福建沿海某重件码头临时靠泊化学大件运输船舶论证分析

■刘锦安 邢未平

（1.福建省港航勘察设计院有限公司，福州 350001；2.中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，长沙 410014）

国亨化学丙烷脱氢及聚丙烯项目一期工程建设所需的反应堆、冷却塔等共计16 件大件设备，拟通过5 艘货船海运至福建沿海某重件码头，再通过滚卸的作业方式上岸。 本次运输的大件设备中单件最大重量近1144 t，现有的码头结构是否能够满足大件运输船舶的靠泊和作业要求，亟需开展相关论证工作。

1 码头工程现状

本次靠泊的码头为7000 t 级重件滚装码头，其泊位长度为120 m，码头面顶高程为＋9.0 m（当地理论最低潮面，下同），泊位中部布置有滚装平台，滚装车道宽16 m，垂直岸线方向实测坡比0.62%。 码头前沿停泊水域按丁靠布置，停泊水域宽148 m，长84 m，设计底高程为－7.7 m；顺岸靠泊时码头前沿停泊水域37 m 宽度范围，设计底高程为－7.7 m。 回旋水域回旋圆直径为310 m，回旋水域先期开挖至－4.0 m。 码头断面图如图1 所示。

图1 码头断面图

2 码头临时靠泊安全性论证

本文以本次运输最重件——丙烷丙烯分离塔（重达1144 t） 通过大件运输船丁靠该码头后再滚卸上岸为例，从水域主尺度、码头结构和附属设施等方面逐一进行论证分析。 大件运输船丁靠过程包括船舶进入回旋水域后，开始调整船身，在拖轮的辅助下缓慢进入港池，完成丁靠。

2.1 论证船型及运输设备

本次大件运输临时靠泊船型“友建之星”相关规格参数如下：总长L 为119.0 m、船宽B 为23.8 m、型深H 为6.0 m、满载吃水T 为4.35 m、满载排水量9 395.4 t。 运输设备规格参数如下：货物名称：丙烷丙烯分离塔，重量1144 t，包装尺寸DN 10 000×106 880 mm，接卸方式：滚卸。

2.2 泊位长度

根据《海港总体设计规范》[1]第5.5.7.1 条规定：丁靠布置时，单个泊位长度：

式（1）中：B 为滚装船型宽（m）。因此，论证船型丁靠时所需泊位长度Lb=3×23.8=71.4 m， 而该码头滚装平台范围前沿停泊水域长84 m，其泊位长度能满足论证船型丁靠的靠泊要求。

2.3 停泊水域宽度

根据《海港总体设计规范》[1]第5.5.11 条规定：丁靠布置时，码头前沿停泊水域宽度：

式（2）中：L 为滚装船总长（m）；Lt为艉或艏外端至码头接岸设施外端的长度（m）；B 为滚装船型宽。 因此，论证船型丁靠时所需的停泊水域宽度Bt=119+3+23.8=145.8 m， 而该码头滚装平台范围前沿停泊水域宽148 m 能够满足论证船型丁靠的靠泊要求。

2.4 码头前沿水深和底高程

根据《海港总体设计规范》[1]第5.4.12 条规定，码头前沿水深按下式计算：

式（3）中：D 为码头前沿设计水深（m）；T 为靠泊船型满载吃水（m）；Z1为龙骨下最小富裕深度（m）；Z2为波浪富裕深度（m）；Z3为船舶因配载不均匀而增加的船尾吃水值（m）；Z4为备淤深度（m）。 本次论证船型“友建之星”所需的码头前沿水深及底高程计算结果如下所示：T 为4.35 m，Z1为0.6 m，Z2为0 m，Z3为0.2 m，Z4为0.4 m，设计低水位为0.75 m，论证前沿底高程为－4.8 m，论证底程取值－4.8 m。

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由计算结果可知：论证船舶所需前沿底高程应不高于－4.8 m。 根据本工程最新多波束扫测结果，该码头滚装平台范围前沿停泊水域长84 m，宽148 m，范围内最浅点为－5.4 m，能够满足论证船型的满载吃水的靠泊需求。

