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近年随着造船业的发展，船舶气囊下水工艺得到了诸多船厂的广泛采用。但由于与下水工艺密切相关的下水坡道的设计没有得到足够的重视，使得船舶下水仍然存在安全隐患。本文介绍了船舶气囊下水工艺过程，分析了下水坡道设计中存在的问题，提出了下水坡道设计中应考虑的因素，结合工程实例阐述了坡道设计的相关要点。 【关 键 词】下水工艺气囊船台下水坡道
一、前言 气囊下水是一项我国独创的新型下水技术,过程简单,无需固定滑道,与传统滑道下水相比,船台制造比较简单,建造周期短,并且没有油脂的污染,下水以后气囊可以收回重复使用。气囊下水是一种新的技术,尽管已有2 万吨级的船舶利用气囊下水的成功案例,但因缺乏研究和行业管理,该技术没有明确工艺和规程,主要是靠经验操作,事故时有发生。随着气囊承载力的提高,采用气囊下水的船舶吨位愈来愈大,风险愈来愈高。应用于气囊下水的船台形式各异，良莠不齐，尤其是与下水工艺密切相关的坡道设计往往没有得到足够的重视，从而使船舶下水存在安全隐患。笔者尝试从气囊下水工艺开始，探讨其过程和机理，浅述坡道设计的相关要点，并简要介绍已在实践中应用的设计实例。 二、船舶气囊下水工艺 船舶采用气囊下水时，先将起重气囊充气抬起船体，拆除船底下的墩木，船体下坐到气囊上，在卷扬机（绞车）和缆绳的牵引下，有控制地移动船舶，或直接断开缆绳，使船舶自由下滑，完成下水过程。 船舶气囊下水的过程分为４个阶段：①船舶下水前准备；②控制船舶下滑至水边；③从船舶触水至全浮；④从船舶全浮到滑行停止。 其中从船舶触水至全浮阶段是船舶下水运动状态比较复杂的阶段。船舶移至水边后，根据水域及坡道条件选择快速入水还是继续在绞车控制下入水是需要考虑的问题。在水域宽度及坡道条件允许的前提下，可以断开缆绳，使船舶依靠重力的作用自由滑入水中，如果初始下滑力不够，则需要在船首采取措施推动船舶启动。 船舶滑向水域时，如果船台坡道因末端标高较高而有变坡设置时，船尾滑出水边到入水之前，船舶的表现以悬臂外伸状态为主。此时，船舶纵倾角在继续微微增大，船尾末个有效气囊的受力也在持续增加。在船体重心经过变坡点时将出现稍微明显的纵向翻倾，这个时点是气囊受力最大也是船台末端荷载最大的时候，故在下水方案中对单个气囊的超载能力应有充分估计，对可能出现的问题要有预案。如果船台前沿坡道的坡度较大，且标高较低，则船尾直接入水，这样可使船体纵倾减缓，气囊的受力分布也逐渐转变为首部大尾部小。 随着船尾入水体积的增加，尾部逐渐浮起，船底入水的气囊也陆续被释放漂浮，直至船首离开最后一只气囊的支撑，船的重量全部依靠浮力支承。当船尾入水开始上浮，而船首还压在最后一个或几个气囊上时，气囊将承受船体自重25%～30%的重量。 在水位变幅不大的河口及沿海一带，多数气囊船台下水坡道很短，一般可不考虑控制下水，直接断开缆绳让船舶自由下水。与滑道船台的下水运动状态相比，气囊下水由于有气囊的缓冲作用，不会因为船舶 “尾弯 ”或“尾浮 ”状态使船中或船首底部集中受力过度而受损，而且船舶全浮前通常船首下面都是密集的气囊，一般不会因为 “首跌落”而受损，因此，可以说气囊下水过程比滑道下水更安全可靠。 三、下水坡道设计 下水坡道是采用气囊下水的重要组成部分，广义的下水坡道包括船台及前沿伸入水底的坡道，狭义的下水坡道仅指船台前沿至水底部分。