1、东海科学技术学院本科毕业论文 目录 本科 毕业论文 (设计 ) 题 目： 滩海施工浮箱的方案设计 学 院： 学生姓名： 专 业： 船舶与海洋工程 班 级： 指导教师： 起 止 日期： 东海科学技术学院本科毕业论文 目录 目录 摘要 .2 1 绪论 .3 1.1 滩海施工浮箱的研究目的和意义 .3 1.2 浮箱的历史 .4 1.3 国外浮箱的发展现状 .5 1.4 国内浮箱的发展历程 .7 1.5 浮箱模块拼装式浅水工程装置技术 .8 2 浮箱的设计载荷 . 11 3 浮箱的设计与分析 . 12 3.1 浮箱的稳性和浮态 . 12 3.2 水动力分析和势流基本假设 . 22 3.3 操纵稳定性
2、. 23 3.4 疲劳方面 . 24 3.5 地震因素 . 24 3.6 浮箱搭建成其他模块的总体设计 . 24 3.7 波谱 . 26 3.8 风速和有效波高的设计 . 26 3.9 其他方面的设计 . 28 4 结论 . 30 5 参考文献 . 31 东海科学技术学院本科毕业论文 摘要 1 滩海施工浮箱的方案设计 摘 要 浮箱是以浮动基础来代替复杂的水下固定基础，易于架设，易于拆除，具有较突出的快速性和机动性。在滩海油田开发海洋工程中，合理运用工程浮箱能降低成本，降低海上施工难度。使得那些分散和小型油田能得以开发下去。 在设计中，分别对单个浮箱，以及多个纵向连接浮箱进 行初稳性计算，求出其
3、可承受的最大载重量，然后再分析重量移动对浮箱浮态及初稳性的影响。再参照文献对操作稳定性、上部结构设计、总体设计、附属设施设计等其他方面进行设计及分析。 关键词 滩海；浮箱；初稳性 东海科学技术学院本科毕业论文 摘要 2 The design of construction pontoon in beach Abstract Pontoon instead floating basis of the complex underwater fixed basis. Being full of rapidity and motility, it is convenient for erection
4、and removes. In beach oilfield development offshore engineering， make rational use of engineering pontoon can reduce costs, and make the difficulty of construction at sea down. So those scattered and small oil fields can be continued developing. In the design, to calculate initial stability for sing
5、le pontoon and several longitudinal connection pontoons, find out the maximum load they can bear, then analysis the influence of pontoon floating state and initial stability when the weight moving. then do some other design and analysis on pontoon according to the literatures, as operational stabili
6、ty, superstructure design, overall design, ancillary facilities design and so on. Key Words Foreshore; Pontoon; Initial stability 东海科学技术学院本科毕业论文 绪论 3 1 绪论 1.1 滩海施工浮箱的研究目的和意义 滩浅海地区是指沿海滩涂、潮间带和水深低于 10m的浅海区域。我国滩海油田中，除个别大型整装油田外，分散和小型油田居多，其中不少油田能否得到开发，在很大程度上取决于是否能达到经济界限。因此，降低开发建设投资和生产运行费用，对于激活这些边际性油田具有决定性