2.5 回旋水域

2.5.1 回旋水域平面尺度

由于码头前沿水流以往复的潮汐流为主，本工程按《海港总体设计规范》[1]第5.3.3 条规定，回旋水域直径按2.5 L 进行计算。 论证船型回旋掉头所需回旋圆直径D=2.5×119.0=297.5 m， 而本工程现有回旋圆直径为310 m， 能够满足临时靠泊船舶的掉头需求。

2.5.2 回旋水域设计底高程

回旋水域设计水深：

式中：T 为靠泊船舶满载吃水（m）；Z0为航行时船体下沉量（m）；Z1为龙骨下最小富裕深度（m）；Z2为波浪富裕深度（m）；Z3为船舶装载纵倾富裕深度（m）；Z4为备淤富裕深度（m）。 本次论证船型“友建之星”所需的回旋水域水深及底高程计算结果如下：T 为4.35 m，Z0为0.18 m、Z1为0.2 m、Z2为0.67 m、Z3为0.2 m、Z4为0.4 m、D 为6.0 m、临时设计底高程为－3.0 m、乘潮水位为3.0 m、乘潮历时为＞6 h、乘潮保证率为90%。 根据最新多波束扫测结果，本工程回旋水域个别最浅点底高程为－3.0 m，因此回旋水域临时设计底高程取－3.0 m。

2.6 码头结构及附属设施

2.6.1 系缆设施复核

根据运输公司提供的船舶带缆示意图（图2），船体丁靠时共系6 条缆绳，均系于750 kN 系船柱上。艏缆、艉缆1 和艉缆2 与码头前沿法线夹角分别为67°、18°、22°，船首八字锚与水平方向夹角为34°。考虑到艏缆带缆角度67°， 其带缆角度较大且缆绳较长，所能提供的系缆力较为有限，在计算缆绳系缆力时，为便于计算暂不考虑其所能提供的系缆力（作为安全富余量）。 根据受力平衡分析，丁靠时尾缆1（18°）系缆力为245.6 kN、尾缆2（22°）系缆力为73.8 kN，八字锚所受拉力为185.2 kN。因此，本工程现有的750 kN 系船柱，能够满足论证船型丁靠的系缆要求。

图2 丁靠系泊示意图

图3 友建之星顺利靠泊现场照片

2.6.2 靠泊设施复核

（1）橡胶护舷撞击力复核。 根据《港口工程荷载规范》[2]，船舶有效撞击能计算如下：

式中：Eo为船舶靠岸时的有效撞击能量（kJ）；ρ 为有效动能系数；M 为船舶质量（t）；Vn为船舶靠岸时的法向速度（m/s）。

论证船型“友建之星”的有效撞击能计算结果如下：满载排水量Mo为9395.4 t、靠船速度Vn为0.12 m/s、有效撞击能量Eo为54.12 kJ。 该码头前沿护舷采用500 H 超级拱形橡胶护舷（标准型，变形达到52.5%每延米吸能量E＝72 kJ，设计反力R＝344 kN），能满足论证船型靠泊要求。

（2）橡胶护舷底高程复核。 考虑到船舶在靠泊和装卸作业过程中， 受波浪影响存在着横摇和升沉，为保证临时靠泊和作业的安全，论证船型的满载干舷高度应大于最小干舷高度Lg。

式中：B 为船宽；HSC为装卸作业允许升沉量；θ为安全装卸作业的最大横摇角度；Ly为与橡胶护舷的接触长度，取0.1 m；Δh 为水面与护舷最低高程的距离。

本工程橡胶护舷底高程为1.0 m，工程所在地设计低水位为0.75 m，故设计低水位到橡胶护舷底部距离为0.25 m；参照《海港总体设计规范》[1]第5.4.29条关于装卸作业允许的船舶运动量的规定，并结合本工程周边自然环境分析，论证船型进行安全作业的允许横摇角度取θ≤3°，允许升沉量HSC≤1.0 m。

