關(guān)于墩式布置開敞式泊位降等級(jí)靠泊的探究

周 佳，趙 洋

（中交天津港灣工程設(shè)計(jì)院有限公司 大連分公司，大連 116001）

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關(guān)于墩式布置開敞式泊位降等級(jí)靠泊的探究

周 佳，趙 洋

（中交天津港灣工程設(shè)計(jì)院有限公司 大連分公司，大連 116001）

以某港區(qū)開敞式油碼頭為例，從碼頭平面尺度、附屬設(shè)施以及主要工藝設(shè)備的布置等方面進(jìn)行詳細(xì)分析論證，當(dāng)碼頭布置標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)歷了規(guī)范變更的條件下，對(duì)比英國BS6349規(guī)范，總結(jié)影響開敞式碼頭兼靠低噸級(jí)船舶的安全可行性的主要因素及相應(yīng)改造方案。

靠泊安全；低噸級(jí)；開敞式碼頭；平面布置；裝卸工藝

引 言

為了增加泊位的利用率，近年來大等級(jí)泊位兼靠低噸級(jí)船型的情況越來越多，對(duì)于新建工程，可以從最初的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上等彌補(bǔ)平面尺度的局限性。但對(duì)于已建成工程，尤其是墩式布置的油品碼頭，其靠船墩、系纜墩的間距都是按照原設(shè)計(jì)船型布置的，需要靠泊小型船舶時(shí)，需要重新對(duì)碼頭結(jié)構(gòu)布置、護(hù)舷布置等進(jìn)行論證，以保證靠泊船舶在各種工況下安全使用。對(duì)已建成的大型開敞式油碼頭設(shè)計(jì)，基本上是按照已廢止的《開敞式碼頭設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)程》（JTT295-2000）執(zhí)行，本文依據(jù)現(xiàn)行《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTS 165-2013），通過與英國標(biāo)準(zhǔn)“BS6349”的比較，從工程實(shí)例角度出發(fā)，探討已建成的大型開敞式油碼頭在水域主尺度、碼頭附屬設(shè)施及裝卸工藝方面兼靠低噸級(jí)船舶的可行性。

本文選取的碼頭案例是已建成的建設(shè)規(guī)模為30 000 t級(jí)成品油泊位（兼顧50 000 t級(jí)船舶?？浚M靠泊20 000 t級(jí)或更小的船舶，主要船型尺度見表1。

表1　主要船型尺度

碼頭泊位長 346.5 m，碼頭設(shè)計(jì)頂高程為9.0 m，碼頭前沿設(shè)計(jì)底高程為-13.8 m。采用的設(shè)計(jì)高水位為4.06 m，設(shè)計(jì)低水位為0.54 m。

碼頭結(jié)構(gòu)為重力墩式結(jié)構(gòu)，包括裝油平臺(tái)、靠船墩、系纜墩、轉(zhuǎn)向平臺(tái)和各墩間的連接鋼橋。工作平臺(tái)延碼頭軸線方向長38 m，寬度為35 m，頂高程9.0 m。靠船墩兩座，中心距為82 m。系纜墩共4座，間距為55～66 m。100T系船柱分別設(shè)置在工作平臺(tái)、靠船墩和系纜墩上。橡膠護(hù)舷為SUC2000H型鼓型橡膠護(hù)舷，布置于靠船墩上。

1 水域主尺度核算

1.1 碼頭長度

我國原規(guī)范認(rèn)為，蝶形布置碼頭泊位長度大致為1.4～1.5倍設(shè)計(jì)船長，同時(shí)考慮纜繩長度及系纜角度；現(xiàn)行《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTS 165-2013）中規(guī)定泊位長度Lb為1.1～1.3倍船長。

英國規(guī)范BS6349中認(rèn)為，由于油品碼頭泊位要求船舶停靠的位置要準(zhǔn)確，防止船舶在工作條件下漂移。通過優(yōu)化首尾纜的系泊方式可以得到最佳系纜效果。島式泊位為了獲得最大的橫向約束力，纜繩通常布置成盡可能與船的軸線接近直角，并盡可能保持一樣的長度［1］。

本碼頭泊位實(shí)際長度為346.5 m，無論是依據(jù)原有規(guī)范還是現(xiàn)行規(guī)范，當(dāng)本泊位靠泊 20 000 t級(jí)船舶時(shí)，其泊位長度都是滿足規(guī)范要求的。詳細(xì)計(jì)算見表2。

