關于墩式布置開敞式泊位降等級靠泊的探究

周 佳，趙 洋

（中交天津港灣工程設計院有限公司 大連分公司，大連 116001）

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關于墩式布置開敞式泊位降等級靠泊的探究

周 佳，趙 洋

（中交天津港灣工程設計院有限公司 大連分公司，大連 116001）

以某港區開敞式油碼頭為例，從碼頭平面尺度、附屬設施以及主要工藝設備的布置等方面進行詳細分析論證，當碼頭布置標準經歷了規范變更的條件下，對比英國BS6349規范，總結影響開敞式碼頭兼靠低噸級船舶的安全可行性的主要因素及相應改造方案。

靠泊安全；低噸級；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，近年來大等級泊位兼靠低噸級船型的情況越來越多，對于新建工程，可以從最初的結構設計上等彌補平面尺度的局限性。但對于已建成工程，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計船型布置的，需要靠泊小型船舶時，需要重新對碼頭結構布置、護舷布置等進行論證，以保證靠泊船舶在各種工況下安全使用。對已建成的大型開敞式油碼頭設計，基本上是按照已廢止的《開敞式碼頭設計與施工技術規程》（JTT295-2000）執行，本文依據現行《海港總體設計規范》（JTS 165-2013），通過與英國標準“BS6349”的比較，從工程實例角度出發，探討已建成的大型開敞式油碼頭在水域主尺度、碼頭附屬設施及裝卸工藝方面兼靠低噸級船舶的可行性。

本文選取的碼頭案例是已建成的建設規模為30 000 t級成品油泊位（兼顧50 000 t級船舶停靠）擬靠泊20 000 t級或更小的船舶，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，碼頭設計頂高程為9.0 m，碼頭前沿設計底高程為-13.8 m。采用的設計高水位為4.06 m，設計低水位為0.54 m。

碼頭結構為重力墩式結構，包括裝油平臺、靠船墩、系纜墩、轉向平臺和各墩間的連接鋼橋。工作平臺延碼頭軸線方向長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系船柱分別設置在工作平臺、靠船墩和系纜墩上。橡膠護舷為SUC2000H型鼓型橡膠護舷，布置于靠船墩上。

1 水域主尺度核算

1.1 碼頭長度

我國原規范認為，蝶形布置碼頭泊位長度大致為1.4～1.5倍設計船長，同時考慮纜繩長度及系纜角度；現行《海港總體設計規范》（JTS 165-2013）中規定泊位長度Lb為1.1～1.3倍船長。

英國規范BS6349中認為，由于油品碼頭泊位要求船舶停靠的位置要準確，防止船舶在工作條件下漂移。通過優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］。

本碼頭泊位實際長度為346.5 m，無論是依據原有規范還是現行規范，當本泊位靠泊 20 000 t級船舶時，其泊位長度都是滿足規范要求的。詳細計算見表2。

表2　泊位長度計算

1.2 碼頭靠船墩間距

碼頭靠船墩間距在《海港總體設計規范》（JTS 165-2013）中與原規范是一致的，碼頭兩個靠船墩中心間距可為設計船長的30 %～45 %。

英國規范［1］中，島式泊位的護舷布置可集中于兩點或更多的點，這取決于船型范圍。可以在一個裝卸平臺內以布局加強點的形式，或者是位于裝卸平臺附近的若干個獨立的靠船墩的形式。主要護舷的間距應考慮到靠泊船舶的實際外形，且應在0.3～0.4L這一范圍內。若是連續布置的護舷，應該在其順直段合理布置護舷間距，建議間距不超過0.15Ls（Ls為最小船的長度）。

依據我國規范計算的靠船墩中心距為：

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

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

英國規范BS6349靠船墩中心距為：

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

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

根據BS6349中的規定，護舷連續布置時，滿足2萬t級油船停靠的護舷間距≤0.15L=24.6 m，滿足“明祥號”油船停靠的護舷間距≤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級油船的靠泊，但其較嚴格的尺寸邊界范圍，很難滿足較小船型的靠船墩尺度的要求。面對這樣的問題，建議把工作平臺作為船舶撞擊力的受力結構主體，按照橡膠護舷順岸布置的方式減小大型護舷的間距。這樣，可以使較小船舶不受靠船墩水平間距的約束，當然還需對工作平臺受力進行核算。

1.3 碼頭系纜墩布置

根據《海港總體設計規范》（JTS 165-2013）系纜墩的布置應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

這與原規范中存在較大差異。我國的新規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，認為原規范中首尾纜不能起到有效的約束，受力不均的現象十分明顯，導致纜繩容易斷裂。英國BS6349中認為一個高效率的島式油船泊位系泊系統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級油船和“明祥號”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級系纜角度和纜繩長度

