曲线顶管底幕法施工对沉船扰动的CEL数值模拟

依托“长江口二号”沉船打捞工程,采用耦合欧拉-拉格朗日法对极小曲率半径矩形曲线顶管底幕法沉船打捞工程进行数值模拟分析,获得底幕施工过程中顶推力以及船体竖向位移的动态变化,并与模型试验结果进行了对比验证.结果表明:所提的数值模型模拟结果和模型试验结果吻合较好,能较精确地预测沉船的变位和顶管的顶推力变化;最后一根管节推进为最危险工况,需要加强施工控制;采用左右对称推进而非顺序推进能够有效降低施工对沉船和土体的扰动.

无人机实景三维建模在“长江口二号”古船整体迁移与保护项目中的应用

实景三维建模是数字经济和工程数字化建设的数字底座.介绍“长江口二号”古船整体迁移与保护项目中,利用无人机倾斜摄影技术进行影像采集和实景三维建模过程中关键技术和控制要点,并对实景三维模型建模中的空三测量精度进行分析,最后通过Web 3D GIS平台对实景三维模型进行可视化展示与应用探讨.

复杂条件下的特殊船舶进出坞工艺

为保护“长江口二号”古船内有机质文物和脆弱文物,拟将古船遗址整体打捞后转运至干船坞内,进行长期的考古研究和展示.打捞出水的古船整体船况差,船内文物保护要求高,利用的干船坞为废置干坞,船坞条件也较差.通过对废置船坞现状、工程河段的水文资料、进出坞时机和古船搬运方案等方面的综合分析,总结出复杂工况下特殊船型进出老旧船坞的工艺流程,也为后续相似工程提供新的工艺思路.

古船整体打捞中端板纵梁的变形

针对古沉船整体打捞工程,利用分布式光纤传感技术替代常规的变形监测手段,在“端板-纵梁”框架整体下放过程中对纵梁和端板进行变形监测.监测结果表明:“端板-纵梁”下放全过程中,端板的变形控制在1.5 mm内,变形量可以忽略;受定位桩与“端板-纵梁”间摩擦力的影响,纵梁最大变形量为50 mm;对定位桩打磨切割可有效减小纵梁变形量,纵梁最终变形量约为35 mm.

一种无接触式整体打捞技术在古船整体打捞项目中的应用

针对大吨位水下沉船打捞过程中对沉船及货物微损伤的作业要求,全新设计并研制了一套无接触式大吨位整体打捞技术与装备——弧形梁系统.该系统使用液压驱动技术实现机械化自动安装沉船兜底钢梁,并且穿梁过程中与沉船及货物无任何接触,大大提高了施工效率、作业安全以及对沉船本身的保护.该技术适用于无接触式整体打捞水下不同规模和任意形状大吨位物体,包括打捞船舶、飞行器、货物等,对沉船及货物损伤几乎无损伤,并成功应用于我国水下考古重大项目——“长江口二号”古船整体打捞项目.该研究成果为国内外水下打捞提供了创新技术与设备,同时大大提升我国在打捞、水下考古等领域的国际影响力.

计算机控制液压同步提升技术在“长江口二号”古船整体打捞迁移工程中的应用

同步提升技术是将古船体及其内部文物无损打捞出水,并平稳转移至预定船坞的关键技术.从计算机控制液压同步提升的技术原理入手,以韩国“世越号”的水下同步提升项目为例,论证该技术迁移到水下文物打捞工程的可行性;开展本次古船体整体打捞迁移工程的提升器布置、控制动作和系统规划;介绍同步提升装备的施工实施细节,液压提升器服从竖向布置,硬件装配涉及钢绞线、底锚及支架、液压油缸、控制系统和水下销轴的安装.“长江口二号”古船体整体打捞项目的成功证明了大型油缸计算机控制系统在提升海洋沉船中的高效性,能保障打捞对象的安全性和完整性,为日后相关古船整体打捞迁移开辟了新的实施途径.