由于船台的设计类同于滑道船台，有可参照的规范和比较充分的理论研究，本文主要探讨的是船台前沿的下水坡道。 （１）下水水位。相比滑道下水方式而言，采用气囊滚动下水工艺的船台，由于存在气囊的柔性且下水坡道可延续到河床或海底，故对下水水位的要求并不严格。但下水时流速太大会影响安全，且水下坡道过长既不经济也会影响泥沙的冲淤稳定。因此，设计下水水位通常取工程水域的年平均高潮位或更高些。下水水位的高低与下水坡道的长度和末端标高有着直接的相关关系，下水水位高，则坡道短；末端标高高，则施工方便、造价低。 （２）坡道型式。坡道全长范围内可由斜直线、折线变坡和圆弧线等多种组合形成，但均须满足气囊下水的工艺要求，且局部气囊不应出现超低工作高度，超负荷承压状况，气囊在最低工作高度时船底不应触及地面。理论上坡道由斜船台顺接直通到水底，即斜直线型式对船舶下水安全比较有利。但是由于直通到底的坡道水下工程量较大，不经济，且在河道里会形成阻水构筑物，如果有近岸航道还会对船舶航行构成威胁。因此，在工程实践中通常采用的坡道型式主要为折线型和圆弧线型。见图1、图2。 （３）坡度。下水坡道的坡度应根据下水船舶的大小确定，一般应不大于1/7，且能与船台坡度衔接妥当。船台的坡度以平缓为佳，但需满足船舶下滑的动力条件及与下水坡道的坡度能妥善衔接以满足气囊下水的工艺要求。 （４）坡道结构及表面。气囊下水对坡道要求不高，泥地、沙土地、沙地或水泥地坡道均可。坡道主要承载船舶下水荷载，结构可以不像船台那样坚固耐久，但应满足稳定要求及与船台结构的平顺衔接。此外，坡道必须清洁，去除杂物，特别要清除残留的尖硬的钉状物，以免刺破气囊。坡道应平整，左右水平度不得大于80mm，底面凹穴应填平。 图1 折线型坡道 图2 弧线型坡道 四、工程实例 大连隆翔松辽游艇造船厂位于长兴岛葫芦山湾南岸，根据总体规划，在厂区南侧布设1座1万t级的气囊船台，船台的平面尺度均为180ｍ×30ｍ，坡度为1:66，船台前沿标高为1.65m（高程从马家咀子理论最低潮面起算），可建造满载排水量10000t以下的游船。 （１）水文 设计高水位 2.35m 设计低水位 0.23m 极端高水位（重现期：50年） 3.40m 极端低水位（重现期：50年） -1.40m 极端高水位（重现期：100年） 3.49m 极端低水位（重现期：100年） -1.61m （2）下水坡道设计 该下水坡道型式采用弧线型变坡设计，坡道紧接船台前沿，弧线半径R=279.7m，坡道长25m（水平投影尺度），坡道末端标高为0.15m。坡面结构采用70mm厚的混凝土磨耗层，要求表面平滑处理，磨耗层以下依次为400mm厚滑道板、100mm厚混凝土垫层、300mm厚碎石垫层，以及要求密实整平的抛填。见图3。 图3 下水坡道设计实例（尺寸单位：mm） 五、结论 船舶用气囊下水是一项极具发展前途的新工艺，它克服了以往船厂修造船舶能力受制于固定式下水滑道的弊端，发展成为今天极具灵活性的柔性下水技术，具有省工、省时、省力、省投资、机动灵活、安全可靠、综合经济效益显著优点。下水工艺是气囊船台区别于其他造船设施的关键，而合理的下水坡道设计则是保证安全、顺利实现气囊下水工艺的前提。但是由于气囊下水过程缺乏比较全面的理论研究，坡道设计的规范化还有待进一步推进。本文希望能起到一个抛砖引玉的作用,欢迎有更多的学者投入该领域的研究。
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