秘鲁某矿石码头系缆分析

周子乐，何明伟

（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）

引言

秘鲁某矿石码头位于太平洋西岸，紧邻安第斯山脚。码头后方约36 km为铁矿山，铁矿石通过长度约15.4 km的皮带机由高度800多m的山顶向下输送至码头前沿堆场，或直接装船。

本工程码头采用开敞式布置，船舶停泊水域的风、浪、流等自然环境复杂多变，为优化码头的平面布置，选取两种方案进行对比，确定推荐方案[1-2]。

1 码头平面布置

本工程采用L型布置，双侧靠船，通过引桥与后方陆域相连。码头方位为127 °，码头总长度为345 m，两侧各布置2座系缆墩。码头前沿底高程为-25 m（以当地理论最低潮面为基准，下同），码头面高程为+5.0 m。

每个靠船墩南北两侧分别设置一个2 000 kN系船柱和1 600 H锥形护舷。护舷间距如图1所示[3-4]。

关键参数设置：系船柱高程+5 m CD；护舷高程+3.5 m CD；系船柱距护舷水平距离2 m；疏浚深度-25 m CD。

图1 码头靠船墩平面布置示意图

2 计算软件

本工程系泊数值分析采用OPTIMOOR软件，该软件是由英国张力技术国际 (Tension Technology International)公司开发，专门用于船舶系缆系统分析计算的一个计算机软件。OPTIMOOR系统主要是基于石油公司国际海事论坛OCIMF（Oil Companies International Marine Forum）所推荐的公式和计算方法而开发。其主要功能是计算分析船舶在风、浪、流综合作用下系缆系统（包括船舶缆绳、护舷和系缆柱）的受力情况，可用系缆系统的设计、事故分析及码头生产管理方面[5]。OPTIMOOR在国际上拥有非常多的用户，其中不乏像SHELL、美国海军这样的大用户。

3 设计条件

3.1 自然条件

水位：设计高水位1.5 m，设计低水位0.0 m；流速：暂定为0.514 m/s，流向为NW向。波浪：取2年一遇设计波要素作为系泊分析的波浪输入条件，方案一码头处波高1.5 m，周期11.7 s。方案二码头处波高1.7 m，周期11.7 s。浪向为NW向。风速：选取常风向SSE向作为设计风向，设计风速取码头极限环境作业允许最大风速22 m/s。

3.2 设计船型

设计船型主尺度如表1所示。

表1 设计船型尺度表

3.3 缆绳布置及材质

采用4根首缆，4根横缆，4根倒缆，4根尾缆的布置型式。

30万t级散货船主缆绳采用钢缆，直径44 mm，缆绳强度950 kN。钢缆缆绳端部设置11 m长批芭结，材质为尼龙，强度为1 170 kN。20万t及15万t级船型主缆绳采用聚丙烯缆，直径80 mm，缆绳强度720 kN。

4 工况设置

本文以北侧泊位系泊情况下缆绳及系船柱受力情况为例。船舶吃水按压载吃水选取。基于OCIMF[6]规范与西班牙规范ROM0.2-90[7]及其他相关规范，采用如下限制标准进行分析：

缆绳力：钢缆：55%破断力=522.5 kN聚丙烯缆：50%破断力=360 kN；护舷反力：2 360 kN

装卸作业时船舶纵/横向位移：纵移±1 m，（装卸工艺对船岸连接没有限制）。

各设计船型的系缆方式如图2～图4所示。

图2 15万t级散货船系缆示意图

图3 20万t级散货船系缆示意图

图4 30万t级散货船系缆示意图

工况设置如表2所示，其中方案一对应工况为：工况1～工况2，工况5～工况6，工况9～工况10。方案二对应的工况为：工况3～工况4，工况7～工况8，工况11～工况12。护舷为1 600 H，系船柱2 000 kN，水流均为1节（NW向），风均为43节（SSE向）。

表2 北侧泊位系缆分析工况设置

5 泊位计算结果

5.1 缆绳受力分析结果

不同设计船型对应的缆绳受力情况如表3～表5所示。根据计算，30万t级、20万t级和15万t级船舶在靠泊时缆绳最大受力分别为34.1 t，32.9 t和27.7 t，分别为缆绳破断力的36 %，46 %和38 %。所有工况下缆绳受力均小于破断力的50 %。

表3 30万t级（压载吃水）缆绳力分布

表4 20万t级（压载吃水）缆绳力分布

表5 15万t级（压载吃水）缆绳力分布

5.2 船舶运动量分析结果

不同工况下船舶运动量如表6所示。最大运动量为1.3 m横移，发生在工况5～工况8，即20万t级船舶靠泊时。考虑到在当地风速达到22 m/s时已属于极端天气状况，故此种工况可以允许船舶停止作业。

表6 不同工况下船舶运动量

6 结语

1）各设计船型对应的系缆力最大值均出现在方案二（设计波高1.7 m）、设计高水位工况下。

2）对于方案一和方案二，在设计高水位和设计低水位时，不同设计船型在最不利工况作用下，各缆绳受力均满足要求。

3）相比于方案一，不同船型在方案二的系缆布置下，缆绳受力普遍较大，因此，从船缆受力角度分析，推荐方案一作为平面布置方案。

4）对于北侧泊位，20万t级船舶靠泊时，最大运动量为1.3 m横移，超过了允许正常作业限制最大位移。考虑到当地风速较弱，当风速达到22 m/s时已经属于极端天气状况，可以考虑船舶不作业。

5）南侧泊位可参考北侧泊位的布置情况，验算南侧靠船时的系缆稳定。