Tiêu Chuẩn Quốc Gia TCVN 11419:2016 Luồng Tàu Biển-Yêu Cầu ...

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 11419:2016

LUỒNG TÀU BIỂN - YÊU CẦU THIẾT KẾ

Marine navigation channel - Design requirement

Lời nói đầu

TCVN 11419:2016 do Cục Hàng hải Việt Nam biên soạn, Bộ Giao thông vận tải đề ngh, Tng cục Tiêu chuẩn Đo lường Cht lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công b.

LUỒNG TÀU BIỂN - YÊU CẦU THIT K

Marine navigation channel - Design requirement

1. Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định yêu cầu thiết kế các luồng tàu biển vào các cảng biển, luồng trên biển hở và các cng nằm trong vùng chịu ảnh hưởng của thủy triều.

2. Thuật ngữ, định nghĩa và ký hiệu

2.1. Thuật ngữ và định nghĩa

Trong tiêu chun này áp dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau:

2.1.1. Luồng tàu biển (Marine Navigation Channel)

Luồng tàu biển là một tuyến luồng hàng hải cho phép tàu biển đi lại thuận lợi và an toàn.

2.1.2. Suất bảo đảm chạy tàu (Frequency Guarantee of Shipping)

Sut bảo đảm chạy tàu là đại lượng được đo bằng tỷ số giữa số ngày có thể chạy tàu được trong một năm và tổng số ngày trong năm dưới một độ sâu chạy tàu quy định, thường biu thị dưới dạng tỷ lệ phần trăm (%).

2.1.3.Mực nước chạy tàu (Design water level)

Mực nước chạy tàu là mực nước mà khi chạy tàu ở mực nước đó trở lên tàu có thể hành hải an toàn.

2.1.4. Tốc độ tới hạn (Speed limited)

Tốc độ tới hạn là tốc độ tối đa cho phép tàu hành hải trên luồng.

2.1.5. Cao độ đáy chạy tàu (Nautica depth)

Cao độ đáy chạy tàu là cao độ được tính toán bng mực nước chạy tàu trừ đi chiều sâu thiết kế của luồng. Cao độ đáy chạy tàu là cao độ mà đặc trưng vật lý của đáy đạt đến tiêu chuẩn giới hạn quá nơi mà tiếp xúc của đáy tàu gây ra thiệt hại hoặc ảnh hưởng không thể chấp nhận v điều khiển và hoạt động hàng hải.

2.1.6. Số Froude (Froude Number)

Số Froude là đại lượng không thử nguyên đặc tng cho tương quan giữa tác động của lực quán tính và trọng lực đối với dòng chảy. Đối với tàu biển, số Froude được xác định bằng công thức sau:

(1)

Trong đó: v: Tốc độ của tàu, (m/s).

g: Gia tốc trọng trường, (m/s2).

L: Chiu dài của tàu tại đường mặt nước, (m).

2.1.7. Gió/dòng chảy thịnh hành (Dominant wind/current)

Gió hoặc dòng chảy thường xuyên xuất hiện trong dãy số liu đo đạc v dòng chảy và gió trong nhiều năm. Dòng chảy thịnh hành bao gồm cả dòng chảy thủy triều và dòng chảy do sóng, gió gây ra.

2.1.8. Hệ số béo, CB (Block coefficient)

Là tỷ số giữa thể tích chiếm nước V (thể tích phn chìm dưới nước của tàu) và thể tích hình hộp chữ nhật ngoại tiếp thể tích V.

(2)

Hệ số béo của một số tàu trong Phụ lục A.

2.2. Ký hiệu

Tỷ số giữa diện tích chn gió của phần mạn tàu phía trên mực nước và chắn nước phía dưới mực nước.

B

Chiều rộng tính toán của tàu (m).

h

Độ sâu nước (m)

D

Lượng giãn nước (t).

H

Chiu cao phần mạn tàu phía trên mặt nước (m).

HCT

Chiều sâu chạy tàu của luồng (m).

Ho

Chiều sâu thiết kế của luồng (m)

HT

Chiều sâu nước ở hai bên thành bờ luồng của luồng có mặt cắt không đy đ (m).

Hs

Chiều cao của sóng có nghĩa (m).

Lpp

Chiu dài tàu giữa hai đường vuông góc (m).

