從設(shè)計角度分析船舶進出港口通航安全控制

1、第 08卷 第 6期 中 國 水 運 Vol.8 No.6 2008年 6月 China Water Transport June 2008收稿日期:2008-05-04作者簡介:陳占剛,日照海事局。從設(shè)計角度分析船舶進出港口通航安全控制陳占剛(日照海事局,山東 日照 276826摘 要:進行港口設(shè)計時,針對選定的船型,碼頭泊位滿足設(shè)計的長度,港池、航道水深滿足設(shè)計的水深時,船舶 進出港口航道、系泊碼頭進行裝卸作業(yè)才能保證安全。 關(guān)鍵詞:泊位富裕長度;船舶富裕水深中圖分類號:U698 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1006-7973(200806-0014-02港口作為交通運輸樞紐,水陸聯(lián)運的咽喉

2、,是水陸運輸 工具的銜接點和貨物、旅客的集散地,在現(xiàn)代交通運輸系統(tǒng) 中占有重要的地位。為進行貨物的裝卸、旅客上下或其他的 專業(yè)性作業(yè),港口必須有足夠的水域、碼頭和陸域等基礎(chǔ)設(shè) 施。港口水域包括錨地、航道、船舶調(diào)頭水域和碼頭前水域 (港池 ,還有導(dǎo)航助航標(biāo)志等設(shè)施。碼頭是停靠船舶、上下 旅客和裝卸貨物的場所。陸域設(shè)施包括倉庫、堆場、鐵路、 道路、裝卸機械、運輸機械以及生產(chǎn)輔助設(shè)施等。對于已經(jīng)投入生產(chǎn)的港口,通航條件是確定的,我們從 港口設(shè)計的角度分析一下船舶安全進出港口航道、系泊碼頭 進行裝卸作業(yè)安全控制。一、根據(jù)碼頭泊位尺度確定靠泊船舶這里所指的泊位就是一艘設(shè)計船型停靠碼頭時所占用的 空間,即

3、所占用的碼頭岸線長度(泊位長度 、碼頭前水域?qū)?度(泊位寬度和相應(yīng)的水深(泊位水深 。設(shè)計船型在交通 部海港總平面設(shè)計規(guī)范中有明確的分類,船舶因長度、 吃水、干舷高度的差異,受到風(fēng)、流等外界因素作用,產(chǎn)生 不同的外力作用到碼頭上,會對碼頭的安全穩(wěn)定、碼頭設(shè)施 產(chǎn)生不同的影響,所以我們要嚴(yán)格按照船型的分類控制船舶 的靠泊。泊位長度一般由船長 L 和船與船之間的必要間隔所構(gòu) 成。確定間隔要考慮系纜要求,船舶靠離安全、方便,碼頭 設(shè)計時考慮到船舶通過纜繩和防沖設(shè)施作用于碼頭的系纜 力、擠靠力和撞擊力。船舶?？吭诖a頭裝卸貨物時受到風(fēng)、 流、波浪和流冰的作用,靠離碼頭、移泊、試車等作業(yè),都 會通過船纜對

4、碼頭有作用力,這就是系纜力。擠靠力是系泊 中的船舶在吹攏風(fēng)或橫流作用下對碼頭產(chǎn)生的力。撞擊力是 船舶撞擊碼頭時產(chǎn)生的力,原因有靠泊時的船舶速度產(chǎn)生和 系泊中的船舶受波浪作用產(chǎn)生的。所以船纜的方向以及每個 系船設(shè)備上船纜的數(shù)量關(guān)系到碼頭設(shè)施的穩(wěn)定以及系船設(shè)備 的安全。1.單個泊位整個碼頭線只布置一個泊位。此時泊位長度主要取決于 首尾纜的系纜角度和長度。首尾纜限制船舶移動的功能取決于首尾纜的水平系纜角(和垂直系纜角( ,這是因為 和 決定著首尾纜平行碼頭線和垂直碼頭線的系纜力。和 與船型尺度、潮位及裝載狀態(tài)有直接關(guān)系,經(jīng)分析使 在 3540時系纜綜合效果較好。參照上述分析規(guī)范規(guī)定泊 位間富裕長度