表2　泊位長度計(jì)算

1.2 碼頭靠船墩間距

碼頭靠船墩間距在《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTS 165-2013）中與原規(guī)范是一致的，碼頭兩個(gè)靠船墩中心間距可為設(shè)計(jì)船長的30 %～45 %。

英國規(guī)范［1］中，島式泊位的護(hù)舷布置可集中于兩點(diǎn)或更多的點(diǎn)，這取決于船型范圍?？梢栽谝粋€(gè)裝卸平臺(tái)內(nèi)以布局加強(qiáng)點(diǎn)的形式，或者是位于裝卸平臺(tái)附近的若干個(gè)獨(dú)立的靠船墩的形式。主要護(hù)舷的間距應(yīng)考慮到靠泊船舶的實(shí)際外形，且應(yīng)在0.3～0.4L這一范圍內(nèi)。若是連續(xù)布置的護(hù)舷，應(yīng)該在其順直段合理布置護(hù)舷間距，建議間距不超過0.15Ls（Ls為最小船的長度）。

依據(jù)我國規(guī)范計(jì)算的靠船墩中心距為：

2萬t級(jí)油船的靠船墩中心距=（30 %～45 %）L=49.2～73.8 m。

“明祥號(hào)”油船的靠船墩中心距=（30 %～45 %）L=45.2～67.8 m。

英國規(guī)范BS6349靠船墩中心距為：

2萬t級(jí)油船的靠船墩中心距=（30 %～40 %）L=49.2～65.6 m。

“明祥號(hào)”油船的靠船墩中心距=（30 %～40 %）L=45.18～60.24 m。

根據(jù)BS6349中的規(guī)定，護(hù)舷連續(xù)布置時(shí)，滿足2萬t級(jí)油船?？康淖o(hù)舷間距≤0.15L=24.6 m，滿足“明祥號(hào)”油船?？康淖o(hù)舷間距≤0.15L=22.59 m。

已建靠船墩間距較大，間距為82 m，滿足原3萬t級(jí)油船的靠泊，但其較嚴(yán)格的尺寸邊界范圍，很難滿足較小船型的靠船墩尺度的要求。面對(duì)這樣的問題，建議把工作平臺(tái)作為船舶撞擊力的受力結(jié)構(gòu)主體，按照橡膠護(hù)舷順岸布置的方式減小大型護(hù)舷的間距。這樣，可以使較小船舶不受靠船墩水平間距的約束，當(dāng)然還需對(duì)工作平臺(tái)受力進(jìn)行核算。

1.3 碼頭系纜墩布置

根據(jù)《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTS 165-2013）系纜墩的布置應(yīng)該滿足纜繩長度和系纜角度的要求。

表3　系纜角度和纜繩長度

這與原規(guī)范中存在較大差異。我國的新規(guī)范增加大了首尾纜的水平角度及減小了纜繩的尺度，倒纜的水平角度取消了小于30°的限制，認(rèn)為原規(guī)范中首尾纜不能起到有效的約束，受力不均的現(xiàn)象十分明顯，導(dǎo)致纜繩容易斷裂。英國BS6349中認(rèn)為一個(gè)高效率的島式油船泊位系泊系統(tǒng)首尾纜及橫纜的最佳水平角度為75°，纜繩的最佳纜繩長度為35～50 m。

20 000 t級(jí)油船和“明祥號(hào)”的系纜角度、纜繩長度如表4、表5。系纜布置示意見圖1、圖2。

表4　2萬t級(jí)系纜角度和纜繩長度

表5　“明祥號(hào)”系纜角度和纜繩長度統(tǒng)計(jì)

圖1　20 000 t級(jí)系纜布置示意

圖2　“明祥號(hào)”郵輪系纜布置示意

從布置的結(jié)果可以看出，由于新舊規(guī)范存在較大的差異，加上開敞式碼頭系船柱較遠(yuǎn)的系纜模式，不僅使較小船舶在碼頭系泊適應(yīng)能力方面較差，而且對(duì)原設(shè)計(jì)船型的系泊約束受力也變得不明確。這樣需要通過對(duì)具體船舶纜繩的受力詳細(xì)分析，論證系泊系統(tǒng)是否達(dá)到船舶的作業(yè)要求，建議采用Optimoor數(shù)模的進(jìn)行計(jì)算。后期也可以通過增加系纜墩、減小系船柱間距的方法，來提高碼頭對(duì)不同船型的適應(yīng)能力。

