滾裝碼頭護舷布置與優(yōu)化

楊玉勤

（中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，湖北武漢 430071）

引言

滾裝是一種在碼頭接岸設(shè)施與船舶之間通過其自身的車輪或其他滾動系統(tǒng)進行裝卸的裝卸作業(yè)方式[1]，以滾裝方式直接進行貨物裝卸的通道開口的船舶稱之為滾裝船，亦稱“滾上滾下”或“開上開下”船，滾裝船在我國煙大航線、瓊州海峽航線等多有運營。

為粵海兩省經(jīng)濟與交通發(fā)展需求，匹配瓊州海峽南岸海南省?？诟坌潞８蹍^(qū)客貨滾裝碼頭的建設(shè)，提高海峽運輸?shù)陌踩珷I運水平和運輸能力，在北距海南島僅18 海里的湛江徐聞港新建客貨滾裝碼頭，打造一條與?？谛潞８蹍^(qū)協(xié)調(diào)發(fā)展、相互對接、海上里程最短的精品過海航線。

該客貨滾裝航線客滾船具有吃水淺，船身高大、線形平直，尾部采用方尾并設(shè)有跳板，船兩側(cè)設(shè)置有保護船體的水平縱向凸起大筋（護舷材），與普通貨運碼頭船頭斜向靠泊不同，采用船艉正向丁靠的方式靠泊等鮮明特點。針對該船型特點，本文以湛江港徐聞港區(qū)南山作業(yè)區(qū)客貨滾裝碼工程0#泊位為例，研究了滾裝船靠泊特點，提出了滾裝碼頭護舷的布置與選型、碼頭結(jié)構(gòu)技術(shù)改進等解決方案。

1 工程概況

示例工程位于雷州半島南端，緊鄰粵海鐵路輪渡碼頭北港東側(cè)，共建設(shè)16 個5 000 GT 客貨滾裝泊位和1 個5 000 GT 危險品專用滾裝泊位(結(jié)構(gòu)均按靠泊10 000 GT 客貨滾裝船預(yù)留)及配套設(shè)施。危險品泊位（0#泊位）布置于防波堤拐角處內(nèi)側(cè)，距堤頭約500 m，設(shè)有側(cè)靠輔助平臺及接岸設(shè)施，船舶采用以船艉正向丁靠為主、側(cè)靠為輔的方式系泊。丁靠直立接岸設(shè)施為高樁墩式結(jié)構(gòu)，前沿布設(shè)固定斜坡道供船艉直跳板搭接形成車輛上下船通道完成滾裝裝卸作業(yè)，側(cè)靠輔助靠泊平臺平行于防波堤軸線順岸布置，為高樁梁板式結(jié)構(gòu)，主要功能供船舶檢修及上下設(shè)備及靠泊導(dǎo)向，丁靠接岸設(shè)施突出于輔助靠泊平臺前沿線之外，兩者相互垂直平面布局呈“L”型。

2 設(shè)計基礎(chǔ)資料

10 000 GT 客貨滾裝船主尺度：船長×船寬×型深×滿載吃水=127 m×20.6 m×6.5 m×4.3 m。

5 000 GT 客貨滾裝船主尺度：船長×船寬×型深×滿載吃水=94 m×17.6 m×5.9 m×3.79 m。

設(shè)計高水位（高潮累積率10 %）2.56 m；設(shè)計低水位（低潮累積率90 %）0.55 m；極端高水位（50年一遇）3.88 m；極端低水位（50 年一遇）-0.37 m。

設(shè)計水流流速0.4 m/s。

表1 碼頭前沿波浪要素（50 年一遇）

3 滾裝船船型特點

3.1 舷側(cè)凸起大筋

往來于瓊州海峽兩岸的客貨滾裝船船體外側(cè)設(shè)有凸出的大筋（鋼質(zhì)護舷材），易對護舷產(chǎn)生豎向剪切破壞，且靠泊時易對護舷產(chǎn)生縱向剪切，造成碼頭前沿護輪坎混凝土拉裂破損及護舷破壞。大筋一般每側(cè)船體各兩道，對應(yīng)于車輛甲板（干舷甲板）和旅客甲板位置各布設(shè)一道，上下間距約6 m，長度縱貫全船長，有些船在兩層甲板中間3 m 位置增設(shè)一道。