5、d 按下表取值。一個泊位長度 Lb:L (m 40418586150 151200 201230 230d (m581012151820222530Lb=L+2 d式中:L設(shè)計船長(m對專業(yè)化碼頭,有時 Lb=L+2 d 所確定的泊位長度不能 滿足裝卸工藝要求,此時應(yīng)服從工藝要求。泊位寬度,即保持碼頭前水深不變的寬度,確定此寬度 要考慮到船舶系泊時可能產(chǎn)生的漂移量。吹開風(fēng),加之尼龍 纜的變形以及潮位變化均是導(dǎo)致船舶飄移的原因。一般泊位 寬度取為二倍船寬。式 Lb=L+2 d 適用于有掩護水域泊位長度的計算。系泊 在開敞式碼頭的船舶,其受力遠較有掩護水域復(fù)雜,除系纜 角度適宜外,纜繩應(yīng)有足夠的長

6、度以吸收船舶動能減小系船 力。 一般泊位長度 (采用首尾系纜墩時, 即為墩間長度 :Lb=(1.41.5L2.連續(xù)設(shè)置多泊位連續(xù)設(shè)置多泊位的端部泊位,其一側(cè)相當(dāng)于單個泊位。 由于相鄰的泊位允許交叉帶纜和出現(xiàn)壓纜現(xiàn)象,故船舶之間 的距離滿足上表 d 值即可滿足系纜要求。故泊位長度 Lb:端部泊位 Lb=L+1.5d 中間泊位 Lb=L+d實踐表明,這樣的間距一個泊位有船,而相鄰泊位進行 靠離作業(yè)。可基本上滿足互不影響的要求。3.折角布置的泊位在突堤式碼頭布置中,突堤與順岸相接的兩泊位成折角 布置。我國現(xiàn)有碼頭岸線折角有 45、70和 90,從 使用上看以大于 70為好。直立式碼頭折角處的泊位長度

7、 Lb:第 6期 陳占剛:從設(shè)計角度分析船舶進出港口通航安全控制 15Lb=L+0.5 d式中:船長系數(shù),按下表選取。兩直立式碼頭間夾角 60 70 90 120 DWT 5000t 1.45 1.35 1.25 1.15 DWT5000t 1.55 1.40 1.30 1.20 危險品碼頭的泊位長度計算,應(yīng)滿足相鄰兩泊位最小凈 距離要求,可參考相應(yīng)規(guī)范。實際生產(chǎn)中,端部泊位的富裕長度和船舶間的富裕長度 可能不能滿足設(shè)計要求,而碼頭設(shè)施是固定的,這樣就會使 個別的系船設(shè)備上纜繩數(shù)量增多,纜繩的受力方向改變,在 惡劣氣象條件下容易造成系船設(shè)備損壞和危及碼頭的穩(wěn)定。 二、根據(jù)港口通航水域的水深控制

8、船舶吃水港池、船舶調(diào)頭水域、航道和錨地構(gòu)成了港口的通航水 域。設(shè)計船型船舶在拖輪的協(xié)助下,港內(nèi)水域的寬度能夠滿 足船舶航行的需要。下面我們討論一下通航水域水深對船舶 的要求。1. 碼頭前沿水深 (港池水深 由?？勘静次坏脑O(shè)計船型 滿載吃水和必要的富裕水深構(gòu)成。船舶在碼頭前航速很小, 一般不超過 0.2m/s,幾乎不存在因船舶航行增加船舶吃水 的現(xiàn)象。因此,富裕水深主要考慮水深誤差、波浪引起的船 舶垂直升降、配載增加的吃水等因素。碼頭前沿水深可用下 式計算:D=T+Z1+Z2+Z3+Z4式中:D碼頭前沿設(shè)計水深(m ;T設(shè)計船型滿載吃水(m ;Z1龍骨下最小富裕深度(m ;Z2波浪富裕深度(m

