滚装码头护舷布置与优化

杨玉勤

（中交第二航务工程勘察设计院有限公司，湖北武汉 430071）

引言

滚装是一种在码头接岸设施与船舶之间通过其自身的车轮或其他滚动系统进行装卸的装卸作业方式[1]，以滚装方式直接进行货物装卸的通道开口的船舶称之为滚装船，亦称“滚上滚下”或“开上开下”船，滚装船在我国烟大航线、琼州海峡航线等多有运营。

为粤海两省经济与交通发展需求，匹配琼州海峡南岸海南省海口港新海港区客货滚装码头的建设，提高海峡运输的安全营运水平和运输能力，在北距海南岛仅18 海里的湛江徐闻港新建客货滚装码头，打造一条与海口新海港区协调发展、相互对接、海上里程最短的精品过海航线。

该客货滚装航线客滚船具有吃水浅，船身高大、线形平直，尾部采用方尾并设有跳板，船两侧设置有保护船体的水平纵向凸起大筋（护舷材），与普通货运码头船头斜向靠泊不同，采用船艉正向丁靠的方式靠泊等鲜明特点。针对该船型特点，本文以湛江港徐闻港区南山作业区客货滚装码工程0#泊位为例，研究了滚装船靠泊特点，提出了滚装码头护舷的布置与选型、码头结构技术改进等解决方案。

1 工程概况

示例工程位于雷州半岛南端，紧邻粤海铁路轮渡码头北港东侧，共建设16 个5 000 GT 客货滚装泊位和1 个5 000 GT 危险品专用滚装泊位(结构均按靠泊10 000 GT 客货滚装船预留)及配套设施。危险品泊位（0#泊位）布置于防波堤拐角处内侧，距堤头约500 m，设有侧靠辅助平台及接岸设施，船舶采用以船艉正向丁靠为主、侧靠为辅的方式系泊。丁靠直立接岸设施为高桩墩式结构，前沿布设固定斜坡道供船艉直跳板搭接形成车辆上下船通道完成滚装装卸作业，侧靠辅助靠泊平台平行于防波堤轴线顺岸布置，为高桩梁板式结构，主要功能供船舶检修及上下设备及靠泊导向，丁靠接岸设施突出于辅助靠泊平台前沿线之外，两者相互垂直平面布局呈“L”型。

2 设计基础资料

10 000 GT 客货滚装船主尺度：船长×船宽×型深×满载吃水=127 m×20.6 m×6.5 m×4.3 m。

5 000 GT 客货滚装船主尺度：船长×船宽×型深×满载吃水=94 m×17.6 m×5.9 m×3.79 m。

设计高水位（高潮累积率10 %）2.56 m；设计低水位（低潮累积率90 %）0.55 m；极端高水位（50年一遇）3.88 m；极端低水位（50 年一遇）-0.37 m。

设计水流流速0.4 m/s。

表1 码头前沿波浪要素（50 年一遇）

3 滚装船船型特点

3.1 舷侧凸起大筋

往来于琼州海峡两岸的客货滚装船船体外侧设有凸出的大筋（钢质护舷材），易对护舷产生竖向剪切破坏，且靠泊时易对护舷产生纵向剪切，造成码头前沿护轮坎混凝土拉裂破损及护舷破坏。大筋一般每侧船体各两道，对应于车辆甲板（干舷甲板）和旅客甲板位置各布设一道，上下间距约6 m，长度纵贯全船长，有些船在两层甲板中间3 m 位置增设一道。

图1 设有大筋的滚装船示意

3.2 侧靠+直跳板正向艉靠

图2 危险品泊位靠泊示意

危险品滚装泊位设有接岸段固定斜坡道，由于滚装船具有优越的回转性能，船舶可在自身车、舵、侧推器操纵下实现安全靠离泊。船到达港池之前，船速放缓，船艉向前低速行进，先横向驶近辅助靠泊平台，平行侧靠至辅助平台，停车后缓慢地沿泊位纵向移动，船艉丁靠至接岸设施，停稳后船艉跳板放下，搭接至接岸坡道[2]，危险品车辆上下船由跳板搭接，从单独通道上下船，完成滚装作业。

3.3 船体高度高

滚装船往往有多层甲板，船身高大。以10 000 GT滚装船为例，根据往来于琼州海峡两岸的实船资料，船体型深（船底至上甲板即车辆甲板）约6～6.5 m（其中干舷高2～2.2 m），大筋之间的平直段（车辆甲板至旅客甲板）高约6 m，旅客甲板至上层建筑（船员甲板、驾驶甲板、罗经甲板等）高约8～10 m。高大的船身意味着高潮位或空载时除了通过适时压舱水调整其吃水以满足跳板装卸坡度要求，码头结构也应有相应支撑防护措施。

4 撞击能量计算

4.1 船舶靠岸撞击能量

按设计船型满载排水量及最大法向允许靠船速度计算船舶撞击能量，根据《滚装码头设计规范》（JTS165-8-2008）[1]，船舶靠泊能量按下列公式计算：

式中：

E0为船舶靠岸时的有效撞击能量(kJ)；

ρ为有效动能系数，自航侧靠时按0.8（1+2T/B）计算，其中T为满载吃水，B为型宽；

M为船舶质量(t)，根据目前实船最大满载排水量8 410 t，考虑一定富余，按10 000 t 计算；

V为船舶靠岸法向速度(m/s)，港口工程荷载规范[3]中有掩护条件下10 000 GT 滚装船对应的法向靠泊速度上限为0.15 m/s，规范[1]在此基础上作了适当提高，在无拖轮辅助自行靠岸情况下取0.2 m/s。