7、的意义。 滩海油田的特点之一是位于浅水水域，同时还受浪、潮、冰等气象和海况影响。海上施工时，不仅受气象的限制，而且大型浮吊和工程船舶难以进入和通行。虽然可以开挖航道进入，但不仅增加施工费用，而且还受海洋环 保法规的制约以及海床回淤的影响。 滩海油田位于近岸和浅水等特定海域，适用的工程船舶和装备也多具有相应的特性。这一特殊性也是局限性，使得此类装备不能通用于近海 (offshore)和较深水域的海洋工程。 滩海油田的总体规模和海上工程量相对有限，如果大量造价昂贵的专用工程船舶和设施长期处于待用状态，则会因使用率过低而使成本升高。油田生产过程中，需要如修井等一些周期性的作业。例如，在井数不多的平台
8、上装设大型油井作业设备，会因利用率不高而影响成本，而建造众多大型移动式作业平台则需增加大量投资。 但是当我们采用不同组装 设计，标准化的浮箱模块可以拼装成运输驳船、小型浮吊起重浮筏、铺管驳船、工程地质钻孔取芯平台或其他工程作业平台、泥橇、大型气垫运输平台等。类同舟桥的模块化方式，我们能开发出多种模式的可应用于浅海水域的模块化组装工程船舶和设施，可根据需要和具体条件随时组装使用，既可缩短施工准备时间，又可大大降低固定投资，取得良好的经济效益。又因为浮箱的组装容易，则可以较好的解决大型油井作业的周期性问题。 东海科学技术学院本科毕业论文 绪论 4 1.2 浮箱的历史 水上施工既会遇到长江、黄河那样
9、的大江大河，也会碰到湖泊、小川。这就带来两方面的问题：一是因为各河川之间并非总 是通航的，如何将工程专用的水上船舶和设备从一个工地转移到另一个工地；二是如何适应浅水和多滩河川。为了适应建桥水上施工的需要，从 1954 年建设武汉长江大桥开始，就引进了苏式 KC 型浮箱 (见图 1-1， 1-2)。经过 30 多年的大桥水上施工，浮箱的构造和性能从第一代的 KC 型浮箱演变到目前第四代国产 TF 型浮箱。以浮箱跨越江河完全是出于经济性或军事方面的特殊需要而修建。浮箱的历史可以追溯到公元前 4000 年左右。浮箱的种类也很多，这主要取决于陆地条件和需跨越障碍的类型。原以小木船为桥墩，木跳板为桥梁，
10、靠小铁链锚碇，以石砌 台阶随水位涨落而升降的码头为引桥桥台，遇水位暴涨则拆，水位平退则通；发展到今日的浮箱运用于铁路浮桥、钢塔架浮墩以及永久型大水深跨海湾浮桥等。钢梁浮桥有不通航的带式浮桥，通航的高架浮桥和可转动定期通航浮桥。按用途分类有公路浮桥、铁路浮桥等等。这种历史性的发展，完全是随着文化、商业、经济、军事的发展而在交通运输上取得的成就。 图 1-1 KC 型浮箱标准箱 东海科学技术学院本科毕业论文 绪论 5 图 1-2 KC 型浮箱首尾箱 1.3 国外浮箱的发展现状 世界上美国、德国、英国等国家装备的浮箱发展比较先进 , 早在 20 世纪 60 年代 , 美国就针对近岸货物卸载行动的实施
11、提出了模块化通道系统 (modular causeway system) , 已经研制并投入使用的主要有海军栈桥码头 (Navy Lighter, NL) 、陆军栈桥码头 (The Army Modular Causeway Section, MCS) 和高级模块化通道系统 (The Amphibious Cargo Beaching Lighter, ACBL) 。 三种 模块化通道系统使用效果见（图 1-3）。 图 1-3 三种模块化通道 系统使用效果 东海科学技术学院本科毕业论文 绪论 6 海军栈桥码头由浮箱和锚系组成 , 纵向一般不超过 12个浮箱单元。浮箱单元尺寸宽为 21ft, 长