表5　“明祥號”系纜角度和纜繩長度統計

圖1　20 000 t級系纜布置示意

圖2　“明祥號”郵輪系纜布置示意

從布置的結果可以看出，由于新舊規范存在較大的差異，加上開敞式碼頭系船柱較遠的系纜模式，不僅使較小船舶在碼頭系泊適應能力方面較差，而且對原設計船型的系泊約束受力也變得不明確。這樣需要通過對具體船舶纜繩的受力詳細分析，論證系泊系統是否達到船舶的作業要求，建議采用Optimoor數模的進行計算。后期也可以通過增加系纜墩、減小系船柱間距的方法，來提高碼頭對不同船型的適應能力。

1.4 碼頭頂面高程

按照我國新規范的規定，碼頭頂高程應滿足碼頭上水控制標準和上部結構受力控制的要求［2］。基本標準組合情況的高程=4.06+（1.0～2.0）= 5.06～6.06 m。復核標準組合情況下的高程=5.16+ （0～0.5）=5.16～5.66 m。按照受力要求，碼頭頂高程計算結果為8.66～9.66 m。實際碼頭工作平臺頂高程為9.0 m。按照新標準計算的碼頭工作平臺高程，基本均能滿足此要求，但其較高的工作平臺面高程是否能適應輸油臂的作業范圍變化，需要進一步論證。

1.5 其它水域主尺度

碼頭前沿設計水深、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系，其計算結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能力方面，均滿足要求。

2 碼頭附屬設施核算

2.1 橡膠護舷型號評估

20 000 t級油船靠岸法向速度取0.3 m/s，經計算，20 000 t級油船擠靠力為406.05 kN，船舶靠岸時有效撞擊能量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型兩鼓一板橡膠護舷位于靠船墩上。SUC2000H型標準反力型設計壓縮變形52.5 %的橡膠護舷，反力為1 780 kN，吸能量為1 563 kJ。可以滿足20 000 t級油船的安全靠泊需求。在工作平臺上增加的橡膠護舷型號應選用相同的SUC2000H型標準反力護舷，以避免不同型號護舷變形不同而產生不均勻反力。

2.2 橡膠護舷在垂直方向上的安裝位置評估

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

對于SUC2000H護舷：20 000 t級油船在滿載時，干舷高度為3.4 m。護舷的中心高程為4.0 m。此時，干舷頂高程=設計低水位+干舷高度= 0.54+3.4=3.94 m＜護舷的中心高程4.0 m［3］。

圖3　20 000 t級油船干舷位置示意

如圖3中顯示，在設計低水位時，干舷可以碰到貼面板，但未達到護舷中心高程，會造成護舷受力不均勻。可以考慮通過控制干舷高度提高對原橡膠護舷豎向布置的適應能力，既當設計低水位時減少船舶壓載，不在滿載狀態下停靠的方式，可以滿足護舷對船舶及碼頭結構的有效保護。

2.3 橡膠護舷在水平方向上的安裝位置評估

護舷在水平位置上布置，應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。不同的靠泊模式（順岸及島式）對橡膠護舷的在水平方向上的間距要求也不同。根據本工程實際需求，通過2.2節的論證，需要在工作平臺上增加相應型號的護舷，提高對不同船型適應性的要求。

2.4 系船柱

20 000 t級油船系纜力標準值為484.73 kN，按規范［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級油船系纜的要求。

3 工藝設備評估

3.1 登船梯復核

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

3.2 輸油臂復核

輸油臂尺度也是碼頭降等級船舶靠泊的重要核算指標。現有輸油臂滿足50 000 DWT級船舶高潮空載、30 000 DWT級船舶低潮滿載（甲板高程在 4.54～19.16 m范圍內）的裝卸船要求。對20 000 DWT級油船，現有輸油臂可以滿足船舶高潮空載（甲板高程為15.4 m，在輸油臂的包絡范圍內）時的裝卸船要求，但當船舶低潮滿載，干舷高程為3.94 m時，在輸油臂的包絡范圍無法達到，此時油船的裝卸船無法滿足要求。

4 結 論

通過對泊位主尺度及工藝布置的研究，以

20 000 t級油船及實際靠泊船型靠泊的安全復核為例，可以看出，影響墩式布置開敞式碼頭兼靠低噸級船舶的主要因素有靠船墩間距，系纜墩的布置，橡膠護舷的布置，裝卸工藝的布置這幾個方面。在靠船墩及系攬墩適應性上，主要問題在于開敞式碼頭原設計船型單一，大尺度護舷及系船柱的間距過大，可通過減小其間距的方式，適應較小船舶的兼靠問題。對于護舷、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 海港總體設計規范［S］.

［3]王金鹿， 劉金嶺， 將勇. 冊子島原油碼頭底靠泊噸級油船的可行性［J］. 油氣儲運， 2010， 29（1）.

［4]JTS144-1-2010 港口工程荷載規范［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，主要從事水運工程結構設計工作。