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(1.交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究院，天津 300456；2.武漢理工大學(xué) 航運(yùn)學(xué)院，武漢 430063)

TZ-400平臺(tái)由天津港太重碼頭滑移至半潛駁船“泰瑞”，利用半潛船將平臺(tái)拖帶至下潛區(qū)；在下潛區(qū)內(nèi)進(jìn)行平臺(tái)和半潛船分離，分離后由拖船將平臺(tái)拖帶靠泊碼頭，完成平臺(tái)下水作業(yè)。選擇TZ-400平臺(tái)上駁、下水作業(yè)為研究對(duì)象，分析平臺(tái)滑移至半潛駁船及由半潛駁船下水分離過程中存在的通航安全風(fēng)險(xiǎn)，提出保障措施。

1 概況

1.1 平臺(tái)介紹

TZ-400平臺(tái)尺寸長(zhǎng)×寬×高為70 m×72 m×9.5 m，下水質(zhì)量11 000 t，漂浮吃水3.4 m，最大拖航吃水5.7 m[1]。

1.2 碼頭概況

太重碼頭位于天津港大沽口港區(qū)第二港池西側(cè)，舾裝泊位4個(gè)(1#～4#)?；匦虬摧d重量50 000 t散貨船設(shè)計(jì)。碼頭頂標(biāo)高6.0 m，前沿底標(biāo)高-13.5 m，停泊水域?qū)挾?00 m，回旋水域直徑460 m，底標(biāo)高-12.0 m。港池水域設(shè)計(jì)底標(biāo)高-12.0 m。

1.3 作業(yè)概況

平臺(tái)整個(gè)下水作業(yè)分為2個(gè)階段：①平臺(tái)滑移上駁[2]；②下潛分離。首先，平臺(tái)上駁：利用重載運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)備在1#泊位將平臺(tái)滑移至半潛駁。選擇合適氣象、海況，將半潛船縱、橫傾值調(diào)載至預(yù)定值，使得半潛船滑道與碼頭滑道相平[3]。平臺(tái)移動(dòng)上駁，半潛船不斷調(diào)載，始終保持半潛船與平臺(tái)底部接觸。隨著平臺(tái)重心轉(zhuǎn)移至半潛船，平臺(tái)整體上駁。其次，拖帶半潛船至下潛區(qū)，半潛船定位。半潛船注入壓載水，不斷下潛[4]。隨著半潛船下潛，平臺(tái)逐漸漂浮。當(dāng)半潛船與平臺(tái)完全分離時(shí)，半潛船停止壓載，平臺(tái)順利起浮，分別拖帶平臺(tái)和半潛船靠泊碼頭。

2 規(guī)范性分析

2.1 碼頭停泊水域水深

根據(jù)《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，碼頭前沿設(shè)計(jì)水深為[5]

D=T+Z1+Z2+Z3+Z4

(1)

式中：D為碼頭前沿設(shè)計(jì)水深；T為設(shè)計(jì)船型滿載吃水；Z1為龍骨下最小富裕深度；Z2為波浪富裕深度；H4%為碼頭前沿允許停泊的波高；Z3為船舶因配載不均勻而增加的船尾吃水值，干散貨船和液體散貨船取0.15 m，雜貨船不計(jì)；Z4為備淤富裕深度。

港池設(shè)計(jì)低水位0.5 m，港池底標(biāo)高-5.0 m；碼頭前沿底標(biāo)高-13.5 m符合規(guī)范。

2.2 停泊水域?qū)挾?/h3>

碼頭前沿停泊水域取碼頭前2倍設(shè)計(jì)船寬的水域[6]。半潛船所需寬度為67×2=134 m。太重碼頭前方港池水域滿足半潛船旋回作業(yè)要求的水域?qū)挾葹?50 m，停泊水域?qū)挾葷M足規(guī)范要求。

2.3 回旋水域水深

根據(jù)《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范》，回旋水域的水深可取航道設(shè)計(jì)水深，按下列公式計(jì)算。

D0=T+Z0+Z1+Z2+Z3

D=D0+Z4

(2)

式中：D0為航道通航水深；D為航道設(shè)計(jì)水深；T為設(shè)計(jì)船型滿載吃水；Z0為船舶航行時(shí)船體下沉量；Z1為航行時(shí)龍骨下最小富裕深度；Z2為波浪富裕深度；Z3為船舶裝載縱傾富裕深度；Z4為備淤深度。

