关于墩式布置开敞式泊位降等级靠泊的探究

周 佳，赵 洋

（中交天津港湾工程设计院有限公司 大连分公司，大连 116001）



关于墩式布置开敞式泊位降等级靠泊的探究

周 佳，赵 洋

（中交天津港湾工程设计院有限公司 大连分公司，大连 116001）

以某港区开敞式油码头为例，从码头平面尺度、附属设施以及主要工艺设备的布置等方面进行详细分析论证，当码头布置标准经历了规范变更的条件下，对比英国BS6349规范，总结影响开敞式码头兼靠低吨级船舶的安全可行性的主要因素及相应改造方案。

靠泊安全；低吨级；开敞式码头；平面布置；装卸工艺

引 言

为了增加泊位的利用率，近年来大等级泊位兼靠低吨级船型的情况越来越多，对于新建工程，可以从最初的结构设计上等弥补平面尺度的局限性。但对于已建成工程，尤其是墩式布置的油品码头，其靠船墩、系缆墩的间距都是按照原设计船型布置的，需要靠泊小型船舶时，需要重新对码头结构布置、护舷布置等进行论证，以保证靠泊船舶在各种工况下安全使用。对已建成的大型开敞式油码头设计，基本上是按照已废止的《开敞式码头设计与施工技术规程》（JTT295-2000）执行，本文依据现行《海港总体设计规范》（JTS 165-2013），通过与英国标准“BS6349”的比较，从工程实例角度出发，探讨已建成的大型开敞式油码头在水域主尺度、码头附属设施及装卸工艺方面兼靠低吨级船舶的可行性。

本文选取的码头案例是已建成的建设规模为30 000 t级成品油泊位（兼顾50 000 t级船舶停靠）拟靠泊20 000 t级或更小的船舶，主要船型尺度见表1。

表1　主要船型尺度

码头泊位长 346.5 m，码头设计顶高程为9.0 m，码头前沿设计底高程为-13.8 m。采用的设计高水位为4.06 m，设计低水位为0.54 m。

码头结构为重力墩式结构，包括装油平台、靠船墩、系缆墩、转向平台和各墩间的连接钢桥。工作平台延码头轴线方向长38 m，宽度为35 m，顶高程9.0 m。靠船墩两座，中心距为82 m。系缆墩共4座，间距为55～66 m。100T系船柱分别设置在工作平台、靠船墩和系缆墩上。橡胶护舷为SUC2000H型鼓型橡胶护舷，布置于靠船墩上。

1 水域主尺度核算

1.1 码头长度

我国原规范认为，蝶形布置码头泊位长度大致为1.4～1.5倍设计船长，同时考虑缆绳长度及系缆角度；现行《海港总体设计规范》（JTS 165-2013）中规定泊位长度Lb为1.1～1.3倍船长。

英国规范BS6349中认为，由于油品码头泊位要求船舶停靠的位置要准确，防止船舶在工作条件下漂移。通过优化首尾缆的系泊方式可以得到最佳系缆效果。岛式泊位为了获得最大的横向约束力，缆绳通常布置成尽可能与船的轴线接近直角，并尽可能保持一样的长度［1］。

本码头泊位实际长度为346.5 m，无论是依据原有规范还是现行规范，当本泊位靠泊 20 000 t级船舶时，其泊位长度都是满足规范要求的。详细计算见表2。

表2　泊位长度计算

1.2 码头靠船墩间距

码头靠船墩间距在《海港总体设计规范》（JTS 165-2013）中与原规范是一致的，码头两个靠船墩中心间距可为设计船长的30 %～45 %。

英国规范［1］中，岛式泊位的护舷布置可集中于两点或更多的点，这取决于船型范围。可以在一个装卸平台内以布局加强点的形式，或者是位于装卸平台附近的若干个独立的靠船墩的形式。主要护舷的间距应考虑到靠泊船舶的实际外形，且应在0.3～0.4L这一范围内。若是连续布置的护舷，应该在其顺直段合理布置护舷间距，建议间距不超过0.15Ls（Ls为最小船的长度）。

