楊玉勤

（中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，湖北武漢 430071）

引言

滾裝是一種在碼頭接岸設(shè)施與船舶之間通過(guò)其自身的車(chē)輪或其他滾動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行裝卸的裝卸作業(yè)方式[1]，以滾裝方式直接進(jìn)行貨物裝卸的通道開(kāi)口的船舶稱(chēng)之為滾裝船，亦稱(chēng)“滾上滾下”或“開(kāi)上開(kāi)下”船，滾裝船在我國(guó)煙大航線(xiàn)、瓊州海峽航線(xiàn)等多有運(yùn)營(yíng)。

為粵海兩省經(jīng)濟(jì)與交通發(fā)展需求，匹配瓊州海峽南岸海南省海口港新海港區(qū)客貨滾裝碼頭的建設(shè)，提高海峽運(yùn)輸?shù)陌踩珷I(yíng)運(yùn)水平和運(yùn)輸能力，在北距海南島僅18 海里的湛江徐聞港新建客貨滾裝碼頭，打造一條與?？谛潞８蹍^(qū)協(xié)調(diào)發(fā)展、相互對(duì)接、海上里程最短的精品過(guò)海航線(xiàn)。

該客貨滾裝航線(xiàn)客滾船具有吃水淺，船身高大、線(xiàn)形平直，尾部采用方尾并設(shè)有跳板，船兩側(cè)設(shè)置有保護(hù)船體的水平縱向凸起大筋（護(hù)舷材），與普通貨運(yùn)碼頭船頭斜向靠泊不同，采用船艉正向丁靠的方式靠泊等鮮明特點(diǎn)。針對(duì)該船型特點(diǎn)，本文以湛江港徐聞港區(qū)南山作業(yè)區(qū)客貨滾裝碼工程0#泊位為例，研究了滾裝船靠泊特點(diǎn)，提出了滾裝碼頭護(hù)舷的布置與選型、碼頭結(jié)構(gòu)技術(shù)改進(jìn)等解決方案。

1 工程概況

示例工程位于雷州半島南端，緊鄰粵海鐵路輪渡碼頭北港東側(cè)，共建設(shè)16 個(gè)5 000 GT 客貨滾裝泊位和1 個(gè)5 000 GT 危險(xiǎn)品專(zhuān)用滾裝泊位(結(jié)構(gòu)均按靠泊10 000 GT 客貨滾裝船預(yù)留)及配套設(shè)施。危險(xiǎn)品泊位（0#泊位）布置于防波堤拐角處內(nèi)側(cè)，距堤頭約500 m，設(shè)有側(cè)靠輔助平臺(tái)及接岸設(shè)施，船舶采用以船艉正向丁靠為主、側(cè)靠為輔的方式系泊。丁靠直立接岸設(shè)施為高樁墩式結(jié)構(gòu)，前沿布設(shè)固定斜坡道供船艉直跳板搭接形成車(chē)輛上下船通道完成滾裝裝卸作業(yè)，側(cè)靠輔助靠泊平臺(tái)平行于防波堤軸線(xiàn)順岸布置，為高樁梁板式結(jié)構(gòu)，主要功能供船舶檢修及上下設(shè)備及靠泊導(dǎo)向，丁靠接岸設(shè)施突出于輔助靠泊平臺(tái)前沿線(xiàn)之外，兩者相互垂直平面布局呈“L”型。

2 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料

10 000 GT 客貨滾裝船主尺度：船長(zhǎng)×船寬×型深×滿(mǎn)載吃水=127 m×20.6 m×6.5 m×4.3 m。

5 000 GT 客貨滾裝船主尺度：船長(zhǎng)×船寬×型深×滿(mǎn)載吃水=94 m×17.6 m×5.9 m×3.79 m。

設(shè)計(jì)高水位（高潮累積率10 %）2.56 m；設(shè)計(jì)低水位（低潮累積率90 %）0.55 m；極端高水位（50年一遇）3.88 m；極端低水位（50 年一遇）-0.37 m。

設(shè)計(jì)水流流速0.4 m/s。

表1 碼頭前沿波浪要素（50 年一遇）

3 滾裝船船型特點(diǎn)

