福建沿海某重件碼頭臨時靠泊化學(xué)大件運(yùn)輸船舶論證分析

■劉錦安 邢未平

（1.福建省港航勘察設(shè)計院有限公司，福州 350001；2.中國電建集團(tuán)中南勘測設(shè)計研究院有限公司，長沙 410014）

國亨化學(xué)丙烷脫氫及聚丙烯項目一期工程建設(shè)所需的反應(yīng)堆、冷卻塔等共計16 件大件設(shè)備，擬通過5 艘貨船海運(yùn)至福建沿海某重件碼頭，再通過滾卸的作業(yè)方式上岸。 本次運(yùn)輸?shù)拇蠹O(shè)備中單件最大重量近1144 t，現(xiàn)有的碼頭結(jié)構(gòu)是否能夠滿足大件運(yùn)輸船舶的靠泊和作業(yè)要求，亟需開展相關(guān)論證工作。

1 碼頭工程現(xiàn)狀

本次靠泊的碼頭為7000 t 級重件滾裝碼頭，其泊位長度為120 m，碼頭面頂高程為＋9.0 m（當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵?，下同），泊位中部布置有滾裝平臺，滾裝車道寬16 m，垂直岸線方向?qū)崪y坡比0.62%。 碼頭前沿停泊水域按丁靠布置，停泊水域?qū)?48 m，長84 m，設(shè)計底高程為－7.7 m；順岸靠泊時碼頭前沿停泊水域37 m 寬度范圍，設(shè)計底高程為－7.7 m。 回旋水域回旋圓直徑為310 m，回旋水域先期開挖至－4.0 m。 碼頭斷面圖如圖1 所示。

圖1 碼頭斷面圖

2 碼頭臨時靠泊安全性論證

本文以本次運(yùn)輸最重件——丙烷丙烯分離塔（重達(dá)1144 t） 通過大件運(yùn)輸船丁靠該碼頭后再滾卸上岸為例，從水域主尺度、碼頭結(jié)構(gòu)和附屬設(shè)施等方面逐一進(jìn)行論證分析。 大件運(yùn)輸船丁靠過程包括船舶進(jìn)入回旋水域后，開始調(diào)整船身，在拖輪的輔助下緩慢進(jìn)入港池，完成丁靠。

2.1 論證船型及運(yùn)輸設(shè)備

本次大件運(yùn)輸臨時靠泊船型“友建之星”相關(guān)規(guī)格參數(shù)如下：總長L 為119.0 m、船寬B 為23.8 m、型深H 為6.0 m、滿載吃水T 為4.35 m、滿載排水量9 395.4 t。 運(yùn)輸設(shè)備規(guī)格參數(shù)如下：貨物名稱：丙烷丙烯分離塔，重量1144 t，包裝尺寸DN 10 000×106 880 mm，接卸方式：滾卸。

2.2 泊位長度

根據(jù)《海港總體設(shè)計規(guī)范》[1]第5.5.7.1 條規(guī)定：丁靠布置時，單個泊位長度：

式（1）中：B 為滾裝船型寬（m）。因此，論證船型丁靠時所需泊位長度Lb=3×23.8=71.4 m， 而該碼頭滾裝平臺范圍前沿停泊水域長84 m，其泊位長度能滿足論證船型丁靠的靠泊要求。

2.3 停泊水域?qū)挾?/h3>

根據(jù)《海港總體設(shè)計規(guī)范》[1]第5.5.11 條規(guī)定：丁靠布置時，碼頭前沿停泊水域?qū)挾龋?/p>

式（2）中：L 為滾裝船總長（m）；Lt為艉或艏外端至碼頭接岸設(shè)施外端的長度（m）；B 為滾裝船型寬。 因此，論證船型丁靠時所需的停泊水域?qū)挾菳t=119+3+23.8=145.8 m， 而該碼頭滾裝平臺范圍前沿停泊水域?qū)?48 m 能夠滿足論證船型丁靠的靠泊要求。

