印尼某趸船码头系泊方案研究

张国权，曹 煜，张慈珩

（1.中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222；2.交通运输部天津水运工程科学研究所，天津 300456）

引言

趸船是一种无动力船，通常靠在岸边作为浮码头使用，供过往船只靠泊。趸船码头通常分为独立趸船式、斜坡式和高桩墩台式。独立趸船式码头通过锚链系统或撑杆系统漂浮固定趸船，船岸连接采用浮桥，结构简便，经济实惠。斜坡式趸船码头对水位变化适应性好，在内河中普遍使用。高桩墩台式趸船码头对地基承载力要求不高，适用于河道边坡较陡的情况。趸船的缆绳系到码头上的系船柱或者岸上的地牛，靠泊船舶的缆绳系到趸船上的系船柱或者岸上的地牛。对于高桩式码头，趸船与码头平台之间需要设置护舷，靠泊船与趸船之间也需要设置护舷。趸船泊位的系泊本质上是一种双船并靠系泊。随着趸船码头靠泊船型逐渐增大，趸船的系缆力计算分析已经不可忽视[1]。

一般工程船舶的系缆力、撞击力的计算主要依据《港口工程荷载规范》JTS 144-1-2010[2]。趸船码头系泊存在着两套缆绳与两套护舷共同作用，相比于传统的系泊计算更加复杂。另外，由于趸船系泊的特殊性，规范中推荐的系缆夹角、系船柱布置通常难以满足。因此，针对拟定的系泊方案，需要开展相应的专项研究，评估系泊方案的可行性。

目前国内外关于码头系泊的研究，主要分为物理模型[3]和数值模型[4]两大类。物理模型通常存在耗时久，价格高的缺点。数值模型通常耗时较短，且其精度也在多个工程实践中得到充分的验证。以OPTIMOOR为代表的系泊分析软件，在国内外诸多工程中得到推广使用[5][6]。结合操作人员的工程经验，数值模型可以比较准确的反映给定系泊方案下的缆绳受力条件与护舷反力特征，供设计人员参考，起到合理布置，优化方案的效果。

本文以印尼某趸船码头为例，通过OPTIMOOR软件评估了该码头的系泊安全性，供类似工程设计参考。

1 工程背景

本工程临近马鲁谷海，拟建一个趸船码头，通过趸船将货物直接卸载至靠岸卡车。工程区域岸坡坡度大，岸边水深较浅。通过趸船作为过渡段，可在不增加码头平面尺度的情况下将码头装卸作业区域延伸至深水区域，为散货船的靠泊提供水深条件。趸船码头采用高桩墩台结构，断面如图1所示。码头长度140 m，码头顶高程4.0 m。码头前沿趸船停泊水域区底高程-3.7 m，散货船停泊水域底高程-14 m。

图1 趸船码头断面示意图

工程区域附近海浪较小。有效波高大于0.8 m出现的频率约为5 %，最大有效波高为1.997 m。常浪向为W向，出现频率为42.74 %，次常浪向为WSW向，出现频率为17.33 %，码头前沿设计波浪要素如表1所示。

根据附近几个气象站的风速资料，工程附近海域风速较小，常风向为W向，出现频率为25.02 %，次常风向为WSW向，出现频率为10.15 %。根据附近气象站资料得到的风玫瑰图如图2所示。

图2 工程区域附近气象站风玫瑰图

根据实测潮位资料显示，工程区域潮差较小。另外在工程附近海域分别进行了两次海流观测，观测到的最大流速分别为0.56 m/s和0.64 m/s。

表1 码头前沿设计波浪要素

本工程设计船型如下表所示，趸船尺度为118 m长，22 m宽，在趸船外侧靠泊最大船型为5.7万DWT散货船。

表2 设计船型主尺度

2 系泊方案设计

趸船码头系泊布置如图3所示：

图3 趸船码头系泊布置示意图

本工程一共在岸上设置4个地牛以辅助系缆，地牛尺寸为6.5 mx6.5 mx2.5 m，地牛上设置1 000 kN系船柱，地牛平面布置如图3所示。

5.7 万DWT散货船靠泊在趸船上，船用缆绳为直径80 mm的尼龙缆，缆绳布置采用3-3-1型式。3根艏缆和3根艉缆分别系在最外侧的地牛上，3根艏横缆和3根艉横缆分别系在内侧的两个地牛上，倒缆均系在趸船上的系缆柱上。

