換駁船現(xiàn)有三角板，同時(shí)評(píng)估“東海救115”輪的系柱拖力能否滿足拖航要求和拖航速度的上限，以便為安排部署后續(xù)救助工作提供理論基礎(chǔ)。

根據(jù)中國(guó)船級(jí)社《海上拖航指南》附錄2海上拖航阻力估算方法，駁船裝載的3臺(tái)橋吊受風(fēng)面積大，根據(jù)斷纜后駁船的漂移速度初步判斷，風(fēng)阻在慢速拖航的情況下遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于被拖船的摩擦阻力和剩余阻力，需要將是否考慮風(fēng)阻的兩種計(jì)算方式進(jìn)行比較，以獲取最切合實(shí)際的阻力參考值，為制定拖航方案提供基礎(chǔ)。

本次計(jì)劃航線的主體為順風(fēng)航段，由于駁船失控狀態(tài)下順風(fēng)漂速較大，可以預(yù)見(jiàn)起拖后拖航速度較快，大風(fēng)浪情況下，拖速過(guò)快存在纜繩瞬間應(yīng)力較大導(dǎo)致纜繩斷裂的風(fēng)險(xiǎn)，故在頂風(fēng)滯航的可能性存在的前提下需計(jì)算頂風(fēng)拖航阻力。

3.1 駁船的拖航阻力

船長(zhǎng)可根據(jù)被拖船阻力和纜繩釋放長(zhǎng)度通過(guò)表3估算拖纜懸垂量，結(jié)合浪高和測(cè)深儀水深操縱船速加以控制，當(dāng)懸垂量過(guò)大時(shí)適當(dāng)加車以避免纜繩拖底。

5 計(jì)算拖航阻力和懸垂度在實(shí)際拖帶救助中的應(yīng)用分析

計(jì)算拖航阻力的考慮因子不同得到的結(jié)果各有差異，本文采用的是中國(guó)船籍社《海上拖航指南》中的阻力經(jīng)驗(yàn)公式，在計(jì)算重載大型駁船阻力時(shí)，公式中因子的計(jì)算選取尤為重要，在沒(méi)有阻力資料的前提下，只能通過(guò)經(jīng)驗(yàn)算法和實(shí)際情況相互比對(duì)的方式確定因子值。本案例中，接到任務(wù)至拖輪抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)的時(shí)間間隔為3 h，救助方在此期間可根據(jù)駁船的數(shù)據(jù)，用多種經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)駁船失控狀態(tài)下運(yùn)動(dòng)形態(tài)確定考慮風(fēng)阻的計(jì)算公式以及公式中因子值，為成功實(shí)施救助奠定良好基礎(chǔ)。

實(shí)際接拖釋放纜繩階段，拖輪與被拖船相對(duì)速度較小，公式（13）中的被拖船阻力并未完全地作用于纜繩之上，此時(shí)利用公式（1）算出的被拖船阻力與纜繩所受的應(yīng)力有一定的誤差，應(yīng)審慎采用。目前主流拖船都配有主拖纜負(fù)荷顯示器，可將主拖纜負(fù)荷約作被拖船阻力進(jìn)行懸垂量計(jì)算。通過(guò)公式（13）獲得纜繩懸垂量的計(jì)算方式依托于拖輪具有主拖纜負(fù)荷顯示設(shè)備，且對(duì)顯示負(fù)荷的精確性有一定的要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)被拖船的阻力計(jì)算是在沒(méi)有阻力資料的前提下進(jìn)行的，當(dāng)有船舶阻力資料時(shí)，應(yīng)另行計(jì)算。

惡劣天氣救助是一項(xiàng)非常復(fù)雜工程，需要良好的救助設(shè)備設(shè)施，精干的救助船員，科學(xué)完備的計(jì)劃和默契的團(tuán)隊(duì)協(xié)作，多方合力共同完成人船同救，實(shí)現(xiàn)海上人命、財(cái)產(chǎn)、環(huán)境安全。本文僅提供計(jì)算救助受風(fēng)面積較大的重載駁船時(shí)拖航阻力和主拖纜懸垂量的思路，所作計(jì)算的結(jié)果只作為工具輔助船長(zhǎng)作科學(xué)決策。

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