综上， 计算可知本工程最小干舷高度Lg 为1.47 m，论证船型满载干舷高度为1.65 m。 该码头在船舶靠泊水位≥设计低水位、 横摇角度≤3°、允许升沉量≤1 m 的条件下， 能够满足论证船舶的临时性靠离泊及装卸作业要求。

（3）橡胶护舷水平间距复核。本工程采用的橡胶护舷型号为500 H 超级拱形橡胶护舷，其水平最大间距为7.72 m。为验证本工程橡胶护舷的布置是否满足论证船型靠泊要求，计算论证船型的有效撞击能量，并根据护舷厂家提供的橡胶护舷性能曲线（图4）来确定橡胶护舷在该有效撞击能量下的压缩变形量，最终依据《码头附属设施技术规范》[3]和BS 6349[4]第四部分关于橡胶护舷间距的规定来判定7.72 m 的橡胶护舷间距是否能够满足论证船型的靠泊要求。

图4 500 H 超级拱形橡胶护舷性能曲线

首先，计算船舶撞击力及变形率。 论证船型的有效撞击能量结果显示：论证船型“友建之星”满载排水量为9395.4 t、法向速度为0.12 m/s、船舶有效撞击能为54.12 kJ、每延米有效撞击能量为54.12 kJ、变形率为42.47%。

其次，计算最大护舷水平间距。 根据《码头附属设施技术规范》[3]第5.2.3.4 条规定：护舷的水平间距，应保证护舷达到设计压缩变形量时，船舶靠离不会撞到相邻护舷间的码头结构物[5]。 连片式码头最大护舷水平间距，可按以下公式计算，计算示意图如图5 所示：

图5 计算示意图

由计算结果可知，从横向靠泊安全性的角度分析， 该码头现有橡胶护舷水平最大间距为7.72 m，能够满足论证船型的临时靠泊要求。

2.6.3 码头结构计算

临时荷载下码头抗滑、抗倾、基床应力计算结果如表1～2 所示。 根据表1、2 的计算结果，码头主体结构能满足本次临时靠泊的使用要求。

表1 码头持久组合抗滑、抗倾计算结果

2.7 使用要求及保障措施

（1）码头的临时靠泊荷载应限制在论证使用荷载范围内，不允许超载；（2）在码头前沿合适位置增加2～3 个水尺；（3）滚卸作业时船首变位较大，受力较复杂，作业过程应对缆绳进行实时监测，并根据缆绳的松紧情况及时调整；（4）拖轮配置需参照《湄洲湾港船舶靠离泊和引航或移泊使用拖轮艘数的配备标准》执行，建议配备1 艘拖轮值守，以备应急；（5） 应确保临时靠泊前， 通航水深满足设计要求，通航水域没有碍航物；（6）根据《海港总体设计规范》[1]有关规定并结合重件码头原设计条件，本次临时靠泊作业的自然控制因素及标准如表3 所示；（7）待潮位使驳船甲板面与码头滚装泊位平面高差小于200 mm 时将车辆驶入驳船设备正下方，按要求将设备顶升离开支墩，静置5 min 后，开始将设备运离驳船，运行速度小于0.5 km/h。

表3 临时靠泊允许作业标准

3 结论

（1）该重件码头的泊位长度、前沿停泊水域尺度、回旋水域尺度及水深均能够满足论证船型临时靠泊的要求；同时，码头的水工结构和附属设施也能够满足论证船型的临时靠泊要求；（2）从竖向靠泊安全性的角度分析，论证船型在潮位≥0.75 m（设计低水位）、横摇角度≤3°、允许升沉量≤1 m 的条件下，可靠泊该重件码头；（3）从横向靠泊安全性的角度分析，该重件码头现有的橡胶护舷水平最大间距为7.72 m，能够满足论证船型的靠泊要求；（4）码头的临时靠泊荷载应限制在论证使用荷载范围内，不允许超载；（5）滚卸作业时船首变位较大，受力较复杂，作业过程应对缆绳进行实时监测，并根据缆绳的松紧情况及时调整。