2.4 碼頭前沿水深和底高程

根據(jù)《海港總體設(shè)計規(guī)范》[1]第5.4.12 條規(guī)定，碼頭前沿水深按下式計算：

式（3）中：D 為碼頭前沿設(shè)計水深（m）；T 為靠泊船型滿載吃水（m）；Z1為龍骨下最小富裕深度（m）；Z2為波浪富裕深度（m）；Z3為船舶因配載不均勻而增加的船尾吃水值（m）；Z4為備淤深度（m）。 本次論證船型“友建之星”所需的碼頭前沿水深及底高程計算結(jié)果如下所示：T 為4.35 m，Z1為0.6 m，Z2為0 m，Z3為0.2 m，Z4為0.4 m，設(shè)計低水位為0.75 m，論證前沿底高程為－4.8 m，論證底程取值－4.8 m。

這次大師課的當(dāng)天，就有聽課的同行，將我的那番話用“洗菜論”概括，并發(fā)布到了網(wǎng)絡(luò)上，引起了熱議與共鳴，我也是事后由別人轉(zhuǎn)發(fā)給我才知曉的。我認(rèn)為這個問題引起熱烈的反響，說明廣大鋼琴教師和學(xué)生都希望把鋼琴的教與學(xué)做得更加規(guī)范，都渴望每節(jié)鋼琴課上得更有成效。同時也希望廣大琴童既然選擇了學(xué)習(xí)鋼琴，就一定要認(rèn)真對待，千萬不要三天打魚兩天曬網(wǎng)。只去上課、自己卻不想練琴地學(xué)，是對自己不負(fù)責(zé)任，那樣是學(xué)不好的。所以，學(xué)生去上鋼琴課應(yīng)該抱著要向老師學(xué)東西—學(xué)會做一些可口的“菜”，而不是讓老師跟你一起“洗泥巴”！白白浪費(fèi)了寶貴的上課時間—這樣學(xué)鋼琴實(shí)在是太虧了！

由計算結(jié)果可知：論證船舶所需前沿底高程應(yīng)不高于－4.8 m。 根據(jù)本工程最新多波束掃測結(jié)果，該碼頭滾裝平臺范圍前沿停泊水域長84 m，寬148 m，范圍內(nèi)最淺點(diǎn)為－5.4 m，能夠滿足論證船型的滿載吃水的靠泊需求。

2.5 回旋水域

2.5.1 回旋水域平面尺度

由于碼頭前沿水流以往復(fù)的潮汐流為主，本工程按《海港總體設(shè)計規(guī)范》[1]第5.3.3 條規(guī)定，回旋水域直徑按2.5 L 進(jìn)行計算。 論證船型回旋掉頭所需回旋圓直徑D=2.5×119.0=297.5 m， 而本工程現(xiàn)有回旋圓直徑為310 m， 能夠滿足臨時靠泊船舶的掉頭需求。

2.5.2 回旋水域設(shè)計底高程

回旋水域設(shè)計水深：

式中：T 為靠泊船舶滿載吃水（m）；Z0為航行時船體下沉量（m）；Z1為龍骨下最小富裕深度（m）；Z2為波浪富裕深度（m）；Z3為船舶裝載縱傾富裕深度（m）；Z4為備淤富裕深度（m）。 本次論證船型“友建之星”所需的回旋水域水深及底高程計算結(jié)果如下：T 為4.35 m，Z0為0.18 m、Z1為0.2 m、Z2為0.67 m、Z3為0.2 m、Z4為0.4 m、D 為6.0 m、臨時設(shè)計底高程為－3.0 m、乘潮水位為3.0 m、乘潮歷時為＞6 h、乘潮保證率為90%。 根據(jù)最新多波束掃測結(jié)果，本工程回旋水域個別最淺點(diǎn)底高程為－3.0 m，因此回旋水域臨時設(shè)計底高程取－3.0 m。

