广州打捞局
摘要：隧道工程中使用GHS软件来计算箱涵拖航、沉放过程中的浮态稳性，可以极大的提高工作效率，并保证计算的准确性。GHS软件在进行压载水箱的优化，沉放压载设计中也有很大的优势。本文主要通过结合“香港湾仔填海06标II期-中环-湾仔跨荃湾地铁支线工程”中计算实例，系统的阐述了GHS软件在隧道工程中的具体应用以及注意事项。
关键词：GHS软件；隧道工程；沉放压载；拖航稳性
1、前言
GHS(General Hydrostatic)软件是一套主要用于船舶稳性及强度的计算软件，在许多的船舶工程中已经中得到应用，并发挥了重要作用。
其实GHS软件软件除了主要能够在船舶计算方面得到应用外，也能用于箱涵等其他浮体的计算。在以往隧道工程中，对于隧道工程中的隧道拖航浮运时的稳性浮态、沉放压载的计算基本通过手算完成，对于尺寸不大且形状规则的隧道，手工计算结果尚能满足要求。但是如果是尺寸较大而且形状不规则的隧道，需要的压载水箱多且一般较大，不能忽略自由液面对稳性影响时，其手算的工作量大，而且很难得到精确的浮态和稳性结果。如果能够将GHS软件应用到隧道工程的计算中来，可以极大的提高工作效率，并保证计算的准确性，更重要的是GHS软件在进行压载水箱的优化，沉放压载的计划设计中有极大的优势。
本文主要通过结合“香港湾仔填海06标II期-中环-湾仔跨荃湾地铁支线工程”中的箱涵计算实例，系统的阐述了GHS软件在隧道工程中的具体应用以及注意事项。
2、GHS在隧道工程中应用实例分析
2.1 箱涵基本情况
“香港湾仔填海06标II期-中环-湾仔跨荃湾地铁支线工程”（以下简称“06标工程”）所用箱涵，由5段内空的混凝土浇筑体组成，全长约150m，宽约46.4m，高约12m,重量约为46087t（当箱涵密度为27kN/m3时）。箱涵在珠海市桂山岛上的一个简易干坞预制，预制完成后，拆除干坞土堤后，放水使箱涵起浮，绞拖出坞，由四艘大马力港作拖轮将箱涵湿拖至香港会展中心西侧安装现场，拖航距离约60km。箱涵布置图如下图所示：
图2.2犀牛建立的箱涵实体模型
在犀牛软件建立出实体模型后，通过“附加GHS数据(Attached GHS Data)”选项，为实体模型附加GHS数据，包括外壳和舱室的数据，并将其保存为GHS模型文件GF文件即可。在建立模型时有以下几点需要注意：
1、由于箱涵为非对称形状，在为外壳或者舱室附加GHS数据时，应在SIDE选项单中应根据实际情况选择Port（Flipped）或者Starboard（Same）。其中Port（Flipped）选项表示建立的GHS模型与犀牛模型关于中央平面对称，Starboard（same）则表示建立的GHS模型与犀牛模型保持一致。
2、为了考虑拖航时的破舱稳性，在建模的时候应该预先将组成箱涵的独立水密箱体分别建模，在为箱体模型添加GHS数据时，除了将其定义为外壳（Hull），同时需要将它们定义为舱室（Tank）。
3、压载水箱模型建立比较简单，但是需要注意的时，虽然压载水箱在实际建造时并没有顶板，但是为了能够在附加GHS数据时生成规则的线框，需要在使用犀牛软件建模时使用“加盖（Cap）”功能为所有压载水箱加上顶板。
2.3 重量加载
在生成GHS模型文件后，就可以在GHS运行文件（RUN FILE）里使用Read命令读取模型文件，随后使用ADD命令添加载箱涵的重量，以及重量重心。如：ADD "TUNNEL WEIGHT"46078, 44.489f, 0.92s, 5.7，即定义箱涵的重量为：46078t，纵向坐标为44.489m,横向坐标为-0.92m,垂线坐标为5.7m。
2.4 拖航浮态及稳性计算
2.4.1 拖航完整稳性及浮态
在完成重量加载后，即可进行拖航浮态和稳性计算。使用GHS命令就可以方便的得到箱涵的包括平均吃水，横稳性高在内等基本数据。
由于在输出结果中我们比较关注的是箱涵四角干舷数据，所以在计算前应该在运行文件中加入CRTPT命令，将箱涵的顶部四角定义为关键点，并使用“Status CRTPT”命令在结果中输出四角的干舷情况，下列命令即为将“06标工程中”箱涵顶部四角作为关键点，分别为FB1，FB2，FB3，FB4。
CRTPT (1)"FB1", -24.232, 23.835, 9.7 /NOFLOOD
CRTPT (2)"FB2", 0,-23.585, 9.7 /NOFLOOD
CRTPT (3)"FB3", 75.118, 21.938.585, 10.5 /NOFLOOD
CRTPT (4)"FB4", 105.02,-23.585, 10.5 /NOFLOOD
在计算中发现被拖侧的干舷太低，则需进行调载，使其能够满足拖航要求。
2.4.2 破舱稳性
由于在建模时就已经分别将组成箱涵的各个独立的水密箱体，定义为了舱室（Tank）类型，在计算破舱稳性时，若需将要考察一个或数个箱体破损对箱涵稳性和浮态的造成影响，只需将此舱室类型（Type）定义为Flooded即可，例如定义“06标工程“的箱涵的B3箱体为破损进水，使用以下命令：
TANK B3
TYPE FLOODED
GHS就会B3箱体自动将其设置为破舱，并考虑其与外部海水连通并保持水平面一致，进水量将随箱涵浮态变化斜而变化。
