某大型平臺上駁下水作業通航安全風險分析

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(1.交通運輸部天津水運工程科學研究院，天津 300456；2.武漢理工大學 航運學院，武漢 430063)

TZ-400平臺由天津港太重碼頭滑移至半潛駁船“泰瑞”，利用半潛船將平臺拖帶至下潛區；在下潛區內進行平臺和半潛船分離，分離后由拖船將平臺拖帶靠泊碼頭，完成平臺下水作業。選擇TZ-400平臺上駁、下水作業為研究對象，分析平臺滑移至半潛駁船及由半潛駁船下水分離過程中存在的通航安全風險，提出保障措施。

1 概況

1.1 平臺介紹

TZ-400平臺尺寸長×寬×高為70 m×72 m×9.5 m，下水質量11 000 t，漂浮吃水3.4 m，最大拖航吃水5.7 m[1]。

1.2 碼頭概況

太重碼頭位于天津港大沽口港區第二港池西側，舾裝泊位4個(1#～4#)。回旋水域按載重量50 000 t散貨船設計。碼頭頂標高6.0 m，前沿底標高-13.5 m，停泊水域寬度100 m，回旋水域直徑460 m，底標高-12.0 m。港池水域設計底標高-12.0 m。

1.3 作業概況

平臺整個下水作業分為2個階段：①平臺滑移上駁[2]；②下潛分離。首先，平臺上駁：利用重載運輸系統設備在1#泊位將平臺滑移至半潛駁。選擇合適氣象、海況，將半潛船縱、橫傾值調載至預定值，使得半潛船滑道與碼頭滑道相平[3]。平臺移動上駁，半潛船不斷調載，始終保持半潛船與平臺底部接觸。隨著平臺重心轉移至半潛船，平臺整體上駁。其次，拖帶半潛船至下潛區，半潛船定位。半潛船注入壓載水，不斷下潛[4]。隨著半潛船下潛，平臺逐漸漂浮。當半潛船與平臺完全分離時，半潛船停止壓載，平臺順利起浮，分別拖帶平臺和半潛船靠泊碼頭。

2 規范性分析

2.1 碼頭停泊水域水深

根據《海港總體設計規范》規定，碼頭前沿設計水深為[5]

D=T+Z1+Z2+Z3+Z4

(1)

式中：D為碼頭前沿設計水深；T為設計船型滿載吃水；Z1為龍骨下最小富裕深度；Z2為波浪富裕深度；H4%為碼頭前沿允許停泊的波高；Z3為船舶因配載不均勻而增加的船尾吃水值，干散貨船和液體散貨船取0.15 m，雜貨船不計；Z4為備淤富裕深度。

港池設計低水位0.5 m，港池底標高-5.0 m；碼頭前沿底標高-13.5 m符合規范。

2.2 停泊水域寬度

碼頭前沿停泊水域取碼頭前2倍設計船寬的水域[6]。半潛船所需寬度為67×2=134 m。太重碼頭前方港池水域滿足半潛船旋回作業要求的水域寬度為650 m，停泊水域寬度滿足規范要求。

2.3 回旋水域水深

根據《海港總體設計規范》，回旋水域的水深可取航道設計水深，按下列公式計算。

D0=T+Z0+Z1+Z2+Z3

D=D0+Z4

(2)

式中：D0為航道通航水深；D為航道設計水深；T為設計船型滿載吃水；Z0為船舶航行時船體下沉量；Z1為航行時龍骨下最小富裕深度；Z2為波浪富裕深度；Z3為船舶裝載縱傾富裕深度；Z4為備淤深度。

港池設計低水位0.5 m，其底標高-5.53 m；港池旋回水域底標高-12.0 m符合規范。

2.4 回旋水域范圍

太重碼頭掩護條件較好，水流不大，在港作拖輪協助下，根據《海港總體設計規范》，回旋水域按(1.5～2.0)L計算，為166.5～222.0 m。旋回水域設計直徑寬度460 m，滿足半潛船旋回作業需要。

3 合理性分析

3.1 上駁潮汐計算分析

平臺上駁過程中，半潛船滑道始終與陸地滑道對正，潮汐時間變化引起半潛船浮態時刻變化。由于漲潮時半潛船吃水增加，新增浮力可抵消轉移至半潛船上的平臺重量。相反，若裝船進行至落潮階段，則需泵系統抵消新增重量的同時抵消落潮的影響，可能造成泵能力不足。因此，平臺上駁應盡量選擇漲潮時段。

TZ-400平臺質量11 000 t，半潛船空船吃水3.0 m，型深9.0 m，平臺上駁后半潛船增加吃水1.75 m(若半潛船不調載)，碼頭頂標高6.0 m，碼頭上和半潛船上滑道高度均為0.3 m。應保證半潛船滑道始終保持與陸地滑道對正，計算結果見表1。

潮水位+干舷高度=碼頭頂標高

潮水位+9.0-(3.0+1.75)=6.0

表1 下水潮汐計算表 m

碼頭和半潛船保持相平所需最小潮高為1.75 m。由潮汐表可知，上駁期間天津港白天符合最小潮高(即1.75 m)的時間為7 h，上駁作業大約需3 h，因此，該碼頭水文條件適合平臺上駁。

3.2 下潛區位置分析

下潛區長、寬均為200 m，底標高-16.0 m，用于平臺下潛分離。

大沽沙航道過往航行船舶對平臺下水為作業存在影響，主要體現在船舶航經港池口門時產生的船行波影響平臺分離[7]，對半潛船和平臺形成擾動，造成船舶失穩、平臺搖擺、船和平臺碰撞、平臺偏移等。理論、觀測及試驗表明[8]，船行波的波高不僅與船速有關，還受船型、水深等因素影響。船速是船行波最主要因素。船行波波高隨船速增加而增高，隨距離增加而衰減。根據生產實踐、半潛船船長經驗認為，限定周邊水域行船航速15 kn以下，限定行船距離半潛船500 m以上，則船行波對下潛作業帶來的影響可忽略。

