某海港碼頭進(jìn)港航道尺度確定

摘要：珠海某石化碼頭因企業(yè)發(fā)展需要，碼頭需進(jìn)行加固改造，與碼頭配套的航道也需相應(yīng)浚深拓寬。本文根據(jù)改造后的設(shè)

計(jì)代表船型，通過(guò)規(guī)范公式和經(jīng)驗(yàn)公式的計(jì)算初定航道尺度，再結(jié)合船模試驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，最終確定航道尺度。

關(guān)鍵詞：航道尺度 轉(zhuǎn)彎半徑 加寬

近年來(lái)，隨著國(guó)際、國(guó)內(nèi)船舶制造業(yè)的快速發(fā)展，船舶載重噸級(jí)日趨大型化，大型海輪?？扛劭谶M(jìn)行裝卸作業(yè)已經(jīng)非常普遍。中化珠海石化公用碼頭位于高欄港區(qū)南逕灣作業(yè)區(qū)，其南側(cè)泊位原設(shè)計(jì)最大靠泊船型為80000DWT船舶。根據(jù)業(yè)主提供的資料，近幾年來(lái)，格力石化碼頭實(shí)際到港船型中就有超過(guò)80000DWT的船舶。自正式投產(chǎn)以來(lái)，本碼頭共安全靠泊多艘次大輪，而且到港大型船舶艘次在逐年增加，為適應(yīng)較大船型的安全靠泊要求，現(xiàn)擬將南側(cè)8萬(wàn)噸級(jí)泊位改造為15萬(wàn)噸級(jí)泊位，與碼頭配套的進(jìn)港支航道也需浚深拓寬。

航道概況

工程所處的高欄港現(xiàn)有一條人工開(kāi)挖主航道及通向各港區(qū)的支航道若干條。目前主航道口門(mén)至南逕灣港區(qū)支航道段航道設(shè)計(jì)海底高程為-15.7m（當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵?，下同），航道底?50m，航道軸線(xiàn)走向350°～170°，可滿(mǎn)足8萬(wàn)噸級(jí)油船單向滿(mǎn)載乘潮通航需要。根據(jù)高欄港區(qū)航道規(guī)劃，主航道起點(diǎn)至華聯(lián)支航道區(qū)間按滿(mǎn)足15萬(wàn)噸級(jí)油船通航要求設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)底寬為290m，設(shè)計(jì)底標(biāo)高-19.0m。15萬(wàn)噸級(jí)主航道計(jì)劃2014年內(nèi)完工。

從高欄港主航道至南逕灣港區(qū)華聯(lián)碼頭辟有一條支航道，支航道現(xiàn)狀：長(zhǎng)1.6km，底寬201m，航道底標(biāo)高-13.5m，航道軸線(xiàn)走向20°～200°。支航道與主航道軸線(xiàn)夾角為30°。

轉(zhuǎn)彎段航道尺度計(jì)算

南側(cè)泊位改造后設(shè)計(jì)代表船型為150000DWT油船，其船型尺度為274m×50.0m×24.2m×17.1m（總長(zhǎng)×型寬×型深×滿(mǎn)載吃水）。本工程支航道通航密度甚小，按單向航道進(jìn)行設(shè)計(jì)。單向航道航寬和航道設(shè)計(jì)水深均采用《海港總平面設(shè)計(jì)規(guī)范》中公式計(jì)算。

單向航道寬度：W=A+2C=n（Lsinγ+B）+2C

航道設(shè)計(jì)水深： D= D0+Z4=T+Z0+Z1+Z2+Z3+Z4

船舶在支航道行駛時(shí)風(fēng)流壓偏角按7°，航速按小于6節(jié)考慮，計(jì)算出單向航道寬度為241m，航道設(shè)計(jì)水深為19.43m，航道底標(biāo)高-18.00m（當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵妫?/p>

因進(jìn)港支航道與港區(qū)主航道軸線(xiàn)夾角為30°，為保證船舶安全轉(zhuǎn)向，船舶從主航道轉(zhuǎn)向支航道行駛時(shí)，其轉(zhuǎn)彎半徑和彎道段航寬需合理確定，以下重點(diǎn)分析兩者的確定方法。

1、轉(zhuǎn)彎半徑

海港總平面設(shè)計(jì)規(guī)范（JTJ211-99）規(guī)定，航道轉(zhuǎn)彎半徑R應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)向角φ和設(shè)計(jì)船長(zhǎng)確定：10°<φ≤30°，R=（3～5）L； φ>30°，R=（5～10）L。美國(guó)和日本等大多數(shù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)一般要求以φ≤30°為宜，Rmin=3L；超過(guò)30°時(shí)，Rmax=12L。國(guó)內(nèi)楊桂樨提出的海港航道轉(zhuǎn)彎半徑R的經(jīng)驗(yàn)公式為：

，式中：R為航道轉(zhuǎn)彎半徑（m），K0為航道掩護(hù)程度，有掩護(hù)航道為1.0，無(wú)掩護(hù)航道為1.2；VS為最大船舶航速（m/s），以小于4m/s為宜，計(jì)算時(shí)不考慮單位；LPP為最大船舶兩柱間長(zhǎng)度（m），一般可按LPP=（0.94～0.97）Lo，T為最大船舶滿(mǎn)載吃水（m）；D0為航道轉(zhuǎn)彎段設(shè)計(jì)水深（m）； φ為航道轉(zhuǎn)向角度（°）。

