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摘要：珠海某石化码头因企业发展需要，码头需进行加固改造，与码头配套的航道也需相应浚深拓宽。本文根据改造后的设
计代表船型，通过规范公式和经验公式的计算初定航道尺度，再结合船模试验对其进行优化，最终确定航道尺度。
关键词：航道尺度 转弯半径 加宽
近年来，随着国际、国内船舶制造业的快速发展，船舶载重吨级日趋大型化，大型海轮停靠港口进行装卸作业已经非常普遍。中化珠海石化公用码头位于高栏港区南迳湾作业区，其南侧泊位原设计最大靠泊船型为80000DWT船舶。根据业主提供的资料，近几年来，格力石化码头实际到港船型中就有超过80000DWT的船舶。自正式投产以来，本码头共安全靠泊多艘次大轮，而且到港大型船舶艘次在逐年增加，为适应较大船型的安全靠泊要求，现拟将南侧8万吨级泊位改造为15万吨级泊位，与码头配套的进港支航道也需浚深拓宽。
航道概况
工程所处的高栏港现有一条人工开挖主航道及通向各港区的支航道若干条。目前主航道口门至南迳湾港区支航道段航道设计海底高程为-15.7m（当地理论最低潮面，下同），航道底宽250m，航道轴线走向350°～170°，可满足8万吨级油船单向满载乘潮通航需要。根据高栏港区航道规划，主航道起点至华联支航道区间按满足15万吨级油船通航要求设计，设计底宽为290m，设计底标高-19.0m。15万吨级主航道计划2014年内完工。
从高栏港主航道至南迳湾港区华联码头辟有一条支航道，支航道现状：长1.6km，底宽201m，航道底标高-13.5m，航道轴线走向20°～200°。支航道与主航道轴线夹角为30°。
转弯段航道尺度计算
南侧泊位改造后设计代表船型为150000DWT油船，其船型尺度为274m×50.0m×24.2m×17.1m（总长×型宽×型深×满载吃水）。本工程支航道通航密度甚小，按单向航道进行设计。单向航道航宽和航道设计水深均采用《海港总平面设计规范》中公式计算。
单向航道宽度：W=A+2C=n（Lsinγ+B）+2C
航道设计水深： D= D0+Z4=T+Z0+Z1+Z2+Z3+Z4
船舶在支航道行驶时风流压偏角按7°，航速按小于6节考虑，计算出单向航道宽度为241m，航道设计水深为19.43m，航道底标高-18.00m（当地理论最低潮面）。
因进港支航道与港区主航道轴线夹角为30°，为保证船舶安全转向，船舶从主航道转向支航道行驶时，其转弯半径和弯道段航宽需合理确定，以下重点分析两者的确定方法。
1、转弯半径
海港总平面设计规范（JTJ211-99）规定，航道转弯半径R应根据转向角φ和设计船长确定：10°<φ≤30°，R=（3～5）L； φ>30°，R=（5～10）L。美国和日本等大多数国家标准一般要求以φ≤30°为宜，Rmin=3L；超过30°时，Rmax=12L。国内杨桂樨提出的海港航道转弯半径R的经验公式为：
，式中：R为航道转弯半径（m），K0为航道掩护程度，有掩护航道为1.0，无掩护航道为1.2；VS为最大船舶航速（m/s），以小于4m/s为宜，计算时不考虑单位；LPP为最大船舶两柱间长度（m），一般可按LPP=（0.94～0.97）Lo，T为最大船舶满载吃水（m）；D0为航道转弯段设计水深（m）； φ为航道转向角度（°）。
根据表1计算结果，支航道转弯半径暂按5倍船长考虑。
2、转弯段拓宽要求
航道转弯段宽度在直线段航道航宽的基础上需考虑一个拓宽值ΔW。海港总平面设计规范（JTJ211-99）规定：当10°<φ≤30°，转弯处宜采用切角法加宽，当水域狭窄，切角困难时，经论证可采用折线切割法加宽； φ>30°，可采用折线切割法加宽。海港工程设计手册建议当φ>25°时，ΔW> ；φ≤25°时，ΔW≤ 。国内杨桂樨⑵提出的航道转弯拓宽ΔW的经验公式为：
式中：R为航道转弯半径（m），为航道掩护程度，有掩护航道为1.0，无掩护航道为1.2； LPP为最大船舶两柱间长度（m），一般可按LPP=（0.94～0.97）L0，详细可按日本规范推荐的公式计算，T为最大船舶满载吃水（m）；D0为航道转弯段设计水深（m）； φ为航道转向角度（°）。