港池設(shè)計(jì)低水位0.5 m，其底標(biāo)高-5.53 m；港池旋回水域底標(biāo)高-12.0 m符合規(guī)范。

2.4 回旋水域范圍

太重碼頭掩護(hù)條件較好，水流不大，在港作拖輪協(xié)助下，根據(jù)《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范》，回旋水域按(1.5～2.0)L計(jì)算，為166.5～222.0 m。旋回水域設(shè)計(jì)直徑寬度460 m，滿足半潛船旋回作業(yè)需要。

3 合理性分析

3.1 上駁潮汐計(jì)算分析

平臺(tái)上駁過程中，半潛船滑道始終與陸地滑道對(duì)正，潮汐時(shí)間變化引起半潛船浮態(tài)時(shí)刻變化。由于漲潮時(shí)半潛船吃水增加，新增浮力可抵消轉(zhuǎn)移至半潛船上的平臺(tái)重量。相反，若裝船進(jìn)行至落潮階段，則需泵系統(tǒng)抵消新增重量的同時(shí)抵消落潮的影響，可能造成泵能力不足。因此，平臺(tái)上駁應(yīng)盡量選擇漲潮時(shí)段。

TZ-400平臺(tái)質(zhì)量11 000 t，半潛船空船吃水3.0 m，型深9.0 m，平臺(tái)上駁后半潛船增加吃水1.75 m(若半潛船不調(diào)載)，碼頭頂標(biāo)高6.0 m，碼頭上和半潛船上滑道高度均為0.3 m。應(yīng)保證半潛船滑道始終保持與陸地滑道對(duì)正，計(jì)算結(jié)果見表1。

潮水位+干舷高度=碼頭頂標(biāo)高

潮水位+9.0-(3.0+1.75)=6.0

表1 下水潮汐計(jì)算表 m

碼頭和半潛船保持相平所需最小潮高為1.75 m。由潮汐表可知，上駁期間天津港白天符合最小潮高(即1.75 m)的時(shí)間為7 h，上駁作業(yè)大約需3 h，因此，該碼頭水文條件適合平臺(tái)上駁。

3.2 下潛區(qū)位置分析

下潛區(qū)長(zhǎng)、寬均為200 m，底標(biāo)高-16.0 m，用于平臺(tái)下潛分離。

大沽沙航道過往航行船舶對(duì)平臺(tái)下水為作業(yè)存在影響，主要體現(xiàn)在船舶航經(jīng)港池口門時(shí)產(chǎn)生的船行波影響平臺(tái)分離[7]，對(duì)半潛船和平臺(tái)形成擾動(dòng)，造成船舶失穩(wěn)、平臺(tái)搖擺、船和平臺(tái)碰撞、平臺(tái)偏移等。理論、觀測(cè)及試驗(yàn)表明[8]，船行波的波高不僅與船速有關(guān)，還受船型、水深等因素影響。船速是船行波最主要因素。船行波波高隨船速增加而增高，隨距離增加而衰減。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐、半潛船船長(zhǎng)經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，限定周邊水域行船航速15 kn以下，限定行船距離半潛船500 m以上，則船行波對(duì)下潛作業(yè)帶來的影響可忽略。

大沽沙航道通航10萬t級(jí)船舶，規(guī)定航速不大于13 kn[9]；下潛區(qū)北側(cè)邊界線與大沽沙航道南邊界線相距860 m。則航道過往船舶對(duì)下潛作業(yè)影響很小。下潛區(qū)與大沽沙航道位置見圖1。

3.3 下潛區(qū)水深分析

半潛船下潛需合適的水域，水域應(yīng)要滿足水深要求，保證半潛船下潛安全。平臺(tái)受風(fēng)浪影響搖擺差取0.5 m，在半潛船下潛時(shí)，平臺(tái)與主甲板支架富余高度取1.0 m，分離作業(yè)過程中甲板上支架高度取1.0 m，取值過小不利于安全，過大不利于分離作業(yè)。此外，平臺(tái)吃水3.4 m，半潛船型深9.0 m，船底龍骨下最小安全間隙為1.0 m，據(jù)此核算半潛船浮卸作業(yè)水域所需最小水深。

根據(jù)平臺(tái)和半潛船參數(shù)，參考各種因素，下潛分離作業(yè)所需最小水深推算見表2。

下潛區(qū)底標(biāo)高為-16.0 m，滿足半潛船下水分離作業(yè)。

表2 作業(yè)水深要求最小水深計(jì)算結(jié)果 m

3.4 下潛區(qū)范圍分析

在下潛分離過程中半潛船利用拖輪拋錨、固定船位。半潛船拋錨后，受風(fēng)、浪、流的變化而擺動(dòng)，分離時(shí)其擺動(dòng)的半徑要考慮平臺(tái)和拖輪的影響。半潛船分離作業(yè)選在風(fēng)和流都相對(duì)穩(wěn)定時(shí)間段進(jìn)行，故認(rèn)為半潛船只以錨位為支點(diǎn)左右擺動(dòng)，所需下潛區(qū)是半潛船長(zhǎng)、寬各自加富余寬度的矩形水域。半潛船船長(zhǎng)111 m，寬度67 m，考慮擺動(dòng)富余寬度50 m，則下潛水域范圍為長(zhǎng)161 m,寬117 m，下潛區(qū)長(zhǎng)、寬均200 m，滿足半潛船下潛作業(yè)要求的。