2.6 碼頭結(jié)構(gòu)及附屬設(shè)施

2.6.1 系纜設(shè)施復(fù)核

根據(jù)運(yùn)輸公司提供的船舶帶纜示意圖（圖2），船體丁靠時共系6 條纜繩，均系于750 kN 系船柱上。艏纜、艉纜1 和艉纜2 與碼頭前沿法線夾角分別為67°、18°、22°，船首八字錨與水平方向夾角為34°?？紤]到艏纜帶纜角度67°， 其帶纜角度較大且纜繩較長，所能提供的系纜力較為有限，在計算纜繩系纜力時，為便于計算暫不考慮其所能提供的系纜力（作為安全富余量）。 根據(jù)受力平衡分析，丁靠時尾纜1（18°）系纜力為245.6 kN、尾纜2（22°）系纜力為73.8 kN，八字錨所受拉力為185.2 kN。因此，本工程現(xiàn)有的750 kN 系船柱，能夠滿足論證船型丁靠的系纜要求。

圖2 丁靠系泊示意圖

圖3 友建之星順利靠泊現(xiàn)場照片

2.6.2 靠泊設(shè)施復(fù)核

（1）橡膠護(hù)舷撞擊力復(fù)核。 根據(jù)《港口工程荷載規(guī)范》[2]，船舶有效撞擊能計算如下：

式中：Eo為船舶靠岸時的有效撞擊能量（kJ）；ρ 為有效動能系數(shù)；M 為船舶質(zhì)量（t）；Vn為船舶靠岸時的法向速度（m/s）。

論證船型“友建之星”的有效撞擊能計算結(jié)果如下：滿載排水量Mo為9395.4 t、靠船速度Vn為0.12 m/s、有效撞擊能量Eo為54.12 kJ。 該碼頭前沿護(hù)舷采用500 H 超級拱形橡膠護(hù)舷（標(biāo)準(zhǔn)型，變形達(dá)到52.5%每延米吸能量E＝72 kJ，設(shè)計反力R＝344 kN），能滿足論證船型靠泊要求。

（2）橡膠護(hù)舷底高程復(fù)核。 考慮到船舶在靠泊和裝卸作業(yè)過程中， 受波浪影響存在著橫搖和升沉，為保證臨時靠泊和作業(yè)的安全，論證船型的滿載干舷高度應(yīng)大于最小干舷高度Lg。

式中：B 為船寬；HSC為裝卸作業(yè)允許升沉量；θ為安全裝卸作業(yè)的最大橫搖角度；Ly為與橡膠護(hù)舷的接觸長度，取0.1 m；Δh 為水面與護(hù)舷最低高程的距離。

本工程橡膠護(hù)舷底高程為1.0 m，工程所在地設(shè)計低水位為0.75 m，故設(shè)計低水位到橡膠護(hù)舷底部距離為0.25 m；參照《海港總體設(shè)計規(guī)范》[1]第5.4.29條關(guān)于裝卸作業(yè)允許的船舶運(yùn)動量的規(guī)定，并結(jié)合本工程周邊自然環(huán)境分析，論證船型進(jìn)行安全作業(yè)的允許橫搖角度取θ≤3°，允許升沉量HSC≤1.0 m。

綜上， 計算可知本工程最小干舷高度Lg 為1.47 m，論證船型滿載干舷高度為1.65 m。 該碼頭在船舶靠泊水位≥設(shè)計低水位、 橫搖角度≤3°、允許升沉量≤1 m 的條件下， 能夠滿足論證船舶的臨時性靠離泊及裝卸作業(yè)要求。

（3）橡膠護(hù)舷水平間距復(fù)核。本工程采用的橡膠護(hù)舷型號為500 H 超級拱形橡膠護(hù)舷，其水平最大間距為7.72 m。為驗證本工程橡膠護(hù)舷的布置是否滿足論證船型靠泊要求，計算論證船型的有效撞擊能量，并根據(jù)護(hù)舷廠家提供的橡膠護(hù)舷性能曲線（圖4）來確定橡膠護(hù)舷在該有效撞擊能量下的壓縮變形量，最終依據(jù)《碼頭附屬設(shè)施技術(shù)規(guī)范》[3]和BS 6349[4]第四部分關(guān)于橡膠護(hù)舷間距的規(guī)定來判定7.72 m 的橡膠護(hù)舷間距是否能夠滿足論證船型的靠泊要求。

