本發(fā)明涉及半潛駁船運(yùn)輸領(lǐng)域，具體涉及一種半潛駁沉管的長距離運(yùn)輸方法。

背景技術(shù)：

1、目前，海底隧道施工已經(jīng)從傳統(tǒng)的施工場地預(yù)制沉管轉(zhuǎn)變成預(yù)制工廠制作沉管，然后由半潛駁船運(yùn)輸至施工場地，該方法不僅避免了施工現(xiàn)場的開挖限制，還顯著縮減了施工時長，提高了工程的整體效率和經(jīng)濟(jì)性。

2、然而，由于海上運(yùn)輸?shù)牟淮_定性因素較多，半潛駁長距離運(yùn)輸沉管的過程仍存在著許多挑戰(zhàn)，例如不同的系泊布置會在沉管和半潛駁的系泊點(diǎn)處產(chǎn)生大小差異明顯的拉力，需要盡可能地選擇合理的系泊布置保證沉管系泊點(diǎn)的拉力最小，避免系泊點(diǎn)拉力過大導(dǎo)致沉管局部開裂，影響使用壽命。另外，海上航行影響沉管運(yùn)輸安全的不確定因素較多，需要在航行過程中不斷地優(yōu)化航線路徑，盡可能地保證運(yùn)輸安全。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的，是為了優(yōu)化解決半潛駁長距離運(yùn)輸沉管時系泊布置以及運(yùn)輸安全的問題，提出了一種半潛駁沉管的長距離運(yùn)輸方法，避免了沉管在運(yùn)輸過程中因局部系泊力過大產(chǎn)生裂縫，也保證了半潛駁船航行過程中的運(yùn)輸安全，可廣泛的應(yīng)用于半潛駁船運(yùn)輸領(lǐng)域。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種半潛駁沉管的長距離運(yùn)輸方法，包括沉管運(yùn)輸過程有限元分析、系泊布置、運(yùn)輸路線規(guī)劃、配套設(shè)施配置、運(yùn)輸安全全面監(jiān)測和應(yīng)急預(yù)案建立，其特征在于：

4、所述系泊布置包括系泊點(diǎn)設(shè)計(jì)、系泊纜選擇、系泊索重量確定和連接裝置設(shè)計(jì)；

5、所述系泊點(diǎn)設(shè)計(jì)采用多點(diǎn)系泊提高穩(wěn)定性，使用有限元分析軟件，模擬不同系泊點(diǎn)布置方案下沉管的受力情況，選擇最優(yōu)方案；

6、所述系泊纜選擇首先進(jìn)行靜力平衡分析，計(jì)算靜水狀態(tài)下各系泊纜的張力，考慮恒定的環(huán)境載荷，計(jì)算所述系泊纜的張力，使用時域和頻域方法，考慮波浪和風(fēng)的動態(tài)效應(yīng)，計(jì)算所述系泊纜張力的時變特性，基于動力分析結(jié)果，評估所述系泊纜在長期使用過程中的疲勞損傷，計(jì)算所述系泊纜的疲勞壽命，計(jì)算最大設(shè)計(jì)風(fēng)速和最大設(shè)計(jì)水流流速作用下所述系泊纜所需的沉管拉力，以所述所需的沉管拉力和沉管穩(wěn)定所需的預(yù)張力之和做為所述系泊纜的設(shè)計(jì)承載力，考慮材料的強(qiáng)度、彈性模量、耐腐蝕性和疲勞壽命，確定可供選擇的系泊纜材料和規(guī)格；

7、所述系泊纜重量確定，考慮系泊纜重力和水阻力作用下的懸鏈線影響，對比不同重量所述可供選擇的系泊纜達(dá)到相同所述設(shè)計(jì)承載力時，系泊纜的系泊力，采用最小系泊力對應(yīng)的系泊纜；