Loa

Chiều dài lớn nht của tàu (m).

m

H số mái dc thiết kế của luồng.

P

Trọng tải của tàu thiết kế (tấn hoặc là DWT);

Q

Lượng hàng yêu cầu qua luồng vận chuyển trong năm (tấn);

QT

Lưu lượng tàu qua luồng trung bình trong một ngày đêm (tàu/ngày-đêm).

R

Bán kính cong ở đoạn luồng cong (m).

T

Mớn nước đầy tải của tàu tính toán (m).

Tn = 365

Số ngày trong năm (ngày);

Vmax

Tốc độ chạy tàu lớn nhất (m/s).

Vth

Trị số tc độ tới hạn của tàu (m/s)

V'th

Tr số tốc độ tới hạn của tàu ở vùng nước nông (m/s)

V"th

Trị số tốc độ tới hạn của tàu ở luồng có mặt cắt đầy đủ (m/s)

Vdc

Vận tốc của dòng chảy (m/s).

Vận tc gió tính toán (m/s).

Vq

Hình chiếu của véc tơ vận tốc dòng chảy lên phương vuông góc với trục luồng (m/s).

W' (W")

Chiều rộng luồng tàu biển (m).

WBM

Chiu rộng cơ bản đ tàu hoạt động (m).

Wi

Chiều rộng dự phòng trong điu kiện khó khăn do các tác động của gió, dòng chảy (m).

WP

Chiều rộng an toàn giữa hai tàu (m).

WBr

Khoảng cách biên luồng v phía"đ" (m).

WBg

Khoảng cách biên luồng v phía "xanh" (m).

Tng dự phòng chiu sâu chạy tàu (z0+ z1 + z2+ z3).

z0

Chiều sâu dự phòng do sự nghiêng lch của tàu do cht hàng không cân đối hoặc do bẻ lái đột ngột (m).

z1

Chiều sâu dự phòng chạy tàu nh nht, cần thiết để đảm bảo lái được tàu (m).

z2

Chiu sâu dự phòng do sóng (m).

z3

Chiều sâu dự phòng do thay đổi mớn nước của tàu đang chạy trong vùng nước tĩnh so với khi đứng yên (m).

z4

Dự phòng chiều sâu cho sa bồi (m).

ΔB

Dự phòng chiều rộng cho sa bồi mái dốc luồng đào (m).

ΔT

Giá trị điều chỉnh mn nước của tàu tính toán (m).

χ

Góc chuyn tiếp giữa đoạn cong mở rộng và đoạn luồng thẳng (độ).

β

Góc nghiêng ngang của tàu do gió (độ)

βđh

Góc nghiêng ngang động học (độ)

αdc

Góc lệch của tàu do dòng chảy so với trục dọc luồng (độ)

φg

Vĩ độ địa lý (độ)

αdc

Góc giữa hướng dòng chảy và trục dọc ca đoạn luồng (góc lệch của dòng chảy) (độ)

Λ

Hệ số phụ thuộc vào góc chuyển hướng của đoạn luồng và tỷ số giữa vận tốc dòng chảy và vận tốc tàu Vdc/Vmax.

ULCC

Ultra large crude carrier-Tàu chở siêu lớn khoảng 300.000-550.000DWT

VLCC

Very large crude carrier - Tàu chở rt lớn khoảng 200.000-299.990DWT

3. Nguyên tắc chung

3.1. Trong công tác quy hoạch và thiết kế luồng tàu biển, để bảo đảm chạy tàu an toàn và điều khiển tàu dễ dàng cn xem xét các điều kiện địa hình, khí tượng-thy hải văn, điu kiện thủy động lực và sự phù hợp với các công trình có liên quan.

3.2. Công tác quy hoạch tuyến luồng cần phù hợp với quy hoạch tng thể của khu vực, vùng,... để làm căn cứ quy hoạch cụ th.

3.3. Để có một luồng tàu biển thuận lợi cho tàu đi lại cần thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Tuyến luồng gn nhu thẳng.

- Chiều rộng đủ và chiều sâu phù hợp đtàu hoạt động an toàn có xét đến ảnh hưởng của hình dạng bờ luồng, địa hình đáy biển và sóng do tàu gây ra.

