某海港碼頭進港航道尺度確定

摘要：珠海某石化碼頭因企業發展需要，碼頭需進行加固改造，與碼頭配套的航道也需相應浚深拓寬。本文根據改造后的設

計代表船型，通過規范公式和經驗公式的計算初定航道尺度，再結合船模試驗對其進行優化，最終確定航道尺度。

關鍵詞：航道尺度 轉彎半徑 加寬

近年來，隨著國際、國內船舶制造業的快速發展，船舶載重噸級日趨大型化，大型海輪停靠港口進行裝卸作業已經非常普遍。中化珠海石化公用碼頭位于高欄港區南逕灣作業區，其南側泊位原設計最大靠泊船型為80000DWT船舶。根據業主提供的資料，近幾年來，格力石化碼頭實際到港船型中就有超過80000DWT的船舶。自正式投產以來，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，為適應較大船型的安全靠泊要求，現擬將南側8萬噸級泊位改造為15萬噸級泊位，與碼頭配套的進港支航道也需浚深拓寬。

航道概況

工程所處的高欄港現有一條人工開挖主航道及通向各港區的支航道若干條。目前主航道口門至南逕灣港區支航道段航道設計海底高程為-15.7m（當地理論最低潮面，下同），航道底寬250m，航道軸線走向350°～170°，可滿足8萬噸級油船單向滿載乘潮通航需要。根據高欄港區航道規劃，主航道起點至華聯支航道區間按滿足15萬噸級油船通航要求設計，設計底寬為290m，設計底標高-19.0m。15萬噸級主航道計劃2014年內完工。

從高欄港主航道至南逕灣港區華聯碼頭辟有一條支航道，支航道現狀：長1.6km，底寬201m，航道底標高-13.5m，航道軸線走向20°～200°。支航道與主航道軸線夾角為30°。

轉彎段航道尺度計算

南側泊位改造后設計代表船型為150000DWT油船，其船型尺度為274m×50.0m×24.2m×17.1m（總長×型寬×型深×滿載吃水）。本工程支航道通航密度甚小，按單向航道進行設計。單向航道航寬和航道設計水深均采用《海港總平面設計規范》中公式計算。

單向航道寬度：W=A+2C=n（Lsinγ+B）+2C

航道設計水深： D= D0+Z4=T+Z0+Z1+Z2+Z3+Z4

船舶在支航道行駛時風流壓偏角按7°，航速按小于6節考慮，計算出單向航道寬度為241m，航道設計水深為19.43m，航道底標高-18.00m（當地理論最低潮面）。

因進港支航道與港區主航道軸線夾角為30°，為保證船舶安全轉向，船舶從主航道轉向支航道行駛時，其轉彎半徑和彎道段航寬需合理確定，以下重點分析兩者的確定方法。

1、轉彎半徑

海港總平面設計規范（JTJ211-99）規定，航道轉彎半徑R應根據轉向角φ和設計船長確定：10°<φ≤30°，R=（3～5）L； φ>30°，R=（5～10）L。美國和日本等大多數國家標準一般要求以φ≤30°為宜，Rmin=3L；超過30°時，Rmax=12L。國內楊桂樨提出的海港航道轉彎半徑R的經驗公式為：

，式中：R為航道轉彎半徑（m），K0為航道掩護程度，有掩護航道為1.0，無掩護航道為1.2；VS為最大船舶航速（m/s），以小于4m/s為宜，計算時不考慮單位；LPP為最大船舶兩柱間長度（m），一般可按LPP=（0.94～0.97）Lo，T為最大船舶滿載吃水（m）；D0為航道轉彎段設計水深（m）； φ為航道轉向角度（°）。

根據表1計算結果，支航道轉彎半徑暫按5倍船長考慮。

2、轉彎段拓寬要求

航道轉彎段寬度在直線段航道航寬的基礎上需考慮一個拓寬值ΔW。海港總平面設計規范（JTJ211-99）規定：當10°<φ≤30°，轉彎處宜采用切角法加寬，當水域狹窄，切角困難時，經論證可采用折線切割法加寬； φ>30°，可采用折線切割法加寬。海港工程設計手冊建議當φ>25°時，ΔW> ；φ≤25°時，ΔW≤ 。國內楊桂樨⑵提出的航道轉彎拓寬ΔW的經驗公式為：

式中：R為航道轉彎半徑（m），為航道掩護程度，有掩護航道為1.0，無掩護航道為1.2； LPP為最大船舶兩柱間長度（m），一般可按LPP=（0.94～0.97）L0，詳細可按日本規范推薦的公式計算，T為最大船舶滿載吃水（m）；D0為航道轉彎段設計水深（m）； φ為航道轉向角度（°）。

由表2兩種公式計算結果可知，經驗公式計算值偏小，以手冊公式結果來進行判斷，則加寬后的航道寬度應大于275.25m。本工程φ=30°，采用切角法加寬后，轉彎段航道最小寬度為303m，滿足設計手冊要求。

船模試驗

進港航道內單向通航模擬試驗選取自然條件分別為漲、落潮平均流速滿載進、出港、風速選取6級、風向為最不利橫風的條件組合，進出港試驗的主航道航速為6～8節，支航道的航速為4～5節。漲潮、風向045°、風力6級為最不利組合，最不利組合情況下（進港航跡帶見圖1）。

模擬試驗表明：15萬噸級油輪進出港單向通航的航跡帶寬度為110m，15萬噸級油輪進出港單向通航支航道所需單向航道寬度為210m，本工程支航道設計寬度241m，進出港航道寬度滿足設計代表船型進出港單向通航航道寬度的要求。

模擬操作過程表明，15萬噸級油船進出港由主航道轉入支航道及由支航道轉入港池水域，需要較高的操船水平，存在一定的風險，船舶在支航道受風流影響漂移較大，船位容易偏向西北側，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突變的特點，使該段的船舶操作較困難。為保障15萬噸級油船安全順利通過支航道，經與當地引航員共同反復操作試驗，建議對支航道及與主航道、港池水域銜接段進行優化設計，使支航道與港池銜接段成喇叭口形態，擴大港池操作水域。

航道尺度優化

根據已開挖航道測量資料比較，支航道開挖后年回淤厚度為0.6～1.22m，維護性疏浚量很大，從工程改造經濟角度分析，結合主航道規劃，南側泊位改造后支航道暫按底標高-14.5m進行維護，對應的航道設計水深為15.93m。根據經驗公式來計算轉彎半徑，見表3。

根據表3計算結果并結合船模試驗結論，最終確定轉彎段航道轉彎半徑取8L即2192m，轉彎段仍采用切角法加寬。

優化后的支航道及與主航道連接段見圖3，支航道與港池銜接段見圖4，圖中斜線區域為優化后增加的可航行水域。

結語

優化后的航道尺度可滿足本工程15萬噸級油輪的航行需要，由于工程區域淤強較大，建議加強對航道回淤特別是轉彎段回淤的監測，及時維護以保障通航水深滿足通航要求。

（作者單位：中交第二航務工程勘察設計院有限公司）