9、;Z3船舶因配載不均勻而增加的尾吃水(m ; Z4備淤深度(m 。船舶龍骨下最小富裕深度 Z1, 主要是防止船舶觸底, 同 時兼顧防止從冷卻取水口吸入泥砂。按海底土壤的類別確定 Z1的取值,海底為淤泥土、含淤泥的砂、含粘土的砂和松砂 土?xí)r Z1取 0.30米,海底為含砂或含粘土的塊狀土?xí)r Z1取 0.40米,海底為巖石土?xí)r Z1取 0.60米。在有掩護的水域波高通常小于 1.0米,波浪對停泊船舶 的影響很小,此時取波浪富裕深度 Z2 =0。開敞式碼頭泊穩(wěn) 標(biāo)準(zhǔn)取值隨船舶噸位大小、浪向、作業(yè)性質(zhì),允許停泊波高 可能在 0.82.0米,系泊船舶受波浪影響大,所以波浪富裕 深度 Z2的取值十分復(fù)雜。

10、船舶配載從航行方面考慮希望尾傾,減少航行阻力且對 舵效、車效有利并增加安全感。雜貨船和集裝箱船尾傾大, 但一般不會滿載航行,所以不考慮增加尾傾富裕;油輪和散 貨船多為滿載營運,配載尾傾可人為控制,規(guī)范規(guī)定油輪和 散貨船因配載不均勻而增加的尾吃水 Z3=0.15米。 備淤富裕深度 Z4決定于碼頭前回淤情況及前后疏浚時 間間隔,一般不小于 1.4米。2.航道的設(shè)計水深 D 在碼頭前沿水深的基礎(chǔ)上還要增 加船舶航行時船體下沉增加的富裕水深。D=T+Z0+Z1+Z2+Z3+Z4式中:D航道設(shè)計水深(m ;Z0船舶 航行時船體下 沉增加的富裕 水深 (m ,按下表確定。船舶噸級(t土壤類別DWT 500

11、05000DWT 1000010000DWT 5000050000DWT 100000100000 DWT 300000淤泥土 0.2 0.2 0.3 0.4 0.4 含淤泥的砂、 含粘土的砂和松砂0.3 0.3 0.4 0.5 0.6 含砂或含粘土的塊狀土0.4 0.4 0.5 0.6 0.7 巖石土 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 還有關(guān)于航道水深的一般性提法,可以參考。如歐洲引 水員協(xié)會(EMPA 、國際航運會議常設(shè)協(xié)會等對航道水深要 求:(1外海航道,特別是易受尾隨長浪和弦側(cè)涌浪影響的 外航道應(yīng)不小于 1.2倍船舶吃水; (2港外航道,易受涌浪 影響的航道和錨地應(yīng)不小于 1.1

12、5倍船舶吃水; (3港內(nèi)和 受浪影響較小的航道應(yīng)不小于 1.10倍船舶吃水。3. 港外錨地水深不應(yīng)小于船舶滿載吃水的 1.2倍。 當(dāng)波 高超過 2米時,尚應(yīng)增加波浪富裕深度。港內(nèi)錨地水深一般 可與碼頭前沿水深一樣。4.高潮乘潮水位對于進港航道水深較淺的港口,船舶的出入一般都需要 乘潮進行,所以要統(tǒng)計高潮水位的持續(xù)時間。為了保證船舶 的安全,應(yīng)根據(jù)船舶出入作業(yè)的要求,選定合理的持續(xù)時間 t。 此外, 在確定乘潮水位時, 尚需根據(jù)船舶出入港口的密度, 確定水位達到和超過該潮位的累積頻率 P。推求高潮乘潮水 位可采取如下的步驟:(1 在潮位過程線上, 量取各次潮峰上歷時為 t 小時的 潮位,統(tǒng)計其在不同水位級內(nèi)出現(xiàn)的次數(shù);(2根據(jù)潮位的變幅和統(tǒng)計要求的精度把潮位分成間 隔,一般間隔可取 0.2米;(3 統(tǒng)計某一間隔內(nèi)潮位出現(xiàn)的次數(shù), 然后把高于某種 間隔下限的潮位在一年中出現(xiàn)的次數(shù)累加起來;(4 設(shè)累加次數(shù)為 m, 總次數(shù)為 n, 則高于該間隔下限 的潮位累積頻率為 P=m/n*100%;(5取水位為縱坐標(biāo),累積頻率 P 為橫坐標(biāo),并將不 同的 P 所對應(yīng)的潮位繪