趸船靠泊在趸船码头上，船用缆绳为直径80 mm的尼龙缆，分别布置2根艏/艉缆，1根艏倒缆和1根艉倒缆。艏/艉缆均系到内侧地牛上，倒缆系在码头系船柱上。

趸船码头上设置锥形1 000H护舷。趸船上配备直径1 m轮胎护舷。

3 理论分析及模型建立

OPTIMOOR软件基于OCIMF规范计算各环境变量（如风、浪和流等）产生的作用在船舶上的荷载。通过迭代寻找满足系统力和力矩方程的船体位置。对于波浪作用，程序采用反应振幅算子方法（Response Amplitude Operator）计算波浪产生的一阶和二阶波浪力，以及相应的船舶运动量。

在OPTIMOOR中建立系泊模型如图4所示。

图4 系泊数值模型示意图

模型中考虑风向为常风向和任意360°方向，分析不同风向对缆绳受力的影响。工程区域设计高水位1.5 m，对应2年一遇波高为1.3 m，周期5.1 s；设计低水位0.2 m，对应2年一遇波高为1.2 m，周期5.1 s。计算分别考虑设计高水位船舶压载和设计低水位船舶满载两种工况，分析每根缆绳最大受力情况。

4 结果分析

工程区域常风向为W向，且出现频率较高（25.02 %），首先分析常风向下缆绳最大受力情况，如图5、图6所示。船舶缆绳受力较为均匀，趸船最大缆绳受力为199 kN，占缆绳破断力22 %，最小缆绳受力为92 kN，占缆绳破断力10 %。散货船最大缆绳受力为181 kN，占缆绳破断力20 %，最小缆绳受力为69 kN，占缆绳破断力8 %。

图5 常风向下趸船缆绳受力图

图6 常风向下散货船缆绳受力图

进一步的，考虑到风向的随机性，根据规范要求，选取任意360°方向风进行船舶缆绳受力分析。结果表明，相对于常风向单一作用，全风向作用下，船舶最大系缆力均有不同程度的增加。趸船最大缆绳受力为215 kN，占缆绳破断力24 %，相对于常风向最大系缆力增加了16 kN；最小缆绳受力为124 kN，占缆绳破断力14 %。散货船最大缆绳受力为214 kN，占缆绳破断力24 %，相对于常风向最大系缆力增加了33 kN；最小缆绳受力为108 kN，占缆绳破断力12 %。所有缆绳最大受力均不超过破断力的45 %，满足规范要求。这表明虽然一些风向出现频率较低，但是对船舶系缆较为不利，尤其是外挡系泊的船舶，全风向作用工况下系缆力增加更为显著。为了船舶系泊的安全考虑，在设计过程中应基于全风向风荷载进行系缆力计算。

图7 趸船缆绳受力图

图8 散货船缆绳受力图

船舶最大运动量如下表所示。

表3 船舶最大运动量

根据《海港总体设计规范》JTS 165-2013[7]，散货船装卸作业允许的船舶运动量如下表所示。本项目配备抓斗卸船机，船舶运动量均满足正常装卸作业要求。

表4 装卸作业允许船舶运动量

5 结语

本文通过数值模型分析了散货船与趸船并靠系泊的平面布置方案与缆绳受力特征。结果表明，本工程的码头尺寸与地牛排布比较合理，满足趸船与散货船双船并靠系泊要求，符合散货船系泊期间的正常装卸作业要求。针对计算结果中散货船纵移较大、倒缆受力较大的情况，可考虑增设散货船倒缆，起到优化系泊的作用。

双船并靠码头的系缆方式与普通的单船系泊方式存在一定的差异，本文以散货船靠泊趸船为例，简要分析了双船靠泊的布置方式与受力特性，为以后类似工程的设计提供了参考。对于风浪流条件较为恶劣的情况，双船靠泊对系缆布置的要求会更高，届时通过数值模型甚至物理模型进行试验研究是必不可少的一环。