由表2两种公式计算结果可知，经验公式计算值偏小，以手册公式结果来进行判断，则加宽后的航道宽度应大于275.25m。本工程φ=30°，采用切角法加宽后，转弯段航道最小宽度为303m，满足设计手册要求。
船模试验
进港航道内单向通航模拟试验选取自然条件分别为涨、落潮平均流速满载进、出港、风速选取6级、风向为最不利横风的条件组合，进出港试验的主航道航速为6～8节，支航道的航速为4～5节。涨潮、风向045°、风力6级为最不利组合，最不利组合情况下（进港航迹带见图1）。
模拟试验表明：15万吨级油轮进出港单向通航的航迹带宽度为110m，15万吨级油轮进出港单向通航支航道所需单向航道宽度为210m，本工程支航道设计宽度241m，进出港航道宽度满足设计代表船型进出港单向通航航道宽度的要求。
模拟操作过程表明，15万吨级油船进出港由主航道转入支航道及由支航道转入港池水域，需要较高的操船水平，存在一定的风险，船舶在支航道受风流影响漂移较大，船位容易偏向西北侧，船舶在支航道的船位距离航道边界最近的距离仅为20m，特别是防波堤堤头的流场突变的特点，使该段的船舶操作较困难。为保障15万吨级油船安全顺利通过支航道，经与当地引航员共同反复操作试验，建议对支航道及与主航道、港池水域衔接段进行优化设计，使支航道与港池衔接段成喇叭口形态，扩大港池操作水域。
航道尺度优化
根据已开挖航道测量资料比较，支航道开挖后年回淤厚度为0.6～1.22m，维护性疏浚量很大，从工程改造经济角度分析，结合主航道规划，南侧泊位改造后支航道暂按底标高-14.5m进行维护，对应的航道设计水深为15.93m。根据经验公式来计算转弯半径，见表3。
根据表3计算结果并结合船模试验结论，最终确定转弯段航道转弯半径取8L即2192m，转弯段仍采用切角法加宽。
优化后的支航道及与主航道连接段见图3，支航道与港池衔接段见图4，图中斜线区域为优化后增加的可航行水域。
结语
优化后的航道尺度可满足本工程15万吨级油轮的航行需要，由于工程区域淤强较大，建议加强对航道回淤特别是转弯段回淤的监测，及时维护以保障通航水深满足通航要求。
（作者单位：中交第二航务工程勘察设计院有限公司）
计代表船型，通过规范公式和经验公式的计算初定航道尺度，再结合船模试验对其进行优化，最终确定航道尺度。
关键词：航道尺度 转弯半径 加宽
近年来，随着国际、国内船舶制造业的快速发展，船舶载重吨级日趋大型化，大型海轮停靠港口进行装卸作业已经非常普遍。中化珠海石化公用码头位于高栏港区南迳湾作业区，其南侧泊位原设计最大靠泊船型为80000DWT船舶。根据业主提供的资料，近几年来，格力石化码头实际到港船型中就有超过80000DWT的船舶。自正式投产以来，本码头共安全靠泊多艘次大轮，而且到港大型船舶艘次在逐年增加，为适应较大船型的安全靠泊要求，现拟将南侧8万吨级泊位改造为15万吨级泊位，与码头配套的进港支航道也需浚深拓宽。
航道概况
工程所处的高栏港现有一条人工开挖主航道及通向各港区的支航道若干条。目前主航道口门至南迳湾港区支航道段航道设计海底高程为-15.7m（当地理论最低潮面，下同），航道底宽250m，航道轴线走向350°～170°，可满足8万吨级油船单向满载乘潮通航需要。根据高栏港区航道规划，主航道起点至华联支航道区间按满足15万吨级油船通航要求设计，设计底宽为290m，设计底标高-19.0m。15万吨级主航道计划2014年内完工。
从高栏港主航道至南迳湾港区华联码头辟有一条支航道，支航道现状：长1.6km，底宽201m，航道底标高-13.5m，航道轴线走向20°～200°。支航道与主航道轴线夹角为30°。
转弯段航道尺度计算
南侧泊位改造后设计代表船型为150000DWT油船，其船型尺度为274m×50.0m×24.2m×17.1m（总长×型宽×型深×满载吃水）。本工程支航道通航密度甚小，按单向航道进行设计。单向航道航宽和航道设计水深均采用《海港总平面设计规范》中公式计算。
单向航道宽度：W=A+2C=n（Lsinγ+B）+2C
航道设计水深： D= D0+Z4=T+Z0+Z1+Z2+Z3+Z4