根據(jù)表1計(jì)算結(jié)果，支航道轉(zhuǎn)彎半徑暫按5倍船長(zhǎng)考慮。

2、轉(zhuǎn)彎段拓寬要求

航道轉(zhuǎn)彎段寬度在直線(xiàn)段航道航寬的基礎(chǔ)上需考慮一個(gè)拓寬值ΔW。海港總平面設(shè)計(jì)規(guī)范（JTJ211-99）規(guī)定：當(dāng)10°<φ≤30°，轉(zhuǎn)彎處宜采用切角法加寬，當(dāng)水域狹窄，切角困難時(shí)，經(jīng)論證可采用折線(xiàn)切割法加寬； φ>30°，可采用折線(xiàn)切割法加寬。海港工程設(shè)計(jì)手冊(cè)建議當(dāng)φ>25°時(shí)，ΔW> ；φ≤25°時(shí)，ΔW≤ 。國(guó)內(nèi)楊桂樨⑵提出的航道轉(zhuǎn)彎拓寬ΔW的經(jīng)驗(yàn)公式為：

式中：R為航道轉(zhuǎn)彎半徑（m），為航道掩護(hù)程度，有掩護(hù)航道為1.0，無(wú)掩護(hù)航道為1.2； LPP為最大船舶兩柱間長(zhǎng)度（m），一般可按LPP=（0.94～0.97）L0，詳細(xì)可按日本規(guī)范推薦的公式計(jì)算，T為最大船舶滿(mǎn)載吃水（m）；D0為航道轉(zhuǎn)彎段設(shè)計(jì)水深（m）； φ為航道轉(zhuǎn)向角度（°）。

由表2兩種公式計(jì)算結(jié)果可知，經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算值偏小，以手冊(cè)公式結(jié)果來(lái)進(jìn)行判斷，則加寬后的航道寬度應(yīng)大于275.25m。本工程φ=30°，采用切角法加寬后，轉(zhuǎn)彎段航道最小寬度為303m，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)手冊(cè)要求。

船模試驗(yàn)

進(jìn)港航道內(nèi)單向通航模擬試驗(yàn)選取自然條件分別為漲、落潮平均流速滿(mǎn)載進(jìn)、出港、風(fēng)速選取6級(jí)、風(fēng)向?yàn)樽畈焕麢M風(fēng)的條件組合，進(jìn)出港試驗(yàn)的主航道航速為6～8節(jié)，支航道的航速為4～5節(jié)。漲潮、風(fēng)向045°、風(fēng)力6級(jí)為最不利組合，最不利組合情況下（進(jìn)港航跡帶見(jiàn)圖1）。

模擬試驗(yàn)表明：15萬(wàn)噸級(jí)油輪進(jìn)出港單向通航的航跡帶寬度為110m，15萬(wàn)噸級(jí)油輪進(jìn)出港單向通航支航道所需單向航道寬度為210m，本工程支航道設(shè)計(jì)寬度241m，進(jìn)出港航道寬度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)代表船型進(jìn)出港單向通航航道寬度的要求。

模擬操作過(guò)程表明，15萬(wàn)噸級(jí)油船進(jìn)出港由主航道轉(zhuǎn)入支航道及由支航道轉(zhuǎn)入港池水域，需要較高的操船水平，存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，船舶在支航道受風(fēng)流影響漂移較大，船位容易偏向西北側(cè)，船舶在支航道的船位距離航道邊界最近的距離僅為20m，特別是防波堤堤頭的流場(chǎng)突變的特點(diǎn)，使該段的船舶操作較困難。為保障15萬(wàn)噸級(jí)油船安全順利通過(guò)支航道，經(jīng)與當(dāng)?shù)匾絾T共同反復(fù)操作試驗(yàn)，建議對(duì)支航道及與主航道、港池水域銜接段進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使支航道與港池銜接段成喇叭口形態(tài)，擴(kuò)大港池操作水域。

航道尺度優(yōu)化

根據(jù)已開(kāi)挖航道測(cè)量資料比較，支航道開(kāi)挖后年回淤厚度為0.6～1.22m，維護(hù)性疏浚量很大，從工程改造經(jīng)濟(jì)角度分析，結(jié)合主航道規(guī)劃，南側(cè)泊位改造后支航道暫按底標(biāo)高-14.5m進(jìn)行維護(hù)，對(duì)應(yīng)的航道設(shè)計(jì)水深為15.93m。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)彎半徑，見(jiàn)表3。

根據(jù)表3計(jì)算結(jié)果并結(jié)合船模試驗(yàn)結(jié)論，最終確定轉(zhuǎn)彎段航道轉(zhuǎn)彎半徑取8L即2192m，轉(zhuǎn)彎段仍采用切角法加寬。

優(yōu)化后的支航道及與主航道連接段見(jiàn)圖3，支航道與港池銜接段見(jiàn)圖4，圖中斜線(xiàn)區(qū)域?yàn)閮?yōu)化后增加的可航行水域。

結(jié)語(yǔ)

優(yōu)化后的航道尺度可滿(mǎn)足本工程15萬(wàn)噸級(jí)油輪的航行需要，由于工程區(qū)域淤?gòu)?qiáng)較大，建議加強(qiáng)對(duì)航道回淤特別是轉(zhuǎn)彎段回淤的監(jiān)測(cè)，及時(shí)維護(hù)以保障通航水深滿(mǎn)足通航要求。

（作者單位：中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司）