超大月池专用工程驳船在船整体打捞迁移工程中的应用

介绍创新的超大月池工程驳船“奋力”轮的设计构想,“奋力”轮在“长江口二号”古船整体打捞迁移工程施工中的高效应用,以及古船打捞提升力的计算对比实际打捞提升质量的情况.“奋力”轮在“长江口二号”古船整体打捞迁移工程中的成功应用,为未来古船打捞提供参考技术方案.

“长江口二号”古船迁移保护项目中失能坞门的检测与修复

“长江口二号”古船迁移保护项目中需使用船坞进行考古作业工作,为此将已废置多年老旧失能坞门的使用功能进行恢复.首先,对失能坞门进行检测,根据检测结果对坞门进行拆除、维修及加固作业.经过修复整备后,失能坞门成功起浮开门,在古船进坞作业后顺利关门落墩止水,为考古工作提供了良好的作业环境.失能坞门恢复启闭功能的工作在国内造船行业属于首创,增加了人们对坞门这种专用设备全生命周期的进一步认识.

大吨位沉船整体打捞耦合动力响应数值仿真

以“长江口二号”沉船整体打捞作业为背景,设计相应的打捞方案,并对其关键状态的动力响应进行数值实验,综合分析不同海况下多体耦合系统运动响应特性及缆绳受力情况.研究结果表明,横浪工况下,打捞系统的不稳定性增加,作业风险明显高于其他浪向的同浪级工况.此外,沉船离底状态下,提升缆及系泊缆的张力响应极值会高于沉船部分出水时的受力情况.该数值实验验证了打捞方案实施的可行性,同时为规避打捞作业风险的海况决策提供了重要依据.

“长江口二号”古船项目“奋力”轮出坞方案

介绍“长江口二号”古船整体打捞迁移工程中,专用超大月池打捞工程驳船“奋力”轮怀抱古船进坞并下放稳妥后的出坞方案,为什么最终选择了艉部用金刚石绳锯切割后,利用液压同步提升装置提升7 m后焊接固定,然后出坞的方案,以及该方案的实际实施情况。该方案顺利实施,技术、经济效果都良好,有较大的经济价值,可为日后类似的工程情形提供技术参考和实施经验。

新型水下发射功率自调整的定向钻传感器

介绍一种新型水下可检测水深和介电常数并进行发射功率自调整的定向钻传感器。

新型无线测量海底钻头方位的方法和系统介绍

介绍一种新型规避干扰的无线测量海底钻头方位的方法和系统。

坞墙组合钢板桩锈蚀损伤应力分析

原上海船厂1#船坞在船厂搬迁后年久失修,组合钢板桩坞墙结构出现一定程度的锈蚀损伤,墙后减压排水设施失效.为探究锈蚀后的组合钢板桩坞墙在近期古船进坞及后续博物院建设中的承载性能,分别建立船坞与钢板桩坞墙的数值模型,得到其位移、内力,以及锈蚀区局部应力,得出以下结论:①组合钢板桩暂处于强度安全状态,短期内可承受古船进坞产生的荷载;②随着钢板桩锈蚀程度的发展,当锈坑深度达到4.6 mm时,钢板桩将难以满足承载力要求;③建议在锈蚀检测后的7年内补强修复钢板桩,重新建立防锈体系,以保证后续工程建设时船坞结构的安全.

基于底质力时历计算的沉船打捞离底过程动力特性分析及系泊系统优化

提出了一种基于精确底质力时历的沉船打捞系统动力特性分析方法.通过对一个典型案例的模拟,初步阐明了离底提升阶段母船和系泊缆、提升缆之间复杂的相互作用模式,发现了在提升阶段母船运动,特别是纵荡运动出现了显著的异常增大.为了更好地控制母船在打捞过程中的运动,还对打捞系统的系泊布置进行了优化,得出了进行提升时运动控制效果更好、系泊张力更小的系泊缆布置构型.