1.4 碼頭頂面高程

按照我國新規(guī)范的規(guī)定，碼頭頂高程應(yīng)滿足碼頭上水控制標(biāo)準(zhǔn)和上部結(jié)構(gòu)受力控制的要求［2］?；緲?biāo)準(zhǔn)組合情況的高程=4.06+（1.0～2.0）= 5.06～6.06 m。復(fù)核標(biāo)準(zhǔn)組合情況下的高程=5.16+ （0～0.5）=5.16～5.66 m。按照受力要求，碼頭頂高程計(jì)算結(jié)果為8.66～9.66 m。實(shí)際碼頭工作平臺(tái)頂高程為9.0 m。按照新標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的碼頭工作平臺(tái)高程，基本均能滿足此要求，但其較高的工作平臺(tái)面高程是否能適應(yīng)輸油臂的作業(yè)范圍變化，需要進(jìn)一步論證。

1.5 其它水域主尺度

碼頭前沿設(shè)計(jì)水深、停泊水域尺度、港池及回旋水域也是碼頭水域主尺度的重要組成部分，與船型尺度的有很大的關(guān)系，其計(jì)算結(jié)果均隨著船型尺度的增大而增加。故在論證較小船型在這些尺度的適應(yīng)能力方面，均滿足要求。

2 碼頭附屬設(shè)施核算

2.1 橡膠護(hù)舷型號(hào)評(píng)估

20 000 t級(jí)油船靠岸法向速度取0.3 m/s，經(jīng)計(jì)算，20 000 t級(jí)油船擠靠力為406.05 kN，船舶靠岸時(shí)有效撞擊能量E0=990 kJ，船舶橫浪作用下的有效撞擊能量Ew=640.38 kJ。

目前碼頭選用的SUC2000H型兩鼓一板橡膠護(hù)舷位于靠船墩上。SUC2000H型標(biāo)準(zhǔn)反力型設(shè)計(jì)壓縮變形52.5 %的橡膠護(hù)舷，反力為1 780 kN，吸能量為1 563 kJ?？梢詽M足20 000 t級(jí)油船的安全靠泊需求。在工作平臺(tái)上增加的橡膠護(hù)舷型號(hào)應(yīng)選用相同的SUC2000H型標(biāo)準(zhǔn)反力護(hù)舷，以避免不同型號(hào)護(hù)舷變形不同而產(chǎn)生不均勻反力。

2.2 橡膠護(hù)舷在垂直方向上的安裝位置評(píng)估

靠船墩上的護(hù)舷在垂直方向的位置是否合適，主要考慮在最不利情況下，即設(shè)計(jì)低水位時(shí)船舶滿載吃水情況下，油船的干舷是否能與護(hù)舷有效接觸。

對(duì)于SUC2000H護(hù)舷：20 000 t級(jí)油船在滿載時(shí)，干舷高度為3.4 m。護(hù)舷的中心高程為4.0 m。此時(shí)，干舷頂高程=設(shè)計(jì)低水位+干舷高度= 0.54+3.4=3.94 m＜護(hù)舷的中心高程4.0 m［3］。

圖3　20 000 t級(jí)油船干舷位置示意

如圖3中顯示，在設(shè)計(jì)低水位時(shí)，干舷可以碰到貼面板，但未達(dá)到護(hù)舷中心高程，會(huì)造成護(hù)舷受力不均勻?？梢钥紤]通過控制干舷高度提高對(duì)原橡膠護(hù)舷豎向布置的適應(yīng)能力，既當(dāng)設(shè)計(jì)低水位時(shí)減少船舶壓載，不在滿載狀態(tài)下?？康姆绞?，可以滿足護(hù)舷對(duì)船舶及碼頭結(jié)構(gòu)的有效保護(hù)。

2.3 橡膠護(hù)舷在水平方向上的安裝位置評(píng)估

護(hù)舷在水平位置上布置，應(yīng)該考慮的因素有船舶的類型和船體形狀，船舶系泊后，船邊與泊位前沿線之間距離的可接受限度與輸油臂的外伸臂有關(guān)。不同的靠泊模式（順岸及島式）對(duì)橡膠護(hù)舷的在水平方向上的間距要求也不同。根據(jù)本工程實(shí)際需求，通過2.2節(jié)的論證，需要在工作平臺(tái)上增加相應(yīng)型號(hào)的護(hù)舷，提高對(duì)不同船型適應(yīng)性的要求。

