40萬噸級(jí)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(yáng)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(shè)計(jì)水深為‐12.0m。

近年來，揚(yáng)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(jí)超大型礦砂船（VLOC）的建造訂單。當(dāng)40 萬噸級(jí)超大型礦砂船建造完成下水停靠揚(yáng)子江1#舾裝碼頭，船舶靠泊碼頭采取何種系泊方案是一個(gè)問題，需要探討40 萬噸級(jí)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(jìn)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(yàn)以及利用OPTIMOOR 軟件40 萬噸級(jí)超大型礦砂船（VLOC）進(jìn)行模擬計(jì)算分析，根據(jù)船舶在不同的風(fēng)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(yáng)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(biāo)高5.8m，前沿泥面設(shè)計(jì)標(biāo)高-12.0m。碼頭前沿設(shè)置有3000kN 系船柱1 個(gè)，2000kN 雙柱系船柱11 個(gè)，1500kN 雙柱系船柱1 個(gè)，2000kN 雙柱系船柱11 個(gè)，1500kN 雙柱系船柱31 個(gè)，碼頭后方共設(shè)置有2000kN 系船柱19 個(gè)，1000kN 雙柱系船柱15 個(gè)。碼頭泊位總長度928m。

1.3 風(fēng)況

太倉港區(qū)季風(fēng)特征明顯，夏季以SE～SSE 向風(fēng)為主，冬季受冷空氣影響以N 向風(fēng)為主。太倉港區(qū)多年平均風(fēng)速3.3m/s，全年常風(fēng)向?yàn)镋 向，統(tǒng)計(jì)頻率為12%，強(qiáng)風(fēng)向?yàn)镹W 向，最大風(fēng)速為20.0m/s。本區(qū)大風(fēng)主要由寒潮和臺(tái)風(fēng)影響引起，風(fēng)力≥6 級(jí)的大風(fēng)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(shí)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(jì)算分析

船舶荷載計(jì)算流速按照當(dāng)?shù)刈畲罅魉?.6m/s 計(jì)算，計(jì)算風(fēng)速按13.8m/s（六級(jí)風(fēng)上限）、24.4m/s（九級(jí)風(fēng)上限）和28.4m/s（十級(jí)風(fēng)上限）分別計(jì)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(duì)40 萬噸礦砂船進(jìn)行靠泊荷載計(jì)算分析，具體結(jié)果如下：

表2 40 萬噸礦砂船靠泊荷載計(jì)算結(jié)果

2.2 系船柱論證

碼頭前沿設(shè)置有3000kN 系船柱1 個(gè)，2000kN 雙柱系船柱11 個(gè)，1500kN 雙柱系船柱31 個(gè)，碼頭后方共設(shè)置有2000kN 獨(dú)立系船柱19 個(gè)，1000kN 雙柱系船柱15 個(gè)。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(jí)風(fēng)上限28.4m/s 和1.6m/s 水流共同作用下，在設(shè)計(jì)低水位時(shí)，考慮八個(gè)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(hù)舷論證

碼頭前沿配備超級(jí)鼓型SC1250H 二鼓一板橡膠護(hù)舷81 套，護(hù)舷在其設(shè)計(jì)變型52.5%時(shí)，吸能量為764kJ/套，反力為1392kN/套，最大變型55%時(shí)，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(shí)最大撞擊能量為576kJ，最大擠靠力為652kN，碼頭前沿設(shè)置的橡膠護(hù)舷滿足靠泊要求。

3 系泊方案

3.1 不超過六級(jí)風(fēng)系泊方案

在風(fēng)力不超過六級(jí)（上限13.8m/s）時(shí)，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(gè)（其中，1500kN 系船柱2 個(gè)，2000kN 系船柱3 個(gè)，3000kN系船柱1 個(gè)）。

圖1 六級(jí)風(fēng)以下帶纜示意圖

圖2 六級(jí)風(fēng)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(jìn)行模擬計(jì)算，考慮最不利工況（吹開風(fēng)時(shí)），可以得到如表3的計(jì)算結(jié)果。

表3 六級(jí)風(fēng)時(shí)各纜繩受力

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

表4 六級(jí)風(fēng)時(shí)各系船柱受力

由以上結(jié)果可知，當(dāng)船舶受到吹開風(fēng)時(shí)，按照以上帶纜方式，考慮12 根系纜，6 個(gè)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(jí)風(fēng)以下系泊方案

當(dāng)風(fēng)力超過六級(jí)時(shí)，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(gè)。

圖3 九級(jí)風(fēng)系纜示意圖

圖4 九級(jí)風(fēng)模擬系纜示意圖

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

表5 九級(jí)風(fēng)時(shí)各纜繩受力

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

表6 九級(jí)風(fēng)時(shí)各系船柱受力

由以上結(jié)果可知，當(dāng)船舶受到吹開風(fēng)時(shí)，按照以上帶纜方式，考慮14 根系纜，作用于8 個(gè)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(dá)764kN。

4 系泊研究結(jié)論

碼頭前沿設(shè)置有3000kN 系船柱1 個(gè)，2000kN 雙柱系船柱11 個(gè)，1500kN 雙柱系船柱31 個(gè)，碼頭后方共設(shè)置有2000kN 系船柱19 個(gè)，1000kN 雙柱系船柱15 個(gè)，可滿足40 萬噸礦砂船在不超過十級(jí)風(fēng)時(shí)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(shí)應(yīng)嚴(yán)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(shí)應(yīng)控制實(shí)際排水量，建議控制在100000 噸以下。

（3）關(guān)于避風(fēng)：當(dāng)風(fēng)力預(yù)報(bào)超過六級(jí)時(shí)，應(yīng)增加實(shí)際受力的纜繩數(shù)量和系船柱數(shù)量，當(dāng)風(fēng)力預(yù)報(bào)超過十級(jí)時(shí)，船舶應(yīng)盡早離開碼頭至錨地避風(fēng)。