40萬噸級礦砂船靠泊碼頭系泊方案研究

韓建勛，王國祥

（長江引航中心太倉引航站，江蘇 太倉 215400）

江蘇揚子江海洋油氣裝備制造有限公司位于蘇州港太倉港區(qū)新太海汽渡下游約1400 米處，屬于長江口南支河段上段。水路上距白茆河約4 公里，下距吳淞口約50 公里。1#舾裝碼頭主體寬25m，長928m（中間段385m 范圍寬31m），碼頭面高程為+5.80m（85 高程系統(tǒng)，下同），碼頭前沿設計水深為‐12.0m。

近年來，揚子江公司承接了工銀租賃及招商輪船船東6 艘世界第二代40 萬噸級超大型礦砂船（VLOC）的建造訂單。當40 萬噸級超大型礦砂船建造完成下水停靠揚子江1#舾裝碼頭，船舶靠泊碼頭采取何種系泊方案是一個問題，需要探討40 萬噸級船舶帶纜系泊的方案，纜繩的數(shù)量配置等方面，畢竟之前船員沒有接觸過如此巨大的船舶進行靠離泊作業(yè)。因此，本文通過自己多年的船舶駕駛經(jīng)驗以及利用OPTIMOOR 軟件40 萬噸級超大型礦砂船（VLOC）進行模擬計算分析，根據(jù)船舶在不同的風況等條件下模擬出一種安全合理的系泊方案，為40 萬噸超大型礦砂船的駕引人員在靠泊碼頭提供帶纜方案，確保船舶靠泊期間船舶安全。

1 工程基本概況

1.1 船舶尺度

根據(jù)工廠生產(chǎn)安排及需求，本碼頭擬靠泊40 萬噸礦砂船，船型主尺度如下：

表1 論證船舶主尺度表

1.2 碼頭現(xiàn)狀

江蘇揚子江海洋工程裝備制造有限公司舾裝碼頭長928m，寬25m，其中中間段寬31m，碼頭面標高5.8m，前沿泥面設計標高-12.0m。碼頭前沿設置有3000kN 系船柱1 個，2000kN 雙柱系船柱11 個，1500kN 雙柱系船柱1 個，2000kN 雙柱系船柱11 個，1500kN 雙柱系船柱31 個，碼頭后方共設置有2000kN 系船柱19 個，1000kN 雙柱系船柱15 個。碼頭泊位總長度928m。

1.3 風況

太倉港區(qū)季風特征明顯，夏季以SE～SSE 向風為主，冬季受冷空氣影響以N 向風為主。太倉港區(qū)多年平均風速3.3m/s，全年常風向為E 向，統(tǒng)計頻率為12%，強風向為NW 向，最大風速為20.0m/s。本區(qū)大風主要由寒潮和臺風影響引起，風力≥6 級的大風日數(shù)年均為26d。

1.4 霧

太倉港區(qū)霧多以平流霧為主，一般多發(fā)于夜間和清晨，上午10 時后消散。多年平均霧日數(shù)42.3d，歷年最多霧日數(shù)68.0d，歷年最少霧日數(shù)28.0d。

1.5 流速

工程水域最大流速為1.6m/s。

2 船舶靠泊荷載核算

2.1 船舶荷載計算分析

船舶荷載計算流速按照當?shù)刈畲罅魉?.6m/s 計算，計算風速按13.8m/s（六級風上限）、24.4m/s（九級風上限）和28.4m/s（十級風上限）分別計算船舶系纜力、船舶撞擊能量及船舶擠靠力。根據(jù)船舶荷載規(guī)范公式對40 萬噸礦砂船進行靠泊荷載計算分析，具體結(jié)果如下：

表2 40 萬噸礦砂船靠泊荷載計算結(jié)果

2.2 系船柱論證

碼頭前沿設置有3000kN 系船柱1 個，2000kN 雙柱系船柱11 個，1500kN 雙柱系船柱31 個，碼頭后方共設置有2000kN 獨立系船柱19 個，1000kN 雙柱系船柱15 個。碼頭泊位總長度928m。