船舶在支航道行驶时风流压偏角按7°，航速按小于6节考虑，计算出单向航道宽度为241m，航道设计水深为19.43m，航道底标高-18.00m（当地理论最低潮面）。
因进港支航道与港区主航道轴线夹角为30°，为保证船舶安全转向，船舶从主航道转向支航道行驶时，其转弯半径和弯道段航宽需合理确定，以下重点分析两者的确定方法。
1、转弯半径
海港总平面设计规范（JTJ211-99）规定，航道转弯半径R应根据转向角φ和设计船长确定：10°<φ≤30°，R=（3～5）L； φ>30°，R=（5～10）L。美国和日本等大多数国家标准一般要求以φ≤30°为宜，Rmin=3L；超过30°时，Rmax=12L。国内杨桂樨提出的海港航道转弯半径R的经验公式为：
，式中：R为航道转弯半径（m），K0为航道掩护程度，有掩护航道为1.0，无掩护航道为1.2；VS为最大船舶航速（m/s），以小于4m/s为宜，计算时不考虑单位；LPP为最大船舶两柱间长度（m），一般可按LPP=（0.94～0.97）Lo，T为最大船舶满载吃水（m）；D0为航道转弯段设计水深（m）； φ为航道转向角度（°）。
根据表1计算结果，支航道转弯半径暂按5倍船长考虑。
2、转弯段拓宽要求
航道转弯段宽度在直线段航道航宽的基础上需考虑一个拓宽值ΔW。海港总平面设计规范（JTJ211-99）规定：当10°<φ≤30°，转弯处宜采用切角法加宽，当水域狭窄，切角困难时，经论证可采用折线切割法加宽； φ>30°，可采用折线切割法加宽。海港工程设计手册建议当φ>25°时，ΔW> ；φ≤25°时，ΔW≤ 。国内杨桂樨⑵提出的航道转弯拓宽ΔW的经验公式为：
式中：R为航道转弯半径（m），为航道掩护程度，有掩护航道为1.0，无掩护航道为1.2； LPP为最大船舶两柱间长度（m），一般可按LPP=（0.94～0.97）L0，详细可按日本规范推荐的公式计算，T为最大船舶满载吃水（m）；D0为航道转弯段设计水深（m）； φ为航道转向角度（°）。
由表2两种公式计算结果可知，经验公式计算值偏小，以手册公式结果来进行判断，则加宽后的航道宽度应大于275.25m。本工程φ=30°，采用切角法加宽后，转弯段航道最小宽度为303m，满足设计手册要求。
船模试验
进港航道内单向通航模拟试验选取自然条件分别为涨、落潮平均流速满载进、出港、风速选取6级、风向为最不利横风的条件组合，进出港试验的主航道航速为6～8节，支航道的航速为4～5节。涨潮、风向045°、风力6级为最不利组合，最不利组合情况下（进港航迹带见图1）。
模拟试验表明：15万吨级油轮进出港单向通航的航迹带宽度为110m，15万吨级油轮进出港单向通航支航道所需单向航道宽度为210m，本工程支航道设计宽度241m，进出港航道宽度满足设计代表船型进出港单向通航航道宽度的要求。
模拟操作过程表明，15万吨级油船进出港由主航道转入支航道及由支航道转入港池水域，需要较高的操船水平，存在一定的风险，船舶在支航道受风流影响漂移较大，船位容易偏向西北侧，船舶在支航道的船位距离航道边界最近的距离仅为20m，特别是防波堤堤头的流场突变的特点，使该段的船舶操作较困难。为保障15万吨级油船安全顺利通过支航道，经与当地引航员共同反复操作试验，建议对支航道及与主航道、港池水域衔接段进行优化设计，使支航道与港池衔接段成喇叭口形态，扩大港池操作水域。
航道尺度优化
根据已开挖航道测量资料比较，支航道开挖后年回淤厚度为0.6～1.22m，维护性疏浚量很大，从工程改造经济角度分析，结合主航道规划，南侧泊位改造后支航道暂按底标高-14.5m进行维护，对应的航道设计水深为15.93m。根据经验公式来计算转弯半径，见表3。
根据表3计算结果并结合船模试验结论，最终确定转弯段航道转弯半径取8L即2192m，转弯段仍采用切角法加宽。
优化后的支航道及与主航道连接段见图3，支航道与港池衔接段见图4，图中斜线区域为优化后增加的可航行水域。
结语
优化后的航道尺度可满足本工程15万吨级油轮的航行需要，由于工程区域淤强较大，建议加强对航道回淤特别是转弯段回淤的监测，及时维护以保障通航水深满足通航要求。
（作者单位：中交第二航务工程勘察设计院有限公司）