8、所述連接裝置設(shè)計(jì)，在系泊纜與沉管和半潛駁之間，設(shè)計(jì)可靠的連接裝置，并進(jìn)行疲勞分析和極限強(qiáng)度校核；

9、所述運(yùn)輸路線規(guī)劃具體包括如下步驟：

10、s101、收集數(shù)據(jù)；

11、所述收集數(shù)據(jù)，包括收集起始點(diǎn)與終點(diǎn)中間所有港口的吞吐能力、港口的水深、港口的停泊費(fèi)和其他附加費(fèi)用，確定港口能否夠提供必要的服務(wù)；

12、s102、初步選擇航線；

13、所述初步選擇航線，包括使用最新的海圖資料，識別可行的航道，根據(jù)所述港口的吞吐能力、所述港口的水深和所述港口能否提供必要的服務(wù)篩選出可以停泊的港口，獲取沿途的天氣預(yù)報，包括風(fēng)速、波浪高度，獲取沿途的船舶流量，避開惡劣天氣和擁擠的所述可行的航道；獲取航行警告區(qū)警告、國際防止船舶造成污染公約地區(qū)、港口數(shù)據(jù)和海事安全信息，將所述可行的航道中涉及到上述區(qū)域的排除，得到初選航線；

14、s103、成本效益分析；

15、所述成本效益分析，包括根據(jù)所述初選航線計(jì)算各路徑的航行時間，根據(jù)航行速度和距離估計(jì)燃油使用量，評估所述初選航線每個港口的停泊和其他費(fèi)用，得出每條路徑的總成本，選擇成本最優(yōu)的預(yù)定航線；

16、s104、風(fēng)險評估；

17、所述風(fēng)險評估，包括制定預(yù)案應(yīng)對航運(yùn)途中可能出現(xiàn)的機(jī)械故障、沉管損壞、惡劣天氣、淺灘暗礁、船只碰撞、海盜活動以及駛?cè)胩厥鈪^(qū)域的情況，并持續(xù)監(jiān)控所述預(yù)定航線上的天氣變化，監(jiān)測航道的安全情況；

18、s105、路徑實(shí)時優(yōu)化；

19、所述路徑實(shí)時優(yōu)化，包括將基于web墨卡托投影的全球地圖進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格長度與實(shí)際距離比例為r，實(shí)時獲取以半潛駁船為中心周邊l海里范圍內(nèi)的重要信息，所述重要信息包括氣象數(shù)據(jù)、最新航行警告區(qū)域信息、沿途生態(tài)保護(hù)區(qū)信息、高風(fēng)險水域信息、法律限制區(qū)域信息和淺灘暗礁海底障礙物信息，將所述重要信息涉及的區(qū)域在所述全球地圖中對應(yīng)的網(wǎng)格進(jìn)行危險標(biāo)注，當(dāng)范圍內(nèi)出現(xiàn)所述危險標(biāo)注的網(wǎng)格時，采用改進(jìn)的jps算法更新局部路徑，避開危險區(qū)域；

20、s106、記錄與反饋；

21、在每個航段結(jié)束后，將實(shí)時收集的所述重要信息記錄保存，將實(shí)際航行路線與所述預(yù)定航線進(jìn)行對比，找出偏差位置，并進(jìn)行復(fù)核，形成案例數(shù)據(jù)庫。

22、進(jìn)一步的，所述系泊點(diǎn)布置方案必須滿足在沉管橫縱兩個方向?qū)ΨQ布置。

23、進(jìn)一步的，所述恒定的環(huán)境載荷包括作用于沉管上的風(fēng)壓荷載，

24、pw＝0.613chcsv2?(1)

25、式中，pw-沉管風(fēng)壓荷載，pa，ch-風(fēng)壓高度變化系數(shù)，cs-風(fēng)荷載體型系數(shù)，v-海面10m高度處風(fēng)速，m/s；還包括作用于沉管上的水流阻壓力為

26、

27、式中，pwt-水流阻壓力，pa，ρw-水密度，kg/m3，cw-水流阻力系數(shù)，v-水流流速，m/s；所述水流流速考慮半潛駁的拖航速度、自然海流速度，