12、为 90ft。该浮箱有最小长度要求 , 但不得超过 1000ft。坐滩的浮箱单元由两台工程机械固定锚系。 陆军栈桥码头由非动力浮箱模块单元拼接而成 , 并利用锚系来进行固定。模块单元尺寸长为 80 f t, 宽为 24 f t。该码头设计在高潮时展开 , 低潮最小水深为 6 f t。码头最大长度取决于岸滩坡度。栈桥码头的有效连接、展开 ( 包括坐滩 ) 要求至少使用 3 艘拖船或栈桥渡船 , 或者拖船和栈桥渡船配合使 用。抗风浪能力是栈桥码头装备发展的核心问题。 NL 和 MCS 两种系统存在的最大问题是无法在 3级海况条件下进行正常的作业 , 为此美国的海军装备工程服务中心 ( the Na
13、val Facilities Engineering Service Center) 已经研制了一种高级模块化通道系统 , 用来替换已有的系统 , 它可以解决 3级海况条件下近岸货物卸载行动的实施问题 , 与前面的系统相比各模块的尺度更大 , 使用海洋浮箱作为模块的基础 , 采用刚性接头和铰接接头相结合的方式进行拼组连接。正在连接的 ACBL（见图 1-4） 。此外 , ACBL可以使用 40ft 标准集装箱进行各种方式的运输。 图 1-4 正在连接的 ACBL MEXEFLOTE 是一种多功能浮箱（见图 1-5） , 分为首、中、尾三种钢质浮箱。 20 世纪 60 年代装备于英国陆军部队。这
14、种多功能浮箱能够迅速拼组成适用于海上和港口的驳运渡船 , 也能拼组成栈桥码头和其它浮游工程设施。其装卸运输相当方便。该系统采用模块化的设计概念 , 提供了模块式构件和简单而高效的连接装置 , 系统功能多样 , 结东海科学技术学院本科毕业论文 绪论 7 构坚固 , 而且浮箱单元可在现场组合装配 , 操作人员无须经 过特别培训。该系统以 6.1m 2.4m 1.4m半高集装箱模块为基础 , 采用与 ISO尺寸要求相匹配的浮箱单元 , 具有良好的运输性。系统包括 4 个基本模块 , 即首、中、尾和喷水推进模块 , 它们可以首尾连接和横向连接构成多种组合。 MEXECELL 模块在 3 级海况条件下进
15、行连接和分离作业 , 构成的系统可承受 6 级风浪条件。 MEXECELL 系统的用途包括构成浮游栈桥 ,滩头登陆门桥、车辆上下的滚装平台、水下施工平台、钻井平台、海上高架平台、驳船纵列、潜水支援平台、高架结构和海上防波堤等。 艾克罗浮箱外形尺寸为 5.283m 2.438 m 1219m, 单箱自重 2. 895 t,单箱承载力 10t,上部接头为搭接式单销插头 ,下部接头为搭钩 ,主要用于架设浮桥或与贝雷桥配套架设浮桥 ,也可拼组成渡船。我国的装配式公路浮箱和松花江组合浮箱就是在英国艾克罗浮箱的基础上进行设计和制造的。 图 1-5 MEXEFLOTE 浮箱 此外 , 有些国家也研制装备了浮
16、箱。如德国 50/ 80 t 级浮箱桥 , 外形尺寸为 4.2m 2.1m 0.8m,单箱自重 1.153t ,单箱承载力 4.6t,接头形式为弓形环和连接叉 ,主要应用于浮桥 和门桥。意大利莫图拉浮箱，外形尺寸为 9m 3m1.5m, 单箱自重 8.680t,单箱承载力 18t,接头形式为卡销式 ,主要应用于浮桥和有立柱的作业平台。 1.4 国内浮箱的发展历程 我国从 1958年为修建南京长江大桥引进 KC-3浮箱到现在 , 已经历了 40年的发展历程 , 从仿制到研制 , 取得了不少成果 , 如铁路部门 , 就先后仿制、研制了中 -60、东方红、 TF-80、 TF-82及六七式铁路舟桥的
17、标准舟节 (933)非机动东海科学技术学院本科毕业论文 绪论 8 舟等 , 这些浮箱都是在当时特定历史条件下研制的战备专用器材 , 而不是针对施工所研制的 ,所以 , 随着我 国的经济发展和大规模的交通设施建设 , 这些浮箱虽然得到了广泛的应用 , 也取得了较好的经济效益 , 但其不足之处也越来越明显 , 其中最主要的 , 一是适应性较窄 , 二是不够经济 , 再就是储备量很少。因此 , 研制具有广泛适应性和良好的经济性的工程浮箱 , 是解决目前我国大规模建设桥梁所需的水上施工辅助设备的有效途径 1.5 浮箱模块拼装式浅水工程装置技术 1.5.1 标准化的浮箱模块构件 浮箱模块具有水密性，空载时吃水很浅，便于在滩涂和极浅水区用多种方式运输至工作区和实施，水上拼装 (见图 1-6)。 图 1-6 浮箱模块及其水上拼装