- Các điều kiện khí tượng, thủy hải văn trên biển, đặc biệt gió và dòng triều nm trong giới hạn cho phép bảo đảm chạy tàu an toàn.

- Bố trí đủ số lượng phao tiêu báo hiu, đảm bảo an toàn hàng hải.

3.4. Khi mở luồng tàu biển cn phân tích hành trình của các tàu ra vào cng, tham khảo các cng tương tự. Ngoài ra, cần xem xét tình trạng bố trí phao tiêu, báo hiu và hệ thống kiểm tra giao thông hàng hải trong cảng, khong cách từ các khu nước lân cận đến cảng, phương pháp phân chia luồng tàu đã dùng cho cảng, góc của luồng dẫn vào cảng, và điều kiện cập cảng.

3.5. Đối với các luồng tàu biển thiết kế mới, có tầm quan trọng cao, khi đi qua các vùng đa hình có hạn chế v các yếu tố hình học, khi xác định tuyến luồng cn kiểm tra tính toán bằng mô hình toán hoặc mô hình tàu ảo hoặc mô hình vật lý.

3.6. Đối với vùng nước dùng chủ yếu đ chạy tàu cần có biện pháp tránh neo tàu hoặc quay tàu trong vùng nước này ngay cả khi không định danh là luồng tàu.

3.7. Khi thiết kế luồng tàu biển cần thu thập, phân tích và đánh giá các yếu tố tim tàng có thể tác động lên luồng tàu biển bao gm:

- Đặc trưng của loại tàu thiết kế;

- Lưu lượng tàu lưu thông trên luồng;

- Điều kiện thời tiết;

- Chế độ dòng chảy;

- Đặc điểm của gió và sóng;

- Các điu kiện ràng buộc của luồng tàu bin;

- Mực nước;

- Các yếu tố khai thác;

- Đặc điểm nn đt;

- Đặc điểm bùn cát và chế độ vận chuyển bùn cát;

- Cht lượng nước dọc theo tuyến luồng tàu biển;

- DỊch vụ hỗ trợ trên luồng;

- Số liệu v luồng đã có:

- Các yếu t đặc biệt quan tâm khác.

3.8. Các yếu t v khí tượng lấy theo tài liệu quan trắc của trạm trên bờ, ít nht trong 12 năm (nên là 20 năm):

- Các bảng tần sut và hoa gió theo 8 hướng hoặc 16 hướng la bàn cho từng tháng, mùa vận tải và cả năm; trong đó tốc độ gió được tính đi ở độ cao 10m trên mặt biển là vận tốc trung bình trong khoảng thời gian 3 giây b vượt trung bình một lần trong vòng 20 năm và phân theo từng cp cách nhau khoảng 2-3m/s.

- Các bản ghi thời gian gió thổi trung bình và dài nht (tính bằng giờ) theo các hướng la bàn và cấp gió với phân khoảng tốc độ đã quy đnh.

- Bảng ghi tổng thời gian (tính bằng giờ) với tầm nhìn xa khác nhau, cứ cách 2 cp một, cho từng tháng, mùa vận tải, toàn năm.

3.9. Các yếu tố v thủy văn:

- Mực nước theo quan trắc từng giờ ít nhất trong 3 năm.

- Đường tần suất bảo đảm các loại mực nước.

- Đ thị dao động mực nước trong tháng đặc trưng (theo các quan trắc hàng giờ).

- Bảng ghi hướng và tốc độ các ng thủy triều lên xuống (nên lấy tùy thuộc vào chiều cao triều lên) và những thay đổi nếu có của các dòng này do các hiện tượng dồn ra trào vào.

3.10.Về lưu lượng tàu và tàu:

- Thành phần cụ thể của lưu lượng tàu, số liệu và nơi xếp d hàng cho tàu trong cảng, hệ số không đều của lưu lượng tàu tính theo ngày và tháng.

- Kích thước các tàu lớn nht (với các mn nước được phân khoảng 2-3m từ lớn nhất đến nhỏ nht) hiện đang ra vào cảng hoặc trong tương lai.

- Những yêu cầu có liên quan đến chế độ chạy tàu trên luồng trong thời gian một ngày đêm, khi tầm nhìn xa xu, những yêu cầu đặc biệt.