28、v＝vs+vc+vt?(3)

29、式中，vs-半潛駁的拖航速度，m/s，vc-自然海流速度，m/s，vt-近岸區(qū)域潮汐影響下的水流流速，m/s。

30、進(jìn)一步的，所述波浪和風(fēng)的動態(tài)效應(yīng)分析過程中，采用jonswap波浪譜對沉管的在波浪荷載作用下的運(yùn)動進(jìn)行模擬，

31、

32、式中，式中，α-無因次常數(shù)；x-風(fēng)區(qū)長度，m；u-風(fēng)速，m/s；γ-譜峰升高因子；ωp-譜峰頻率，hz；σ-峰形參數(shù)。

33、進(jìn)一步的，所述懸鏈線影響包括計(jì)算不同材料系泊纜的水阻力，

34、

35、式中，fd-系泊纜水阻力，n，cd-拖曳系數(shù)，取決于系泊纜的形狀、表面粗糙度和水流流動的雷諾數(shù)，a-系泊纜迎水投影面面積，m2；計(jì)算所述系泊纜水阻力和所述系泊纜重力的合力，

36、

37、式中，fg-系泊纜水阻力和重力的合力，n，g-系泊纜的重力，n；所述合力最小的系泊纜達(dá)到相同所述設(shè)計(jì)承載力時，需要的系泊力最小。

38、進(jìn)一步的，在步驟s105中，所述淺灘暗礁海底障礙物信息利用多波束測深系統(tǒng)和側(cè)掃聲吶獲取，并繪制高精度的海底地形圖。

39、進(jìn)一步的，在步驟s105中，所述改進(jìn)的jps算法包括定義起始點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)，設(shè)定時間維度的初始值，將已知的動態(tài)障礙物軌跡信息加入到搜索空間中，采用曼哈頓距離作為啟發(fā)函數(shù)，使用vhw的規(guī)范順序來生成路徑；從起始點(diǎn)開始，按照vhw順序擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)，對于每個可能的移動，檢查是否存在時間障礙物，如果存在，則記錄下來并在適當(dāng)?shù)臅r候等待，如果沒有障礙物，則繼續(xù)擴(kuò)展直到找到目標(biāo)點(diǎn)或所有可能的路徑都被探索完畢，輸出最終找到的最優(yōu)路徑。

40、進(jìn)一步的，在步驟s105中，所述氣象數(shù)據(jù)包括氣壓、風(fēng)速、風(fēng)向、能見度、降水量、波浪海流、海霧和冰情報告，其中，風(fēng)速大于所述最大設(shè)計(jì)風(fēng)速的水域、能見度低于1海里的水域、波高超過半潛駁船設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)的水域、存在海冰的水域以及氣壓快速下降的水域?qū)?yīng)的網(wǎng)格需要進(jìn)行危險標(biāo)注。

41、本發(fā)明的有益效果是：提供一種半潛駁沉管的長距離運(yùn)輸方法，通過有限元分析軟件，對比選擇最優(yōu)的系泊點(diǎn)位置，然后靜力平衡分析和動態(tài)效應(yīng)分析確定系泊纜的疲勞損傷和所需要的設(shè)計(jì)承載力，考慮懸鏈線的影響，對比不同材料和規(guī)格的系泊纜達(dá)到相同的設(shè)計(jì)承載力時，所需要的系泊力，選取系泊力最小的系泊纜作為最優(yōu)，避免了沉管在運(yùn)輸過程中因局部系泊力過大產(chǎn)生裂縫；通過改進(jìn)的jps算法在航行過程中，實(shí)時更新航線路徑，避開氣象條件差的區(qū)域、航行警告區(qū)域、沿途生態(tài)保護(hù)區(qū)、高風(fēng)險水域、法律限制區(qū)域和有淺灘暗礁海底障礙物的區(qū)域，保證運(yùn)輸過程的安全性。