基于Skempton公式的沉船打捞过程安全性分析

为评估整体打捞作业安全性,以“长江口二号”打捞系统为研究对象,基于三维势流理论及Skempton公式建立了沉船整体打捞过程耦合动力响应特性数值模型.该模型经实测验证,被用于沉船打捞全过程安全性分析.研究结果表明:整体打捞过程需特别关注离底和部分出水两个阶段打捞系统的运动响应以及提升缆、系泊缆张力的变化.随着波高和谱峰周期的增加,打捞系统运动响应和缆绳张力极值增大.浪向对打捞系统六自由度运动的影响较为复杂,斜浪作用下提升缆的张力极值明显增加.根据缆绳安全系数的计算,制定打捞方案时,要选择适当的提升速度,避免在20°~70°的浪向下进行打捞作业.

一种沉船打捞离底过程的三参数半定量风险评估方法

基于沉船打捞离底阶段的动力响应时域模拟,提出了一种针对该阶段的半定量安全性评估方法.该方法旨在统括打捞母船的各运动模态,提供对沉船打捞系统在不同海况下工作时的整体安全性评价分数.以“长江口二号”打捞项目为依托,进行了不同浪向角下的系统动力响应敏感性分析,最终得出(150°,210°)和(330°,30°)两个波浪入射角区间是比较理想的打捞作业窗口.

船坞月池段下墩木结构对船坞底板及基础的影响

为研究整体式墩木对船坞底板及基础的影响,对比计算独立式墩木使用时底板及基础的受力情况.从不同厚度的角度分析并优化调整整体式墩木的结构并计算整体式墩木使用时底板及基础的受力情况.分析了是否考虑桩土共同作用对桩基反力结果的影响.研究结果表明:独立式墩木使用时底板及基础受力不满足要求;整体式墩木能够使荷载更均匀,改善底板的受力状况,使底板内力、裂缝满足要求;当考虑桩土共同作用时,桩基反力会减小.当遇到纵向线荷载大于原船坞设计的线荷载工况时,可优先考虑整体式墩木.该结果可为以后类似的工程提供参考.

竖向小曲率半径曲线顶管掘进管节-土体相互作用

“长江口二号”古沉船采用国际首创的曲线顶管底幕法进行打捞,其顶管机的机械设计及管节的结构设计需明确顶管管节与地层的相互作用并建立合理的顶推力计算模型.在厘清顶管掘进过程中管节-地层相互作用因素的基础上,基于极限平衡理论,推导竖向小曲率半径曲线顶管掘进顶推力计算方法.采用耦合欧拉-拉格朗日(CEL)方法对单根管节的动态掘进过程进行数值模拟分析,获得小曲率半径矩形曲线顶管掘进过程中地层应力和地表变形的动态变化规律,并通过与模型试验、现场施工监测数据和理论计算结果的对比分析,明确竖向小曲率半径曲线顶管动态掘进过程中顶推力的动态变化特征及控制因素.研究成果可为类似“长江口二号”打捞工程的实施提供重要的理论依据和技术指导.

减压排水坞墙结构再利用的评估分析

依托2022年度“长江口二号”古船整体迁移与保护项目,针对1#船坞坞墙背后减压排水部分失效的现状,模拟打捞船进、出坞的短期工况及后期永久使用工况.分析计算坞墙及桩基的位移及受力情况,发现重新启用1#船坞时,荷载增量主要来自坞墙背后无法疏干的地下水水压力.计算表明:①坞墙原桩基结构设计受力合理,减压排水系统的设置能够大幅减小坞墙后的水压力;②在打捞船进、出坞的短期工况中,墙后新增水压力较小,桩基的位移与承载力均未超限;③在长期工况中,若减压排水系统完全失效,墙后新增水压力较大,斜桩的抗拔承载力可能超限.因此,为保障船坞长期使用的安全性与耐久性并减轻对周边环境的影响,应结合今后对船坞再利用的情况,采取合理措施保障坞墙壁后排水通道畅通,使地下水位维持在横梁底面以下标高.

曲线顶管底幕法的等比例试验

针对“长江口二号”曲线顶管底幕工法开展等比例试验,试验过程包括端板下放和管节推进两个主要过程.试验结果表明:曲线顶管底幕法可适用于沉船整体打捞;端板采用搅吸泵破除铁板砂的方法效率较低,后续应更换更高效的方式;3根管节中推进最大推力为2.2 MN,最大扭矩为28 kN·m.