圖1 設(shè)有大筋的滾裝船示意

3.2 側(cè)靠+直跳板正向艉靠

圖2 危險品泊位靠泊示意

危險品滾裝泊位設(shè)有接岸段固定斜坡道，由于滾裝船具有優(yōu)越的回轉(zhuǎn)性能，船舶可在自身車、舵、側(cè)推器操縱下實現(xiàn)安全靠離泊。船到達港池之前，船速放緩，船艉向前低速行進，先橫向駛近輔助靠泊平臺，平行側(cè)靠至輔助平臺，停車后緩慢地沿泊位縱向移動，船艉丁靠至接岸設(shè)施，停穩(wěn)后船艉跳板放下，搭接至接岸坡道[2]，危險品車輛上下船由跳板搭接，從單獨通道上下船，完成滾裝作業(yè)。

3.3 船體高度高

滾裝船往往有多層甲板，船身高大。以10 000 GT滾裝船為例，根據(jù)往來于瓊州海峽兩岸的實船資料，船體型深（船底至上甲板即車輛甲板）約6～6.5 m（其中干舷高2～2.2 m），大筋之間的平直段（車輛甲板至旅客甲板）高約6 m，旅客甲板至上層建筑（船員甲板、駕駛甲板、羅經(jīng)甲板等）高約8～10 m。高大的船身意味著高潮位或空載時除了通過適時壓艙水調(diào)整其吃水以滿足跳板裝卸坡度要求，碼頭結(jié)構(gòu)也應(yīng)有相應(yīng)支撐防護措施。

4 撞擊能量計算

4.1 船舶靠岸撞擊能量

按設(shè)計船型滿載排水量及最大法向允許靠船速度計算船舶撞擊能量，根據(jù)《滾裝碼頭設(shè)計規(guī)范》（JTS165-8-2008）[1]，船舶靠泊能量按下列公式計算：

式中：

E0為船舶靠岸時的有效撞擊能量(kJ)；

ρ為有效動能系數(shù)，自航側(cè)靠時按0.8（1+2T/B）計算，其中T為滿載吃水，B為型寬；

M為船舶質(zhì)量(t)，根據(jù)目前實船最大滿載排水量8 410 t，考慮一定富余，按10 000 t 計算；

V為船舶靠岸法向速度(m/s)，港口工程荷載規(guī)范[3]中有掩護條件下10 000 GT 滾裝船對應(yīng)的法向靠泊速度上限為0.15 m/s，規(guī)范[1]在此基礎(chǔ)上作了適當提高，在無拖輪輔助自行靠岸情況下取0.2 m/s。

本項目滾裝船為自航側(cè)靠+丁靠方式進行靠泊，丁靠時船舶已基本停穩(wěn)且船與丁靠接岸結(jié)構(gòu)之間通過架空跳板連接，未直接接觸，故船舶有效動能系數(shù)按由側(cè)靠平臺完全吸收計算。經(jīng)計算，10 000 GT滾裝船有效動能系數(shù)為1.13，對應(yīng)靠岸有效撞擊能量為227 kJ。

4.2 系泊船舶在波浪作用下的有效撞擊能量

橫浪作用下系泊船舶有效撞擊能量，根據(jù)高低水位對應(yīng)波要素，按荷載規(guī)范公式對滿載、壓載工況分別進行計算，本港區(qū)波浪要素不是主要因素，非控制工況，在此對計算過程不再贅述。經(jīng)過測算，波浪作用下有效撞擊能量為22 kJ。

5 護舷選型布置與優(yōu)化

5.1 護舷選型

按照護舷吸能滿足船舶有效撞擊能量227 kJ的要求，在錐形護舷與當?shù)赝惔a頭常用的DA 型護舷中進行選擇。由于碼頭平臺寬度僅15 m，橫向剛度相對不強，在條件允許的情況下宜盡量減少碼頭橫向水平力，故僅在低反力型護舷中進行比選，兩者性能參數(shù)對比如表2。

表2 護舷性能參數(shù)對比

考慮到錐形護舷吸能量高、反力小及靠泊角度≤10°時吸能性能幾乎不變的優(yōu)勢，優(yōu)先選擇錐形橡膠護舷。采用一錐一板，在護舷前端設(shè)置防沖板，減少作用于船舶的面壓力，同時防沖板面安裝有塑料貼面板，摩擦系數(shù)小，有效降低了船舶靠泊剪切力。經(jīng)市場詢價，上述兩種護舷（均帶防沖板及配件）價格相差不大。經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較，確定選用錐形CF900 低反力型一錐一板橡膠護舷，在吸能相當?shù)那闆r下，其反力僅為拱形護舷的72 %左右，對于受船舶荷載影響較大的高樁碼頭而言是極有利的。