3.1 舷側(cè)凸起大筋

往來(lái)于瓊州海峽兩岸的客貨滾裝船船體外側(cè)設(shè)有凸出的大筋（鋼質(zhì)護(hù)舷材），易對(duì)護(hù)舷產(chǎn)生豎向剪切破壞，且靠泊時(shí)易對(duì)護(hù)舷產(chǎn)生縱向剪切，造成碼頭前沿護(hù)輪坎混凝土拉裂破損及護(hù)舷破壞。大筋一般每側(cè)船體各兩道，對(duì)應(yīng)于車(chē)輛甲板（干舷甲板）和旅客甲板位置各布設(shè)一道，上下間距約6 m，長(zhǎng)度縱貫全船長(zhǎng)，有些船在兩層甲板中間3 m 位置增設(shè)一道。

圖1 設(shè)有大筋的滾裝船示意

3.2 側(cè)靠+直跳板正向艉靠

圖2 危險(xiǎn)品泊位靠泊示意

危險(xiǎn)品滾裝泊位設(shè)有接岸段固定斜坡道，由于滾裝船具有優(yōu)越的回轉(zhuǎn)性能，船舶可在自身車(chē)、舵、側(cè)推器操縱下實(shí)現(xiàn)安全靠離泊。船到達(dá)港池之前，船速放緩，船艉向前低速行進(jìn)，先橫向駛近輔助靠泊平臺(tái)，平行側(cè)靠至輔助平臺(tái)，停車(chē)后緩慢地沿泊位縱向移動(dòng)，船艉丁靠至接岸設(shè)施，停穩(wěn)后船艉跳板放下，搭接至接岸坡道[2]，危險(xiǎn)品車(chē)輛上下船由跳板搭接，從單獨(dú)通道上下船，完成滾裝作業(yè)。

3.3 船體高度高

滾裝船往往有多層甲板，船身高大。以10 000 GT滾裝船為例，根據(jù)往來(lái)于瓊州海峽兩岸的實(shí)船資料，船體型深（船底至上甲板即車(chē)輛甲板）約6～6.5 m（其中干舷高2～2.2 m），大筋之間的平直段（車(chē)輛甲板至旅客甲板）高約6 m，旅客甲板至上層建筑（船員甲板、駕駛甲板、羅經(jīng)甲板等）高約8～10 m。高大的船身意味著高潮位或空載時(shí)除了通過(guò)適時(shí)壓艙水調(diào)整其吃水以滿(mǎn)足跳板裝卸坡度要求，碼頭結(jié)構(gòu)也應(yīng)有相應(yīng)支撐防護(hù)措施。

4 撞擊能量計(jì)算

4.1 船舶靠岸撞擊能量

按設(shè)計(jì)船型滿(mǎn)載排水量及最大法向允許靠船速度計(jì)算船舶撞擊能量，根據(jù)《滾裝碼頭設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTS165-8-2008）[1]，船舶靠泊能量按下列公式計(jì)算：

式中：

E0為船舶靠岸時(shí)的有效撞擊能量(kJ)；

ρ為有效動(dòng)能系數(shù)，自航側(cè)靠時(shí)按0.8（1+2T/B）計(jì)算，其中T為滿(mǎn)載吃水，B為型寬；

M為船舶質(zhì)量(t)，根據(jù)目前實(shí)船最大滿(mǎn)載排水量8 410 t，考慮一定富余，按10 000 t 計(jì)算；

V為船舶靠岸法向速度(m/s)，港口工程荷載規(guī)范[3]中有掩護(hù)條件下10 000 GT 滾裝船對(duì)應(yīng)的法向靠泊速度上限為0.15 m/s，規(guī)范[1]在此基礎(chǔ)上作了適當(dāng)提高，在無(wú)拖輪輔助自行靠岸情況下取0.2 m/s。

本項(xiàng)目滾裝船為自航側(cè)靠+丁靠方式進(jìn)行靠泊，丁靠時(shí)船舶已基本停穩(wěn)且船與丁靠接岸結(jié)構(gòu)之間通過(guò)架空跳板連接，未直接接觸，故船舶有效動(dòng)能系數(shù)按由側(cè)靠平臺(tái)完全吸收計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，10 000 GT滾裝船有效動(dòng)能系數(shù)為1.13，對(duì)應(yīng)靠岸有效撞擊能量為227 kJ。

