秘魯某礦石碼頭系纜分析

周子樂，何明偉

（中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300222）

引言

秘魯某礦石碼頭位于太平洋西岸，緊鄰安第斯山腳。碼頭后方約36 km為鐵礦山，鐵礦石通過長度約15.4 km的皮帶機由高度800多m的山頂向下輸送至碼頭前沿堆場，或直接裝船。

本工程碼頭采用開敞式布置，船舶停泊水域的風、浪、流等自然環境復雜多變，為優化碼頭的平面布置，選取兩種方案進行對比，確定推薦方案[1-2]。

1 碼頭平面布置

本工程采用L型布置，雙側靠船，通過引橋與后方陸域相連。碼頭方位為127 °，碼頭總長度為345 m，兩側各布置2座系纜墩。碼頭前沿底高程為-25 m（以當地理論最低潮面為基準，下同），碼頭面高程為+5.0 m。

每個靠船墩南北兩側分別設置一個2 000 kN系船柱和1 600 H錐形護舷。護舷間距如圖1所示[3-4]。

關鍵參數設置：系船柱高程+5 m CD；護舷高程+3.5 m CD；系船柱距護舷水平距離2 m；疏浚深度-25 m CD。

圖1 碼頭靠船墩平面布置示意圖

2 計算軟件

本工程系泊數值分析采用OPTIMOOR軟件，該軟件是由英國張力技術國際 (Tension Technology International)公司開發，專門用于船舶系纜系統分析計算的一個計算機軟件。OPTIMOOR系統主要是基于石油公司國際海事論壇OCIMF（Oil Companies International Marine Forum）所推薦的公式和計算方法而開發。其主要功能是計算分析船舶在風、浪、流綜合作用下系纜系統（包括船舶纜繩、護舷和系纜柱）的受力情況，可用系纜系統的設計、事故分析及碼頭生產管理方面[5]。OPTIMOOR在國際上擁有非常多的用戶，其中不乏像SHELL、美國海軍這樣的大用戶。

3 設計條件

3.1 自然條件

水位：設計高水位1.5 m，設計低水位0.0 m；流速：暫定為0.514 m/s，流向為NW向。波浪：取2年一遇設計波要素作為系泊分析的波浪輸入條件，方案一碼頭處波高1.5 m，周期11.7 s。方案二碼頭處波高1.7 m，周期11.7 s。浪向為NW向。風速：選取常風向SSE向作為設計風向，設計風速取碼頭極限環境作業允許最大風速22 m/s。

3.2 設計船型

設計船型主尺度如表1所示。

表1 設計船型尺度表

3.3 纜繩布置及材質

采用4根首纜，4根橫纜，4根倒纜，4根尾纜的布置型式。

30萬t級散貨船主纜繩采用鋼纜，直徑44 mm，纜繩強度950 kN。鋼纜纜繩端部設置11 m長批芭結，材質為尼龍，強度為1 170 kN。20萬t及15萬t級船型主纜繩采用聚丙烯纜，直徑80 mm，纜繩強度720 kN。

4 工況設置

本文以北側泊位系泊情況下纜繩及系船柱受力情況為例。船舶吃水按壓載吃水選取。基于OCIMF[6]規范與西班牙規范ROM0.2-90[7]及其他相關規范，采用如下限制標準進行分析：

纜繩力：鋼纜：55%破斷力=522.5 kN聚丙烯纜：50%破斷力=360 kN；護舷反力：2 360 kN

裝卸作業時船舶縱/橫向位移：縱移±1 m，（裝卸工藝對船岸連接沒有限制）。

各設計船型的系纜方式如圖2～圖4所示。

圖2 15萬t級散貨船系纜示意圖

圖3 20萬t級散貨船系纜示意圖

圖4 30萬t級散貨船系纜示意圖

工況設置如表2所示，其中方案一對應工況為：工況1～工況2，工況5～工況6，工況9～工況10。方案二對應的工況為：工況3～工況4，工況7～工況8，工況11～工況12。護舷為1 600 H，系船柱2 000 kN，水流均為1節（NW向），風均為43節（SSE向）。

表2 北側泊位系纜分析工況設置

5 泊位計算結果

5.1 纜繩受力分析結果

不同設計船型對應的纜繩受力情況如表3～表5所示。根據計算，30萬t級、20萬t級和15萬t級船舶在靠泊時纜繩最大受力分別為34.1 t，32.9 t和27.7 t，分別為纜繩破斷力的36 %，46 %和38 %。所有工況下纜繩受力均小于破斷力的50 %。

表3 30萬t級（壓載吃水）纜繩力分布

表4 20萬t級（壓載吃水）纜繩力分布

表5 15萬t級（壓載吃水）纜繩力分布

5.2 船舶運動量分析結果

不同工況下船舶運動量如表6所示。最大運動量為1.3 m橫移，發生在工況5～工況8，即20萬t級船舶靠泊時。考慮到在當地風速達到22 m/s時已屬于極端天氣狀況，故此種工況可以允許船舶停止作業。

表6 不同工況下船舶運動量

6 結語

1）各設計船型對應的系纜力最大值均出現在方案二（設計波高1.7 m）、設計高水位工況下。

2）對于方案一和方案二，在設計高水位和設計低水位時，不同設計船型在最不利工況作用下，各纜繩受力均滿足要求。

3）相比于方案一，不同船型在方案二的系纜布置下，纜繩受力普遍較大，因此，從船纜受力角度分析，推薦方案一作為平面布置方案。

4）對于北側泊位，20萬t級船舶靠泊時，最大運動量為1.3 m橫移，超過了允許正常作業限制最大位移。考慮到當地風速較弱，當風速達到22 m/s時已經屬于極端天氣狀況，可以考慮船舶不作業。

5）南側泊位可參考北側泊位的布置情況，驗算南側靠船時的系纜穩定。