大沽沙航道通航10萬t級船舶，規定航速不大于13 kn[9]；下潛區北側邊界線與大沽沙航道南邊界線相距860 m。則航道過往船舶對下潛作業影響很小。下潛區與大沽沙航道位置見圖1。

3.3 下潛區水深分析

半潛船下潛需合適的水域，水域應要滿足水深要求，保證半潛船下潛安全。平臺受風浪影響搖擺差取0.5 m，在半潛船下潛時，平臺與主甲板支架富余高度取1.0 m，分離作業過程中甲板上支架高度取1.0 m，取值過小不利于安全，過大不利于分離作業。此外，平臺吃水3.4 m，半潛船型深9.0 m，船底龍骨下最小安全間隙為1.0 m，據此核算半潛船浮卸作業水域所需最小水深。

根據平臺和半潛船參數，參考各種因素，下潛分離作業所需最小水深推算見表2。

下潛區底標高為-16.0 m，滿足半潛船下水分離作業。

表2 作業水深要求最小水深計算結果 m

3.4 下潛區范圍分析

在下潛分離過程中半潛船利用拖輪拋錨、固定船位。半潛船拋錨后，受風、浪、流的變化而擺動，分離時其擺動的半徑要考慮平臺和拖輪的影響。半潛船分離作業選在風和流都相對穩定時間段進行，故認為半潛船只以錨位為支點左右擺動，所需下潛區是半潛船長、寬各自加富余寬度的矩形水域。半潛船船長111 m，寬度67 m，考慮擺動富余寬度50 m，則下潛水域范圍為長161 m,寬117 m，下潛區長、寬均200 m，滿足半潛船下潛作業要求的。

4 作業通航風險

4.1 作業本身存在的風險

1)平臺上駁、下潛分離作業受氣象、水文等自然條件影響明顯，當氣象海況惡劣時，將影響平臺和半潛船安全。

2)平臺上駁、分離對半潛船穩性要求高：上駁時平臺重量逐步轉移至半潛船，導致半潛船左、右兩側吃水不同，可能出現半潛船穩性變化；當半潛船下潛時穩性不好時，可能導致傾覆。

4.2 作業對通航環境影響

1)平臺在太重碼頭1#泊位上駁裝船，用時約3 h。為避免相鄰泊位船舶碰撞半潛船及其船行波對半潛船穩定性帶來影響，需設置排他作業區，禁止其他船舶進出該水域，則影響相鄰泊位船舶無法靠離泊作業。

2)二港池內錨泊其他砂石船、漁船、運輸船，以上船舶作業、航行都將對平臺上駁和下潛作業帶來影響：①二港池水域有限，平臺下潛時拋錨需較大水域，其他船舶占用港池水域；②其他船舶航行時船行波影響平臺上駁和下潛安全。因此，作業前應對其他船舶進行安排。

5 相關建議

1)建議在太重靠泊碼頭安放測量水尺，對碼頭海域進行潮水測量，并與潮汐表比對。

2)制定并嚴格遵守平臺上駁、下潛、港池拖航等階段作業條件，實測：風速<6級；浪高<0.5 m；流速<0.5 kn；能見度≥1 km；白天作業。

3)控制上駁時駁船與碼頭高度差≤2 cm；(高差超出時滑移停止，駁船調載)。

4)為保障上駁期間半潛船穩定，設置4根鋼纜固定半潛船前后兩側，抵抗風、浪、流作用，確保半潛船不發生橫移。

5)在下潛區4端點處分別設置臨時浮漂精確標示下潛區，避免半潛船擱淺，并禁止無關船舶進出下潛區。

6)為進一步保障下潛作業安全，建議平臺下潛分離期間，大沽沙航道中超過5萬噸級以上的大船限速8 kn以下。

7)整個作業期間(上駁、系泊、下潛和拖航作業)，應發布航行警告[10]，禁止無關船舶進出。

8)將整個港池作為排他作業區，設置警戒力量，作業期間禁止其他無關船舶進入港池。

[1] 交通運輸部天津水運工程科學研究院,太重濱海公司TZ-400鉆井平臺下水作業通航安全保障研究報告[R].天津：交通運輸部天津水運工程科學研究院,2016.

[2] 黃曙光,于皓,王銘飛,等.陸地水平滑道建造自升式鉆井平臺滑移裝船技術研究及應用[J].中國海上油氣,2011,23(3):201-204.

[3] 謝宛朋,張金營,史亮,等.自升式平臺下水的新型技術裝備研制及應用[J].船海工程,2017,46(2):134-137.

[4] 閔兵,舒仕勇,李志壘.半潛式自航工程船在海洋工程中的應用[J].中國造船,2010,51:18-24.

[5] 李偉,郭云龍,薛仕中,等.南通航母公園涉水工程方案通航風險分析[J].船海工程,2017,46(4):223-227.

[6] 海港總體設計規范:GB/JTS165-2013 [S]．北京:人民交通出版社，2014．

[7] 杜嘉立,高凱,姜華.基于船行波安全航速的限定[J].大連海事大學學報2005,31(2)：4-7．

[8] 高凱.船舶興波對船舶影響研究及其在受限水域中的應用[D].大連：大連海事大學,2004.

[9] 蘇晨,謝新連,李曉君,等.半潛船裝卸過程中周邊水域限航范圍估算[J].中國航海，2013, 36(1):74-79.

[10] 李偉,薛仕中,湯國杰,等.“勘探六號”進江拖航的通航安全風險分析[J].船海工程,2016,45(3):163-166.