5.2 護舷水平間距

根據(jù)碼頭附屬設(shè)施規(guī)范[4]，碼頭最大護舷水平間距S按下述兩式計算：

式中：RB、B、L分別為船艏曲率半徑、船寬、船長；h為壓縮時護舷中心線處護舷突起高度；C為船舶與碼頭間距，一般取5 %～15 %未受壓的含防沖板厚度的護舷高度。

護舷水平間距S尚應(yīng)滿足S≤0.15L的要求，L為船長，且取上述公式計算值中的小值[5]。

按上述公式（2）、（3），根據(jù)本項目船型尺度及護舷選型等計算，5 000 GT 及10 000 GT 客貨滾裝船最大護舷水平間距分別為12.25 m 及14.36 m。

考慮到規(guī)范公式基于靠泊時船體與碼頭前沿線有一靠泊角度，斜向靠泊碼頭時船艏曲線段先接觸碼頭，當護舷水平間距過大時，船舶在靠泊角度斜向靠泊碼頭過程中易與碼頭前沿岸壁發(fā)生碰撞，由此所作規(guī)定。而本項目滾裝船為方形船艉推進式靠泊，且船舶正?？坎醋鳂I(yè)時船舶縱軸線與輔助靠泊平臺基本平行，不會發(fā)生斜向駛靠撞擊力的作用，此時可不需滿足上述規(guī)范[4]公式的要求，故而本項目護舷水平間距按不大于0.15L并結(jié)合排架間距取14 m。

5.3 護舷布置

1）護舷高低錯落布置

通常為了適應(yīng)水（潮）位差，護舷豎向布置范圍要充分考慮水（潮）位變化，從上至下連續(xù)布置護舷，根據(jù)本工程水位差及靠泊船舶船型尺度，選擇兩錐一板護舷比較穩(wěn)妥。為充分保護輔助平臺岸壁結(jié)構(gòu)，按照最大實船最小實船吃水干舷情況，上下錯落布置一鼓一板護舷，這樣做的好處是更好適應(yīng)潮差，無論高潮位還是低潮位都能滿足安全靠泊要求，同時減少了一半護舷用量大大節(jié)省了工程費用。護舷的頂高程離碼頭頂面的高度宜小于護舷壓縮后的高度，護舷的底高程按低于設(shè)計低水位加最小設(shè)計船型的干舷高度[5]。護舷的頂高程按滿足高于高水位設(shè)計最大船型干舷的要求，在碼頭面上增設(shè)豎向現(xiàn)澆鋼筋砼靠船立柱[6]，靠船構(gòu)件高出碼頭面1 m，其上布置護舷及防沖板，由此加大了橡膠護舷防護范圍，既可避免船舶系靠泊時碼頭前沿岸壁受損，對于滾裝船亦有較好的保護作用。

圖3 護舷錯落布置

2）橫梁凸出于碼頭前沿線

錐形護舷由于吸能變形較一般護舷大，船舶靠泊時護舷壓縮至設(shè)計變形70 %時，船體至碼頭結(jié)構(gòu)之間過小的凈距將給碼頭及船體結(jié)構(gòu)帶來被破壞的風(fēng)險[7]，滾裝船舷側(cè)大筋外突船體寬度450 mm，同時設(shè)計將橫梁前端突出于碼頭前沿線300 mm，無論對于船體結(jié)構(gòu)還是碼頭結(jié)構(gòu)本身均具有雙重保護作用。

3）接岸設(shè)施防護

接岸設(shè)施即實際的滾裝作業(yè)平臺，滾裝船正常丁靠靠岸時，船艉與接岸設(shè)施之間由長8～9 m 艉跳板搭接，船艉不會接觸到接岸設(shè)施，船艉端部接岸設(shè)施無需承擔(dān)船舶能量，船舶動能全部由側(cè)向輔助平臺護舷吸收?？紤]到結(jié)構(gòu)安全和防止船舶操作不當、船速過快等意外發(fā)生，在接岸結(jié)構(gòu)臨水側(cè)前沿設(shè)置TD-B500HL1500 橡膠護舷進行防護。

6 結(jié)語

滾裝碼頭由于靠泊速度較大，宜采用高吸能低反力型護舷，錐形護舷具有與之匹配的良好性能優(yōu)勢，推薦優(yōu)先考慮選用錐形護舷。

對于帶輔助平臺的丁靠滾裝碼頭，平臺立面護舷采用高低錯落布置，滿足不同水位不同船型的吸能要求，具有較好的適應(yīng)性。

設(shè)置突出碼頭面的靠船立柱，可有效解決滾裝船靠系泊時其高大的船身及凸出的大筋易損壞碼頭及設(shè)施的問題。若非工程費用及平臺結(jié)構(gòu)受力的限制，靠船立柱高度越高防護效果越好。