4.2 系泊船舶在波浪作用下的有效撞擊能量

橫浪作用下系泊船舶有效撞擊能量，根據(jù)高低水位對(duì)應(yīng)波要素，按荷載規(guī)范公式對(duì)滿(mǎn)載、壓載工況分別進(jìn)行計(jì)算，本港區(qū)波浪要素不是主要因素，非控制工況，在此對(duì)計(jì)算過(guò)程不再贅述。經(jīng)過(guò)測(cè)算，波浪作用下有效撞擊能量為22 kJ。

5 護(hù)舷選型布置與優(yōu)化

5.1 護(hù)舷選型

按照護(hù)舷吸能滿(mǎn)足船舶有效撞擊能量227 kJ的要求，在錐形護(hù)舷與當(dāng)?shù)赝?lèi)碼頭常用的DA 型護(hù)舷中進(jìn)行選擇。由于碼頭平臺(tái)寬度僅15 m，橫向剛度相對(duì)不強(qiáng)，在條件允許的情況下宜盡量減少碼頭橫向水平力，故僅在低反力型護(hù)舷中進(jìn)行比選，兩者性能參數(shù)對(duì)比如表2。

表2 護(hù)舷性能參數(shù)對(duì)比

考慮到錐形護(hù)舷吸能量高、反力小及靠泊角度≤10°時(shí)吸能性能幾乎不變的優(yōu)勢(shì)，優(yōu)先選擇錐形橡膠護(hù)舷。采用一錐一板，在護(hù)舷前端設(shè)置防沖板，減少作用于船舶的面壓力，同時(shí)防沖板面安裝有塑料貼面板，摩擦系數(shù)小，有效降低了船舶靠泊剪切力。經(jīng)市場(chǎng)詢(xún)價(jià)，上述兩種護(hù)舷（均帶防沖板及配件）價(jià)格相差不大。經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確定選用錐形CF900 低反力型一錐一板橡膠護(hù)舷，在吸能相當(dāng)?shù)那闆r下，其反力僅為拱形護(hù)舷的72 %左右，對(duì)于受船舶荷載影響較大的高樁碼頭而言是極有利的。

5.2 護(hù)舷水平間距

根據(jù)碼頭附屬設(shè)施規(guī)范[4]，碼頭最大護(hù)舷水平間距S按下述兩式計(jì)算：

式中：RB、B、L分別為船艏曲率半徑、船寬、船長(zhǎng)；h為壓縮時(shí)護(hù)舷中心線(xiàn)處護(hù)舷突起高度；C為船舶與碼頭間距，一般取5 %～15 %未受壓的含防沖板厚度的護(hù)舷高度。

護(hù)舷水平間距S尚應(yīng)滿(mǎn)足S≤0.15L的要求，L為船長(zhǎng)，且取上述公式計(jì)算值中的小值[5]。

按上述公式（2）、（3），根據(jù)本項(xiàng)目船型尺度及護(hù)舷選型等計(jì)算，5 000 GT 及10 000 GT 客貨滾裝船最大護(hù)舷水平間距分別為12.25 m 及14.36 m。

考慮到規(guī)范公式基于靠泊時(shí)船體與碼頭前沿線(xiàn)有一靠泊角度，斜向靠泊碼頭時(shí)船艏曲線(xiàn)段先接觸碼頭，當(dāng)護(hù)舷水平間距過(guò)大時(shí)，船舶在靠泊角度斜向靠泊碼頭過(guò)程中易與碼頭前沿岸壁發(fā)生碰撞，由此所作規(guī)定。而本項(xiàng)目滾裝船為方形船艉推進(jìn)式靠泊，且船舶正?？坎醋鳂I(yè)時(shí)船舶縱軸線(xiàn)與輔助靠泊平臺(tái)基本平行，不會(huì)發(fā)生斜向駛靠撞擊力的作用，此時(shí)可不需滿(mǎn)足上述規(guī)范[4]公式的要求，故而本項(xiàng)目護(hù)舷水平間距按不大于0.15L并結(jié)合排架間距取14 m。