2.4 系船柱

20 000 t級(jí)油船系纜力標(biāo)準(zhǔn)值為484.73 kN，按規(guī)范［4］，需要配置550 kN及以上的系船柱即可。目前碼頭采用1 000 kN系船柱，可以滿足20 000 t級(jí)油船系纜的要求。

3 工藝設(shè)備評(píng)估

3.1 登船梯復(fù)核

登船梯的高度與船舶干舷高度有關(guān)?，F(xiàn)有登船梯滿足50 000 DWT級(jí)油船高潮空載（甲板高程為19.16 m，登船梯能達(dá)到的上極限）、30 000 DWT級(jí)油船低潮滿載（甲板高程為4.54 m，登船梯能達(dá)到的下極限）時(shí)的登船要求。對(duì)20 000 DWT級(jí)油船，現(xiàn)有登船梯可以滿足船舶高潮空載（甲板高程為15.4 m，在登船梯能達(dá)到的上下極限范圍內(nèi)）時(shí)的登船要求，無法滿足船舶低潮滿載（甲板高程為3.94 m，在登船梯能達(dá)到的上下極限范圍之外）的登船要求。故現(xiàn)有登船梯是有一定的適應(yīng)性的。

3.2 輸油臂復(fù)核

輸油臂尺度也是碼頭降等級(jí)船舶靠泊的重要核算指標(biāo)?，F(xiàn)有輸油臂滿足50 000 DWT級(jí)船舶高潮空載、30 000 DWT級(jí)船舶低潮滿載（甲板高程在 4.54～19.16 m范圍內(nèi)）的裝卸船要求。對(duì)20 000 DWT級(jí)油船，現(xiàn)有輸油臂可以滿足船舶高潮空載（甲板高程為15.4 m，在輸油臂的包絡(luò)范圍內(nèi)）時(shí)的裝卸船要求，但當(dāng)船舶低潮滿載，干舷高程為3.94 m時(shí)，在輸油臂的包絡(luò)范圍無法達(dá)到，此時(shí)油船的裝卸船無法滿足要求。

4 結(jié) 論

通過對(duì)泊位主尺度及工藝布置的研究，以

20 000 t級(jí)油船及實(shí)際靠泊船型靠泊的安全復(fù)核為例，可以看出，影響墩式布置開敞式碼頭兼靠低噸級(jí)船舶的主要因素有靠船墩間距，系纜墩的布置，橡膠護(hù)舷的布置，裝卸工藝的布置這幾個(gè)方面。在靠船墩及系攬墩適應(yīng)性上，主要問題在于開敞式碼頭原設(shè)計(jì)船型單一，大尺度護(hù)舷及系船柱的間距過大，可通過減小其間距的方式，適應(yīng)較小船舶的兼靠問題。對(duì)于護(hù)舷、工藝的等豎向尺度，可以通過控制船舶壓載的方式增加干舷高度，滿足船舶的安全靠泊及作業(yè)的要求。

［1]BS 6349:Part 4: Code of practice for design of fendering and mooring systems［S］. 1994.

［2]JTS165-2013 海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3]王金鹿， 劉金嶺， 將勇. 冊(cè)子島原油碼頭底靠泊噸級(jí)油船的可行性［J］. 油氣儲(chǔ)運(yùn)， 2010， 29（1）.

［4]JTS144-1-2010 港口工程荷載規(guī)范［S］.

The Low-ton Ship Berthing Analysis of Open-sea Terminal

Zhou Jia，Zhao Yang
（Dalian Branch of Tianjin Port Engineering Design & Consulting Co.， Ltd. of CCCC First Harbor Engineering Co.， Ltd.， Dalian 116001， China）

Take a port open-sea oil terminal for example. The analysis of flat scale and vertical scale of dock， port facilities， and attached to the equipment have been made. By comparing with the BS6349 and the latest standard，summarize the main factors affecting the open-sea terminal and rehabilitation programs， which could be satisfied with low-ton ship berthing.

reliability berthing； low-ton ship； open-sea terminal； layout； port facility

U656.1+22

A

1004-9592（2016）03-0021-04

10.16403/j.cnki.ggjs20160306

2016-03-07

周佳（1982-），女，工程師，主要從事水運(yùn)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。