圖4 500 H 超級拱形橡膠護(hù)舷性能曲線

首先，計算船舶撞擊力及變形率。 論證船型的有效撞擊能量結(jié)果顯示：論證船型“友建之星”滿載排水量為9395.4 t、法向速度為0.12 m/s、船舶有效撞擊能為54.12 kJ、每延米有效撞擊能量為54.12 kJ、變形率為42.47%。

其次，計算最大護(hù)舷水平間距。 根據(jù)《碼頭附屬設(shè)施技術(shù)規(guī)范》[3]第5.2.3.4 條規(guī)定：護(hù)舷的水平間距，應(yīng)保證護(hù)舷達(dá)到設(shè)計壓縮變形量時，船舶靠離不會撞到相鄰護(hù)舷間的碼頭結(jié)構(gòu)物[5]。 連片式碼頭最大護(hù)舷水平間距，可按以下公式計算，計算示意圖如圖5 所示：

圖5 計算示意圖

由計算結(jié)果可知，從橫向靠泊安全性的角度分析， 該碼頭現(xiàn)有橡膠護(hù)舷水平最大間距為7.72 m，能夠滿足論證船型的臨時靠泊要求。

2.6.3 碼頭結(jié)構(gòu)計算

臨時荷載下碼頭抗滑、抗傾、基床應(yīng)力計算結(jié)果如表1～2 所示。 根據(jù)表1、2 的計算結(jié)果，碼頭主體結(jié)構(gòu)能滿足本次臨時靠泊的使用要求。

表1 碼頭持久組合抗滑、抗傾計算結(jié)果

2.7 使用要求及保障措施

（1）碼頭的臨時靠泊荷載應(yīng)限制在論證使用荷載范圍內(nèi)，不允許超載；（2）在碼頭前沿合適位置增加2～3 個水尺；（3）滾卸作業(yè)時船首變位較大，受力較復(fù)雜，作業(yè)過程應(yīng)對纜繩進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，并根據(jù)纜繩的松緊情況及時調(diào)整；（4）拖輪配置需參照《湄洲灣港船舶靠離泊和引航或移泊使用拖輪艘數(shù)的配備標(biāo)準(zhǔn)》執(zhí)行，建議配備1 艘拖輪值守，以備應(yīng)急；（5） 應(yīng)確保臨時靠泊前， 通航水深滿足設(shè)計要求，通航水域沒有礙航物；（6）根據(jù)《海港總體設(shè)計規(guī)范》[1]有關(guān)規(guī)定并結(jié)合重件碼頭原設(shè)計條件，本次臨時靠泊作業(yè)的自然控制因素及標(biāo)準(zhǔn)如表3 所示；（7）待潮位使駁船甲板面與碼頭滾裝泊位平面高差小于200 mm 時將車輛駛?cè)腭g船設(shè)備正下方，按要求將設(shè)備頂升離開支墩，靜置5 min 后，開始將設(shè)備運(yùn)離駁船，運(yùn)行速度小于0.5 km/h。

表3 臨時靠泊允許作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

3 結(jié)論

（1）該重件碼頭的泊位長度、前沿停泊水域尺度、回旋水域尺度及水深均能夠滿足論證船型臨時靠泊的要求；同時，碼頭的水工結(jié)構(gòu)和附屬設(shè)施也能夠滿足論證船型的臨時靠泊要求；（2）從豎向靠泊安全性的角度分析，論證船型在潮位≥0.75 m（設(shè)計低水位）、橫搖角度≤3°、允許升沉量≤1 m 的條件下，可靠泊該重件碼頭；（3）從橫向靠泊安全性的角度分析，該重件碼頭現(xiàn)有的橡膠護(hù)舷水平最大間距為7.72 m，能夠滿足論證船型的靠泊要求；（4）碼頭的臨時靠泊荷載應(yīng)限制在論證使用荷載范圍內(nèi)，不允許超載；（5）滾卸作業(yè)時船首變位較大，受力較復(fù)雜，作業(yè)過程應(yīng)對纜繩進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，并根據(jù)纜繩的松緊情況及時調(diào)整。