2.5 压载沉放计算
压载沉放计算的原则是保证能够使用尽量少的压载水箱情况下，将箱涵平稳的沉放到位，其计算结果的准确性将直接关系到整个工程的成败。
计算过程中，应将整个过程从沉放初始状态到沉放到位状态分为若干步骤分别进行计算，计算出各个阶段的合理的压载水布置使其能够保持平稳沉放。在计算时，应将箱涵的底部四个角定义为关键点，并使用Status CRTPT命令在结果中输出箱涵底部四个角的吃水情况，从而得到箱涵离底数据。下表即为通过GHS软件计算得到的”06标工程“中箱涵在各个沉放阶段的浮态稳性数据（表中ABCD四点即为GHS中定义箱涵底部四角的四个关键点）：
为了使箱涵能在各个指定的吃水下能够保持尽量小的纵倾和横倾，需要通过GHS软件不断优化整个压载水布置，直到输出结果能够满足要求。GHS软件中提供了非常强大的调载功能，可以很方便的对各个水箱进行调载，计算出各个状态的浮态，以下以“06标工程”的箱涵基点吃水为11.7m时的调载计算为例来来进行介绍说明。
1、使用Load命令直接加载
最基本调载的方法即为在运行文件（RUN FILE）中直接使用load命令来指定各个舱室的压载百分比，然后在GHS软件中运行，通过GHS命令即可得到在此压载布置下的箱涵浮态等数据。
以下命令即为指定“06标工程”的箱涵的各个水箱压载水布置，使箱涵吃水为11.7m）：
MACRO BALLAST
`-------------- BALLAST CONDITION ：DRAFT 11.7m----------------
load(b2-1p)
load(b2-1c)
load(b2-1s)
load(b2-2p) 35%
load(b2-2c) 30%
load(b2-2s) 30%
load(b3p) 80%
load(b3c) 50%
load(b3s) 40%
load(b4a-2c) 85%
load(b4a-2s) 65%
load(b4a-2P) 90%
load(b4b-1s) 70%
load(b4b-1c) 90%
load(b4b-2p) 42%
load(b4b-2c) 45%
load(b4b-2s) 30%
load(b4b-3p) 80%
load(b4b-3c) 70%
load(b4b-3s) 70%
/
2、使用Load Editor加载
在GHS界面中输入命令“Tank * ”以选中所有的舱室，再次输入“Load edit”即可进入Load Editor界面，选中Auto选项后，在界面中输入任何舱室的压载百分比，或者压载体积就可以立即得到箱涵的吃水，纵倾横倾等数据。下图即为通过Load Editor输入压载水布置使得“湾仔六标”箱涵吃水为11.7m。
图2.5 Load Editor命令截面
使用Load Editor可以快速，直观的调整各个水箱的压载，并得到稳性数据。
3、使用Load命令自动计算
将LOAD的 RAT （RAH）和DELTA两个功能参数互相配合，即可实现GHS的自动压载功能。 LOAD DELTA 表示让GHS自动调整指定舱室的压载，使箱涵能在预先指定的吃水情况下，保证箱涵的重量（包括自重和压载水重量）和排水量相等。
LOAD RAT（RAH）表示让GHS自动调整指定舱室的压载，使箱涵在预先指定纵倾（横倾）下，回复力矩为零。在使用LOAD RAT（RAH）命令的前提条件是箱涵的重量和排水量已经保持平衡。
以下命令即可实现通过调载箱涵中以名字B2开头，以及名字以B4开头的舱室，实现箱涵的基点吃水为11.7m，纵倾为0.
TRIM = 0
DRAFT @ 0 =11.7
FIX DRAFT
MACRO LL
LOAD (B2*) DELTA
LOAD (B4*) RAT
/
.LL (5)
VARY DRAFT
SOLVE
以上命令中的.LL(5) 表示重复运行LL这个宏命令5次，在有些情况下，如果重复运行次数太少，GHS会提示无法达到平衡状态，这时需要适当增加运行次数。但是要注意如果运行次数太多，会使得GHS计算时间变得很长，影响效率。同使用Load editor一样，GHS的自动调载功能也只适用于在初步的粗调完成后，进行的个别舱室微调。
3、结语
隧道工程中使用GHS软件来来计算箱涵拖航、沉放过程中的浮态稳性，不仅可以极大提高工作效率，减少误差，并保证计算的正确性，同时在进行压载水箱的优化，沉放压载设计中也有很大的优势。此次GHS软件在“香港湾仔填海06标II期-中环-湾仔跨荃湾地铁支线工程”中的应用也可以为类似工程提供实践经验。
参考文献
[1] Salvage Procedures using GHS, London Offshore Consultants Pte Ltd;
[2] GHS Helps, London Offshore Consultants Pte Ltd.
[3] Rhinoceros Helps， Robert McNeel& Associates 2006.
论文作者:胡敏
论文发表刊物:《基层建设》2017年第9期
论文发表时间:2017/7/24
标签：舱室论文; 湾仔论文; 工程论文; 命令论文; 水箱论文; 隧道论文; 软件论文; 《基层建设》2017年第9期论文;