5.3 護(hù)舷布置

1）護(hù)舷高低錯(cuò)落布置

通常為了適應(yīng)水（潮）位差，護(hù)舷豎向布置范圍要充分考慮水（潮）位變化，從上至下連續(xù)布置護(hù)舷，根據(jù)本工程水位差及靠泊船舶船型尺度，選擇兩錐一板護(hù)舷比較穩(wěn)妥。為充分保護(hù)輔助平臺(tái)岸壁結(jié)構(gòu)，按照最大實(shí)船最小實(shí)船吃水干舷情況，上下錯(cuò)落布置一鼓一板護(hù)舷，這樣做的好處是更好適應(yīng)潮差，無(wú)論高潮位還是低潮位都能滿(mǎn)足安全靠泊要求，同時(shí)減少了一半護(hù)舷用量大大節(jié)省了工程費(fèi)用。護(hù)舷的頂高程離碼頭頂面的高度宜小于護(hù)舷壓縮后的高度，護(hù)舷的底高程按低于設(shè)計(jì)低水位加最小設(shè)計(jì)船型的干舷高度[5]。護(hù)舷的頂高程按滿(mǎn)足高于高水位設(shè)計(jì)最大船型干舷的要求，在碼頭面上增設(shè)豎向現(xiàn)澆鋼筋砼靠船立柱[6]，靠船構(gòu)件高出碼頭面1 m，其上布置護(hù)舷及防沖板，由此加大了橡膠護(hù)舷防護(hù)范圍，既可避免船舶系靠泊時(shí)碼頭前沿岸壁受損，對(duì)于滾裝船亦有較好的保護(hù)作用。

圖3 護(hù)舷錯(cuò)落布置

2）橫梁凸出于碼頭前沿線(xiàn)

錐形護(hù)舷由于吸能變形較一般護(hù)舷大，船舶靠泊時(shí)護(hù)舷壓縮至設(shè)計(jì)變形70 %時(shí)，船體至碼頭結(jié)構(gòu)之間過(guò)小的凈距將給碼頭及船體結(jié)構(gòu)帶來(lái)被破壞的風(fēng)險(xiǎn)[7]，滾裝船舷側(cè)大筋外突船體寬度450 mm，同時(shí)設(shè)計(jì)將橫梁前端突出于碼頭前沿線(xiàn)300 mm，無(wú)論對(duì)于船體結(jié)構(gòu)還是碼頭結(jié)構(gòu)本身均具有雙重保護(hù)作用。

3）接岸設(shè)施防護(hù)

接岸設(shè)施即實(shí)際的滾裝作業(yè)平臺(tái)，滾裝船正常丁靠靠岸時(shí)，船艉與接岸設(shè)施之間由長(zhǎng)8～9 m 艉跳板搭接，船艉不會(huì)接觸到接岸設(shè)施，船艉端部接岸設(shè)施無(wú)需承擔(dān)船舶能量，船舶動(dòng)能全部由側(cè)向輔助平臺(tái)護(hù)舷吸收?？紤]到結(jié)構(gòu)安全和防止船舶操作不當(dāng)、船速過(guò)快等意外發(fā)生，在接岸結(jié)構(gòu)臨水側(cè)前沿設(shè)置TD-B500HL1500 橡膠護(hù)舷進(jìn)行防護(hù)。

6 結(jié)語(yǔ)

滾裝碼頭由于靠泊速度較大，宜采用高吸能低反力型護(hù)舷，錐形護(hù)舷具有與之匹配的良好性能優(yōu)勢(shì)，推薦優(yōu)先考慮選用錐形護(hù)舷。

對(duì)于帶輔助平臺(tái)的丁靠滾裝碼頭，平臺(tái)立面護(hù)舷采用高低錯(cuò)落布置，滿(mǎn)足不同水位不同船型的吸能要求，具有較好的適應(yīng)性。

設(shè)置突出碼頭面的靠船立柱，可有效解決滾裝船靠系泊時(shí)其高大的船身及凸出的大筋易損壞碼頭及設(shè)施的問(wèn)題。若非工程費(fèi)用及平臺(tái)結(jié)構(gòu)受力的限制，靠船立柱高度越高防護(hù)效果越好。