依据我国规范计算的靠船墩中心距为：

2万t级油船的靠船墩中心距=（30 %～45 %）L=49.2～73.8 m。

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

英国规范BS6349靠船墩中心距为：

2万t级油船的靠船墩中心距=（30 %～40 %）L=49.2～65.6 m。

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

根据BS6349中的规定，护舷连续布置时，满足2万t级油船停靠的护舷间距≤0.15L=24.6 m，满足“明祥号”油船停靠的护舷间距≤0.15L=22.59 m。

已建靠船墩间距较大，间距为82 m，满足原3万t级油船的靠泊，但其较严格的尺寸边界范围，很难满足较小船型的靠船墩尺度的要求。面对这样的问题，建议把工作平台作为船舶撞击力的受力结构主体，按照橡胶护舷顺岸布置的方式减小大型护舷的间距。这样，可以使较小船舶不受靠船墩水平间距的约束，当然还需对工作平台受力进行核算。

1.3 码头系缆墩布置

根据《海港总体设计规范》（JTS 165-2013）系缆墩的布置应该满足缆绳长度和系缆角度的要求。

表3　系缆角度和缆绳长度

这与原规范中存在较大差异。我国的新规范增加大了首尾缆的水平角度及减小了缆绳的尺度，倒缆的水平角度取消了小于30°的限制，认为原规范中首尾缆不能起到有效的约束，受力不均的现象十分明显，导致缆绳容易断裂。英国BS6349中认为一个高效率的岛式油船泊位系泊系统首尾缆及横缆的最佳水平角度为75°，缆绳的最佳缆绳长度为35～50 m。

20 000 t级油船和“明祥号”的系缆角度、缆绳长度如表4、表5。系缆布置示意见图1、图2。

表4　2万t级系缆角度和缆绳长度

表5　“明祥号”系缆角度和缆绳长度统计

图1　20 000 t级系缆布置示意

图2　“明祥号”邮轮系缆布置示意

从布置的结果可以看出，由于新旧规范存在较大的差异，加上开敞式码头系船柱较远的系缆模式，不仅使较小船舶在码头系泊适应能力方面较差，而且对原设计船型的系泊约束受力也变得不明确。这样需要通过对具体船舶缆绳的受力详细分析，论证系泊系统是否达到船舶的作业要求，建议采用Optimoor数模的进行计算。后期也可以通过增加系缆墩、减小系船柱间距的方法，来提高码头对不同船型的适应能力。

1.4 码头顶面高程

按照我国新规范的规定，码头顶高程应满足码头上水控制标准和上部结构受力控制的要求［2］。基本标准组合情况的高程=4.06+（1.0～2.0）= 5.06～6.06 m。复核标准组合情况下的高程=5.16+ （0～0.5）=5.16～5.66 m。按照受力要求，码头顶高程计算结果为8.66～9.66 m。实际码头工作平台顶高程为9.0 m。按照新标准计算的码头工作平台高程，基本均能满足此要求，但其较高的工作平台面高程是否能适应输油臂的作业范围变化，需要进一步论证。

1.5 其它水域主尺度

码头前沿设计水深、停泊水域尺度、港池及回旋水域也是码头水域主尺度的重要组成部分，与船型尺度的有很大的关系，其计算结果均随着船型尺度的增大而增加。故在论证较小船型在这些尺度的适应能力方面，均满足要求。

2 码头附属设施核算

2.1 橡胶护舷型号评估

20 000 t级油船靠岸法向速度取0.3 m/s，经计算，20 000 t级油船挤靠力为406.05 kN，船舶靠岸时有效撞击能量E0=990 kJ，船舶横浪作用下的有效撞击能量Ew=640.38 kJ。

目前码头选用的SUC2000H型两鼓一板橡胶护舷位于靠船墩上。SUC2000H型标准反力型设计压缩变形52.5 %的橡胶护舷，反力为1 780 kN，吸能量为1 563 kJ。可以满足20 000 t级油船的安全靠泊需求。在工作平台上增加的橡胶护舷型号应选用相同的SUC2000H型标准反力护舷，以避免不同型号护舷变形不同而产生不均匀反力。