3.11. Các chỉ tiêu kinh tế:

- V tàu vận tải, giá thành tính toán của các tàu theo thành phn dự kiến của lưu lượng tàu, thời gian tính toán khai thác (tính bằng ngày đêm) và giá thành chi phí cho một ngày đêm đi với các tàu này khi chạy và khi đậu.

- V cảng, số liệu v tổng hợp các chi phí của cảng do phải chờ tàu.

- Về đội tàu nạo vét

4. Phân loại và phân cấp luồng tàu biển

4.1. Lung có mặt cắt không bgiới hạn: là các luồng tự nhiên hoặc nạo vét một phn ở khu vực nước có độ rộng lớn, để giới hạn khu vực luồng thường bố trí các biển báo phạm vi, các phao giới hạn biên hoặc các đèn biển (Hình 1.a).

4.2. Luồng có mặt cắt bị giới hạn một phần: là các luồng được nạo vét sâu hơn so với khu vực nước xung quanh, được giới hạn bởi hệ thống phao báo hiệu (Hình 1.b). Loại luồng này được hình thành chủ yếu do nạo vét với mặt ct ngang là kết hợp giữa luồng không b giới hạn và bị giới hạn hoàn toàn như trên Hình 1c.

Hình 1. Các dạng mặt ct ngang chính của luồng tàu biển

Chú thích: h-độ sâu nước (m); hT và h0 - tương ứng khoảng cách từ đáy luồng đến độ sâu tự nhiên của luồng bên trái và bên phải; W - chiu rộng luồng (m); Weff- chiều rộng luồng có hiệu (m).

4.3. Luồng có mặt cắt b hạn chế hoàn toàn: là luồng có chiều dày nạo vét và phạm vi nạo vét vượt trên mực nước chạy tàu hay còn gọi là luồng nhân tạo (Hình 1.c).

4.4. Phân loại theo chế độ chạy tàu

4.4.1. Lung một làn là luồng chỉ có một làn chạy tàu cho phép chạy tàu ra hoặc vào, luồng một làn thường được bố trí các v trí tránh tàu.

4.4.1. Luồng hai làn là lung có hai làn chạy tàu cho phép chạy tàu đồng thời theo hai chiều ngược nhau.

4.5. Phân cấp luồng tàu biển

Căn cứ vào độ sâu luồng hàng hải được phân thành 5 cấp như Bảng 1.

Bảng 1: Phân cấp luồng biển

Cấp công trình

Đặc bit

1

2

3

4

Luồng ở cửa biển, cửa vịnh h, trên bin

HCT20

16HCT<20

14HCT<16

8 HCT<14

HCT < 8

Luồng trong vịnh kín, đầm phá, luồng đào cho tàu biển

HCT17

14HCT<17

12HCT<14

7HCT<12

HCT<7

Chú thích: HCT là chiều sâu chạy tàu (m)

5. Kích thước tính toán của tàu, mực nước tính toán, chế độ lưu thông trong luồng tàu biển

5.1. Kích thước tính toán của tàu

Tùy thuộc vào yêu cầu v thiết kế của cảng, lượng hàng và độ sâu nước của luồng vào cảng mà lựa chọn tàu thiết kế hợp lý dựa trên cơ sở phân tích và dự báo đội tàu. Các thông số cơ bn của tàu thiết kế bao gồm (Hình 2):

T - Mớn nước đầy tải của tàu tính toán, (m);

B - Chiu rộng tính toán của tàu, (m);

Loa - Chiu dài lớn nhất của tàu, (m);

Lw- Chiều dài tàu ứng với đường mép nước khi đầy tải (m);

Lpp - Chiều dài giữa hai đường vuông góc của tàu (m).

Trong đó đường vuông góc mũi vuông góc với đường mặt nước đi qua mép trước trụ sóng mũi hay n gọi là đường vuông góc trước; đường vuông góc lái vuông góc với đường mặt nước đi qua mép sau trụ đỡ bánh lái hoặc tâm cuống lát nếu không có trụ đỡ bánh lái hay còn gọi là đường vuông góc sau;

A = Aq/Al - Tỷ s giữa diện tích chn gió của phần mạn tàu phía trên mực nước và chắn nước phía dưới mực nước.

Kích thước của tàu thiết kế có thể tham khảo trong phụ lục A.