根據(jù)《港口工程荷載規(guī)范》（JTS144‐1‐2010）第10.2.2 條建議，船舶總長大于300m 的，受力系船柱數(shù)目按泊位長度確定。

在十級風上限28.4m/s 和1.6m/s 水流共同作用下，在設計低水位時，考慮八個系船柱受力，系纜力為1409kN，滿足40 萬噸礦砂船帶纜要求。

2.3 橡膠護舷論證

碼頭前沿配備超級鼓型SC1250H 二鼓一板橡膠護舷81 套，護舷在其設計變型52.5%時，吸能量為764kJ/套，反力為1392kN/套，最大變型55%時，吸能量為810kJ/套，反力為1482kN/套。

40 萬噸礦砂船以0.12m/s 的速度靠碼頭時最大撞擊能量為576kJ，最大擠靠力為652kN，碼頭前沿設置的橡膠護舷滿足靠泊要求。

3 系泊方案

3.1 不超過六級風系泊方案

在風力不超過六級（上限13.8m/s）時，建議按圖2所示，艏、艉纜可分別系在后方3000kN 及1500kN 系船柱上，倒纜可系在碼頭前沿1500kN 或2000kN 系船柱上，纜繩不少于12 根，受力系船柱不少于6 個（其中，1500kN 系船柱2 個，2000kN 系船柱3 個，3000kN系船柱1 個）。

圖1 六級風以下帶纜示意圖

圖2 六級風模擬系纜示意圖

將以上系泊方案輸入OPTIMOOR（version 6.3.7）軟件中進行模擬計算，考慮最不利工況（吹開風時），可以得到如表3的計算結(jié)果。

表3 六級風時各纜繩受力

經(jīng)過整理上表中數(shù)據(jù)，可以得到每個受力系船柱的受力情況，如表4所示。

表4 六級風時各系船柱受力

由以上結(jié)果可知，當船舶受到吹開風時，按照以上帶纜方式，考慮12 根系纜，6 個系船柱受力，系艏部橫纜系船柱所受系纜拉力最大，纜繩所受最大力為287kN。

3.2 九級風以下系泊方案

當風力超過六級時，將纜繩帶至碼頭前沿的系船柱上，按圖4所示，考慮纜繩數(shù)量不少于14 根，作用系船柱數(shù)量不少于8 個。

圖3 九級風系纜示意圖

圖4 九級風模擬系纜示意圖

將以上系泊方案輸入OPTIMOOR 軟件中進行模擬計算，考慮最不利工況，可以得到如表5的計算結(jié)果。

表5 九級風時各纜繩受力

經(jīng)過整理上表中數(shù)據(jù)，可以得到每個受力系船柱的受力情況，如表6所示。

表6 九級風時各系船柱受力

由以上結(jié)果可知，當船舶受到吹開風時，按照以上帶纜方式，考慮14 根系纜，作用于8 個系船柱，系艏橫纜系船柱所受系纜拉力最大，纜繩最大受力可達764kN。

4 系泊研究結(jié)論

碼頭前沿設置有3000kN 系船柱1 個，2000kN 雙柱系船柱11 個，1500kN 雙柱系船柱31 個，碼頭后方共設置有2000kN 系船柱19 個，1000kN 雙柱系船柱15 個，可滿足40 萬噸礦砂船在不超過十級風時的帶纜要求。

（1）關(guān)于靠泊速度：40 萬噸礦砂船舶靠泊本碼頭時應嚴格控制法向靠船速度，不得超過0.12m/s，建議控制在0.10m/s 以下。

（2）關(guān)于排水量：40 萬噸礦砂船舶靠泊本碼頭時應控制實際排水量，建議控制在100000 噸以下。

（3）關(guān)于避風：當風力預報超過六級時，應增加實際受力的纜繩數(shù)量和系船柱數(shù)量，當風力預報超過十級時，船舶應盡早離開碼頭至錨地避風。