2.2 橡胶护舷在垂直方向上的安装位置评估

靠船墩上的护舷在垂直方向的位置是否合适，主要考虑在最不利情况下，即设计低水位时船舶满载吃水情况下，油船的干舷是否能与护舷有效接触。

对于SUC2000H护舷：20 000 t级油船在满载时，干舷高度为3.4 m。护舷的中心高程为4.0 m。此时，干舷顶高程=设计低水位+干舷高度= 0.54+3.4=3.94 m＜护舷的中心高程4.0 m［3］。

图3　20 000 t级油船干舷位置示意

如图3中显示，在设计低水位时，干舷可以碰到贴面板，但未达到护舷中心高程，会造成护舷受力不均匀。可以考虑通过控制干舷高度提高对原橡胶护舷竖向布置的适应能力，既当设计低水位时减少船舶压载，不在满载状态下停靠的方式，可以满足护舷对船舶及码头结构的有效保护。

2.3 橡胶护舷在水平方向上的安装位置评估

护舷在水平位置上布置，应该考虑的因素有船舶的类型和船体形状，船舶系泊后，船边与泊位前沿线之间距离的可接受限度与输油臂的外伸臂有关。不同的靠泊模式（顺岸及岛式）对橡胶护舷的在水平方向上的间距要求也不同。根据本工程实际需求，通过2.2节的论证，需要在工作平台上增加相应型号的护舷，提高对不同船型适应性的要求。

2.4 系船柱

20 000 t级油船系缆力标准值为484.73 kN，按规范［4］，需要配置550 kN及以上的系船柱即可。目前码头采用1 000 kN系船柱，可以满足20 000 t级油船系缆的要求。

3 工艺设备评估

3.1 登船梯复核

登船梯的高度与船舶干舷高度有关。现有登船梯满足50 000 DWT级油船高潮空载（甲板高程为19.16 m，登船梯能达到的上极限）、30 000 DWT级油船低潮满载（甲板高程为4.54 m，登船梯能达到的下极限）时的登船要求。对20 000 DWT级油船，现有登船梯可以满足船舶高潮空载（甲板高程为15.4 m，在登船梯能达到的上下极限范围内）时的登船要求，无法满足船舶低潮满载（甲板高程为3.94 m，在登船梯能达到的上下极限范围之外）的登船要求。故现有登船梯是有一定的适应性的。

3.2 输油臂复核

输油臂尺度也是码头降等级船舶靠泊的重要核算指标。现有输油臂满足50 000 DWT级船舶高潮空载、30 000 DWT级船舶低潮满载（甲板高程在 4.54～19.16 m范围内）的装卸船要求。对20 000 DWT级油船，现有输油臂可以满足船舶高潮空载（甲板高程为15.4 m，在输油臂的包络范围内）时的装卸船要求，但当船舶低潮满载，干舷高程为3.94 m时，在输油臂的包络范围无法达到，此时油船的装卸船无法满足要求。

4 结 论

通过对泊位主尺度及工艺布置的研究，以

20 000 t级油船及实际靠泊船型靠泊的安全复核为例，可以看出，影响墩式布置开敞式码头兼靠低吨级船舶的主要因素有靠船墩间距，系缆墩的布置，橡胶护舷的布置，装卸工艺的布置这几个方面。在靠船墩及系揽墩适应性上，主要问题在于开敞式码头原设计船型单一，大尺度护舷及系船柱的间距过大，可通过减小其间距的方式，适应较小船舶的兼靠问题。对于护舷、工艺的等竖向尺度，可以通过控制船舶压载的方式增加干舷高度，满足船舶的安全靠泊及作业的要求。

［1]BS 6349:Part 4: Code of practice for design of fendering and mooring systems［S］. 1994.

［2]JTS165-2013 海港总体设计规范［S］.

［3]王金鹿， 刘金岭， 将勇. 册子岛原油码头底靠泊吨级油船的可行性［J］. 油气储运， 2010， 29（1）.

［4]JTS144-1-2010 港口工程荷载规范［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，工程师，主要从事水运工程结构设计工作。