Hình 2. Các kích thước cơ bản của tàu

5.2. Mực nước chạy tàu

5.2.1. Mực nước chạy tàu được xác định dựa vào luận chứng kinh tế - kỹ thuật trong đó tổng chi phí đối với luồng tàu (bao gồm đầu tư cơ bản và duy tu sửa chữa thường xuyên) cộng với chi phí tổn thất cho đội tàu và cng do phải chờ đợi khi qua luồng là tối ưu.

Phương pháp xác định mực nước chạy tàu tham khảo theo chỉ dẫn ở phụ lục B.

5.2.2. Mực nước chạy tàu và chiều sâu luồng phi lấy ứng với “0" độ sâu dùng trên các bản đồ đo sâu của vùng biển theo hệ cao độ Hải đồ khu vực.

5.2.3. Khi la chọn mực nước chạy tàu cần xét đến tính hấp dn của luồng và khả năng thu hút các tàu lớn của luồng trong tương lai.

5.2.4. Tùy thuộc vào đoạn luồng phải nạo vét và mật độ tàu qua luồng mà lựa chọn mực nước chạy tàu sao cho sự tồn tại mực nước đó đảm bảo đủ thời gian cho tàu hành hải qua kênh an toàn.

5.2.5. Đối với các cảng cá ở vùng cửa sông ven biển, các khu neo đậu tránh trú bão, để đảm bảo khai thác trong mọi tình huống, mực nước chạy tàu có thể xác định dựa trên cơ sở đường biểu diễn nhiều năm của tần suất mực nước ngày trong suốt mùa vận tải, được ly theo Bảng 2 tùy thuộc vào hiệu số giữa mc nước tần suất 50% (H50%) và mực nước thấp nhất quan trắc được (Hmin).

Bảng2. Tr số tần suất mực nước chạy tàu

H50% - Hmin (cm)

Tần suất mực nước chạy tàu (%)

35

70

150

140

Hmin

99

98

97

Chú thích:

1. Đối với các đoạn luồng khác nhau ở cửa sông mực nước chạy tài phải được xác đnh có xét đến độ dốc mặt nước trên sông.

2. Đường biểu diễn tn suất mực nước hàng ngày đối với vùng cóthủy triều được v theo các s liu quan trắc hàng giờ trên cơ sở quan trắc dao động mực nước ít nht là 3 năm.

3. Khi hiệu s mực nước lớn hơn các trị số nêu trong Bng 2 hoặc khi số lượng tàu qua cng tương đối ít (trong mấy ngày đêm mới có một tàu) thì mực nước tính toán được xác định trên cơ sở tính toán kinh tế kỹ thuật - bằng cách so sánh các chi phí nạo vét, các chi phí cho tàu và cng do phải chờ đợi hoặc phi chuyển tàu đi cảng khác vì không đủ chiều sâu nước trên luồng, mực nước tối ưu là mực nước ứng với tng các chi phí kể trên sẽ bé nhất.

5.3. Chế độ chạy tàu trên luồng

5.3.1 Luồng một làn khi trị s thời gian được tính theo lý thuyết LK/Vmax bé hơn tr số thời gian trung bình giữa các chuyến chạy tàu đến luồng (theo cả hai hướng) trong tháng có lưu lượng tàu ln nhất, tức là:

(2)

Trong đó: LK - Chiều dài luồng (km);

Vmax - Tốc độ tàu chạy lớn nhất (km/giờ);

QT - Lưu lượng tàu qua luồng trung bình trong một ngày đêm (tàu/ngày-đêm) được xác định như sau:

(3)

Trong đó: Q - Lượng hàng yêu cầu qua luồng vận chuyển trong năm (tn);

P - Trọng tải của tàu thiết kế (tấn);

Tn = 365 s ngày trong năm (ngày);

Kd - h số không đu của lượng hàng, lấy bằng 1,5.

Xác định khả năng thông qua của luồng tham kho Phụ lục C.

5.3.2. Luồng hai làn khi tr s thời gian được tính theo lý thuyết LK/Vmax lớn hơn trị số thời gian trung bình giữa các chuyến chạy tàu đến luồng (theo cả hai hướng) trong tháng có lưu lượng tàu lớn nhất, tức là:

(4)

Với điều kiện là nếu các chi phí thêm đ nạo vét mở rộng luồng s bé hơn các chi phí cho tàu và cảng vì tàu phải chờ đợi qua luồng một làn.