4 作業(yè)通航風(fēng)險(xiǎn)

4.1 作業(yè)本身存在的風(fēng)險(xiǎn)

1)平臺(tái)上駁、下潛分離作業(yè)受氣象、水文等自然條件影響明顯，當(dāng)氣象海況惡劣時(shí)，將影響平臺(tái)和半潛船安全。

2)平臺(tái)上駁、分離對(duì)半潛船穩(wěn)性要求高：上駁時(shí)平臺(tái)重量逐步轉(zhuǎn)移至半潛船，導(dǎo)致半潛船左、右兩側(cè)吃水不同，可能出現(xiàn)半潛船穩(wěn)性變化；當(dāng)半潛船下潛時(shí)穩(wěn)性不好時(shí)，可能導(dǎo)致傾覆。

4.2 作業(yè)對(duì)通航環(huán)境影響

1)平臺(tái)在太重碼頭1#泊位上駁裝船，用時(shí)約3 h。為避免相鄰泊位船舶碰撞半潛船及其船行波對(duì)半潛船穩(wěn)定性帶來影響，需設(shè)置排他作業(yè)區(qū)，禁止其他船舶進(jìn)出該水域，則影響相鄰泊位船舶無法靠離泊作業(yè)。

2)二港池內(nèi)錨泊其他砂石船、漁船、運(yùn)輸船，以上船舶作業(yè)、航行都將對(duì)平臺(tái)上駁和下潛作業(yè)帶來影響：①二港池水域有限，平臺(tái)下潛時(shí)拋錨需較大水域，其他船舶占用港池水域；②其他船舶航行時(shí)船行波影響平臺(tái)上駁和下潛安全。因此，作業(yè)前應(yīng)對(duì)其他船舶進(jìn)行安排。

5 相關(guān)建議

1)建議在太重靠泊碼頭安放測(cè)量水尺，對(duì)碼頭海域進(jìn)行潮水測(cè)量，并與潮汐表比對(duì)。

2)制定并嚴(yán)格遵守平臺(tái)上駁、下潛、港池拖航等階段作業(yè)條件，實(shí)測(cè)：風(fēng)速<6級(jí)；浪高<0.5 m；流速<0.5 kn；能見度≥1 km；白天作業(yè)。

3)控制上駁時(shí)駁船與碼頭高度差≤2 cm；(高差超出時(shí)滑移停止，駁船調(diào)載)。

4)為保障上駁期間半潛船穩(wěn)定，設(shè)置4根鋼纜固定半潛船前后兩側(cè)，抵抗風(fēng)、浪、流作用，確保半潛船不發(fā)生橫移。

5)在下潛區(qū)4端點(diǎn)處分別設(shè)置臨時(shí)浮漂精確標(biāo)示下潛區(qū)，避免半潛船擱淺，并禁止無關(guān)船舶進(jìn)出下潛區(qū)。

6)為進(jìn)一步保障下潛作業(yè)安全，建議平臺(tái)下潛分離期間，大沽沙航道中超過5萬噸級(jí)以上的大船限速8 kn以下。

7)整個(gè)作業(yè)期間(上駁、系泊、下潛和拖航作業(yè))，應(yīng)發(fā)布航行警告[10]，禁止無關(guān)船舶進(jìn)出。

8)將整個(gè)港池作為排他作業(yè)區(qū)，設(shè)置警戒力量，作業(yè)期間禁止其他無關(guān)船舶進(jìn)入港池。

[1] 交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究院,太重濱海公司TZ-400鉆井平臺(tái)下水作業(yè)通航安全保障研究報(bào)告[R].天津：交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究院,2016.

[2] 黃曙光,于皓,王銘飛,等.陸地水平滑道建造自升式鉆井平臺(tái)滑移裝船技術(shù)研究及應(yīng)用[J].中國海上油氣,2011,23(3):201-204.

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[4] 閔兵,舒仕勇,李志壘.半潛式自航工程船在海洋工程中的應(yīng)用[J].中國造船,2010,51:18-24.

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