本项目滚装船为自航侧靠+丁靠方式进行靠泊，丁靠时船舶已基本停稳且船与丁靠接岸结构之间通过架空跳板连接，未直接接触，故船舶有效动能系数按由侧靠平台完全吸收计算。经计算，10 000 GT滚装船有效动能系数为1.13，对应靠岸有效撞击能量为227 kJ。

4.2 系泊船舶在波浪作用下的有效撞击能量

横浪作用下系泊船舶有效撞击能量，根据高低水位对应波要素，按荷载规范公式对满载、压载工况分别进行计算，本港区波浪要素不是主要因素，非控制工况，在此对计算过程不再赘述。经过测算，波浪作用下有效撞击能量为22 kJ。

5 护舷选型布置与优化

5.1 护舷选型

按照护舷吸能满足船舶有效撞击能量227 kJ的要求，在锥形护舷与当地同类码头常用的DA 型护舷中进行选择。由于码头平台宽度仅15 m，横向刚度相对不强，在条件允许的情况下宜尽量减少码头横向水平力，故仅在低反力型护舷中进行比选，两者性能参数对比如表2。

表2 护舷性能参数对比

考虑到锥形护舷吸能量高、反力小及靠泊角度≤10°时吸能性能几乎不变的优势，优先选择锥形橡胶护舷。采用一锥一板，在护舷前端设置防冲板，减少作用于船舶的面压力，同时防冲板面安装有塑料贴面板，摩擦系数小，有效降低了船舶靠泊剪切力。经市场询价，上述两种护舷（均带防冲板及配件）价格相差不大。经技术经济比较，确定选用锥形CF900 低反力型一锥一板橡胶护舷，在吸能相当的情况下，其反力仅为拱形护舷的72 %左右，对于受船舶荷载影响较大的高桩码头而言是极有利的。

5.2 护舷水平间距

根据码头附属设施规范[4]，码头最大护舷水平间距S按下述两式计算：

式中：RB、B、L分别为船艏曲率半径、船宽、船长；h为压缩时护舷中心线处护舷突起高度；C为船舶与码头间距，一般取5 %～15 %未受压的含防冲板厚度的护舷高度。

护舷水平间距S尚应满足S≤0.15L的要求，L为船长，且取上述公式计算值中的小值[5]。

按上述公式（2）、（3），根据本项目船型尺度及护舷选型等计算，5 000 GT 及10 000 GT 客货滚装船最大护舷水平间距分别为12.25 m 及14.36 m。

考虑到规范公式基于靠泊时船体与码头前沿线有一靠泊角度，斜向靠泊码头时船艏曲线段先接触码头，当护舷水平间距过大时，船舶在靠泊角度斜向靠泊码头过程中易与码头前沿岸壁发生碰撞，由此所作规定。而本项目滚装船为方形船艉推进式靠泊，且船舶正常靠泊作业时船舶纵轴线与辅助靠泊平台基本平行，不会发生斜向驶靠撞击力的作用，此时可不需满足上述规范[4]公式的要求，故而本项目护舷水平间距按不大于0.15L并结合排架间距取14 m。

5.3 护舷布置

1）护舷高低错落布置

通常为了适应水（潮）位差，护舷竖向布置范围要充分考虑水（潮）位变化，从上至下连续布置护舷，根据本工程水位差及靠泊船舶船型尺度，选择两锥一板护舷比较稳妥。为充分保护辅助平台岸壁结构，按照最大实船最小实船吃水干舷情况，上下错落布置一鼓一板护舷，这样做的好处是更好适应潮差，无论高潮位还是低潮位都能满足安全靠泊要求，同时减少了一半护舷用量大大节省了工程费用。护舷的顶高程离码头顶面的高度宜小于护舷压缩后的高度，护舷的底高程按低于设计低水位加最小设计船型的干舷高度[5]。护舷的顶高程按满足高于高水位设计最大船型干舷的要求，在码头面上增设竖向现浇钢筋砼靠船立柱[6]，靠船构件高出码头面1 m，其上布置护舷及防冲板，由此加大了橡胶护舷防护范围，既可避免船舶系靠泊时码头前沿岸壁受损，对于滚装船亦有较好的保护作用。

图3 护舷错落布置

2）横梁凸出于码头前沿线

锥形护舷由于吸能变形较一般护舷大，船舶靠泊时护舷压缩至设计变形70 %时，船体至码头结构之间过小的净距将给码头及船体结构带来被破坏的风险[7]，滚装船舷侧大筋外突船体宽度450 mm，同时设计将横梁前端突出于码头前沿线300 mm，无论对于船体结构还是码头结构本身均具有双重保护作用。

3）接岸设施防护

接岸设施即实际的滚装作业平台，滚装船正常丁靠靠岸时，船艉与接岸设施之间由长8～9 m 艉跳板搭接，船艉不会接触到接岸设施，船艉端部接岸设施无需承担船舶能量，船舶动能全部由侧向辅助平台护舷吸收。考虑到结构安全和防止船舶操作不当、船速过快等意外发生，在接岸结构临水侧前沿设置TD-B500HL1500 橡胶护舷进行防护。

6 结语

滚装码头由于靠泊速度较大，宜采用高吸能低反力型护舷，锥形护舷具有与之匹配的良好性能优势，推荐优先考虑选用锥形护舷。

对于带辅助平台的丁靠滚装码头，平台立面护舷采用高低错落布置，满足不同水位不同船型的吸能要求，具有较好的适应性。

设置突出码头面的靠船立柱，可有效解决滚装船靠系泊时其高大的船身及凸出的大筋易损坏码头及设施的问题。若非工程费用及平台结构受力的限制，靠船立柱高度越高防护效果越好。