5.3.3. Nếu điều kiện (4) không thỏa mãn thì cần kiểm tra tính hợp lý về mặt kinh phí nếu làm luồng chạy tàu một làn với các trạm tránh tàu trên luồng.Số trạm tránh tàu phải có ít nhất một trạm trên một đoạn luồng dài Δ t.Vmax.

5.3.4. Phương pháp xác định lưu lượng tàu qua luồng trung bình một ngày đêm quy định trong Phụ lục C. Khi xác định lưu lượng tàu qua luồng trung bình một ngày đêm ch xét những tàu có mớn nước cho phép đi trong phạm vi luồng.

5.3.5. Tốc độ tàu chạy lớn nhất trên luồng phụ thuộc vào hình dạng và diện tích mặt cắt ngang luồng. Trong mọi trường hợp tốc độ cho phép của tàu không được ln hơn 0,9 ln tốc độ tới hạn Vth đặc tính cho mỗi mặt ct của luồng và không được nhỏ hơn tốc độ làm cho tàu bắt đầu không lái được (khi không có số liệu thì cn lấy tốc độ này bng 2-3 hải /h).

5.3.6. Trị số tốc độ tới hạn ở vùng nước nông (V'th) và ở luồng không giới hạn (V"th) xác định theo các Bảng 3 và 4. Theo Bảng 3 sẽ xác định được tốc độ tới hạn đối với trường hợp tính toán khi cho trước chiều sâu thiết kế của luồng Ho, Bảng 4 dùng để xác định tốc độ tới hạn khi cho trước độ dự tr chiều sâu dưới sống đáy tàu.

Tc độ tới hạn (Vth) trên luồng có mặt cắt không bị giới hạn xác định theo công thức;

(5)

5.3.7. Tốc độ tính toán Vmax của tàu được quy định ở Điều 5.3.5. Có xét đến điều kiện tự nhiên và điều kiện chạy tàu, xét đến sự cn thiết đảm bảo an toàn chạy tàu và đảm bảo chiều rộng, dài quay trở có thể bé nht, đồng thời cũng bo đm được trạng thái ổn định của đất ở mái dốc luồng đào.

5.3.8. Trên các luồng mà hiệu quả rút ngắn thời gian do tăng tốc độ chạy tàu có thể ảnh hưởng nhiều đến giá thành vn chuyn hàng hóa thì tốc độ ti ưu là tốc độ tương ứng với tổng chi phí nh nht v nạo vét và chi phí tính đổi của tàu trong thi gian qua lại trên luồng.

6. Thiết kế luồng tàu biển

6.1. Bố trí tuyến luồng tàu biển

6.1.1. Tuyến luồng ra vào cảng phải được lựa chọn phải thỏa mãn các yêu cầu dưới đây;

a. Chi phí cho công tác xây dựng, khai thác và duy tu luồng là tối ưu.

b. Bảo đảm an toàn và thuận tiện cho tàu đi trên luồng và vào cảng.

c. Bảo đảm có thể bố trí tổng th công trình chắn sóng ở cảng một cách thuận lợi.

d. Có xét đến khả năng phát triển trong tương lai của các cảng.

e. Tuyến luồng ít gây ảnh hưởng đến môi trường khu vực.

6.1.2. Để đảm bảo chi phí xây dựng, khai thác và duy tu luồng tối ưu, yêu cầu đề ra khi chọn tuyến luồng như sau:

a. Phải chọn hướng tuyến luồng sao cho ảnh hưởng của dòng chảy, sóng và vận chuyn bùn cát là ít nhất và bảo đảm sao cho luồng bị bồi lấp là nhỏ nhất.

b. Bảo đảm khả năng chọn phương thức nạo vét thuận tiện nht và thuận lợi trong công tác chuyên ch và x thải đất nạo vét.

c. Có thể bố trí xả thải đt tại nơi tương đi gn luồng nhưng không có kh năng gây sa bi trở lại vào luồng.

Từ khóa » Tiêu Chuẩn Thiết Kế Luồng Tàu đường Thủy Nội địa