Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 11419:2016 Luồng tàu biển-Yêu cầu thiết kế

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 nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

LUỒNG TÀU BIỂN - YÊU CẦU THIẾT KẾ

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 cảng 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 chuẩn 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)

Suất 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 biểu 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 bằng 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 về điều khiển và hoạt động hàng hải.

2.1.6. Số Froude (Froude Number)

Số Froude là đại lượng không thử nguyên đặc trưng 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:

Trong đó: v: Tốc độ của tàu, (m/s).

g: Gia tốc trọng trường, (m/s²).

L: Chiều 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 liệu đo đạc về 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, C_B (Block coefficient)

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

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

2.2. Ký hiệu

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 cần xem xét các điều kiện địa hình, khí tượng-thủy hải văn, điều 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 tổng thể của khu vực, vùng,... để làm căn cứ quy hoạch cụ thể.

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

- Tuyến luồng gần nhu thẳng.

- Chiều rộng đủ và chiều sâu phù hợp để tàu 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 nằm trong giới hạn cho phép bảo đảm chạy tàu an toàn.

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

3.4. Khi mở luồng tàu biển cần phân tích hành trình của các tàu ra vào cảng, tham khảo các cảng tương tự. Ngoài ra, cần xem xét tình trạng bố trí phao tiêu, báo hiệu và hệ thống kiểm tra giao thông hàng hải trong cảng, khoảng 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 địa hình có hạn chế về các yếu tố hình học, khi xác định tuyến luồng cần 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 để 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 tiềm tàng có thể tác động lên luồng tàu biển bao gồm:

- 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 điều kiện ràng buộc của luồng tàu biển;

- Mực nước;

- Các yếu tố khai thác;

- Đặc điểm nền đất;

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

- Chất lượng nước dọc theo tuyến luồng tàu biển;

- DỊch vụ hỗ trợ trên luồng;

- Số liệu về luồng đã có:

- Các yếu tố đặc biệt quan tâm khác.

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

- Các bảng tần suất 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 đổi ở độ cao 10m trên mặt biển là vận tốc trung bình trong khoảng thời gian 3 giây bị vượt trung bình một lần trong vòng 20 năm và phân theo từng cấp cách nhau khoảng 2-3m/s.

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

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

3.9. Các yếu tố về thủy văn:

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

- Đường tần suất bảo đảm các loại mực nước.

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

- Bảng ghi hướng và tốc độ các dòng 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 dỡ hàng cho tàu trong cảng, hệ số không đều của lưu lượng tàu tính theo ngày và tháng.

- Kích thước các tàu lớn nhất (với các mớn nước được phân khoảng 2-3m từ lớn nhất đến nhỏ nhất) 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 xấu, những yêu cầu đặc biệt.

3.11. Các chỉ tiêu kinh tế:

- Về tàu vận tải, giá thành tính toán của các tàu theo thành phần 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 đối với các tàu này khi chạy và khi đậu.

- Về cảng, số liệu về 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. Luồng có mặt cắt không bị giới hạn: là các luồng tự nhiên hoặc nạo vét một phần 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 cắt ngang là kết hợp giữa luồng không bị giới hạn và bị giới hạn hoàn toàn như trên Hình 1c.

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

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

4.3. Luồng có mặt cắt bị 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. Luồng 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 vị trí tránh tàu.

4.4.1. Luồng hai làn là luồng 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

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 về 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 bản của tàu thiết kế bao gồm (Hình 2):

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

B - Chiều rộng tính toán của tàu, (m);

L_oa - Chiều dài lớn nhất của tàu, (m);

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

L_pp - 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 còn 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 = A_q/A_l - Tỷ số giữa diện tích chắn 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 cảng 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 phải 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 lựa chọn mực nước chạy tàu cần xét đến tính hấp dẫn 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 lấy theo Bảng 2 tùy thuộc vào hiệu số giữa mực nước tần suất 50% (H_50%) và mực nước thấp nhất quan trắc được (H_min).

Bảng 2. Trị số tần suất mực nước chạy tàu

5.3. Chế độ chạy tàu trên luồng

5.3.1 Luồng một làn khi trị số thời gian được tính theo lý thuyết L_K/V_max bé 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:

Trong đó: L_K - Chiều dài luồng (km);

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

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

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

P - Trọng tải của tàu thiết kế (tấn);

T_n = 365 số ngày trong năm (ngày);

K_d - hệ số không đều của lượng hàng, lấy bằng 1,5.

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

5.3.2. Luồng hai làn khi trị số thời gian được tính theo lý thuyết L_K/V_max 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:

Với điều kiện là nếu các chi phí thêm để nạo vét mở rộng luồng sẽ 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.V_max.

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 chỉ 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 lớn hơn 0,9 lần tốc độ tới hạn V_th đặc tính cho mỗi mặt cắt của luồng và không được nhỏ hơn tốc độ làm cho tàu bắt đầu không lái được (khi không có số liệu thì cần lấy tốc độ này bằng 2-3 hải lý/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 H_o, Bảng 4 dùng để xác định tốc độ tới hạn khi cho trước độ dự trữ chiều sâu dưới sống đáy tàu.

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

5.3.7. Tốc độ tính toán V_max 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 cần thiết đảm bảo an toàn chạy tàu và đảm bảo chiều rộng, dài quay trở có thể bé nhất, đồng thời cũng bảo đảm 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 vận chuyển hàng hóa thì tốc độ tối ưu là tốc độ tương ứng với tổng chi phí nhỏ nhất về nạo vét và chi phí tính đổi của tàu trong thời 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 thể 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 chuyển 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 nhất và thuận lợi trong công tác chuyên chở và xả thải đất nạo vét.

c. Có thể bố trí xả thải đất tại nơi tương đối gần luồng nhưng không có khả năng gây sa bồi trở lại vào luồng.

Bảng 3. Tốc độ tới hạn tương ứng với chiều sâu thiết kế H_o

Bảng 4. Tốc độ giới hạn phụ thuộc vào trị số độ dự trữ chiều sâu dưới sống đáy tàu

6.1.3. Để bảo đảm điều kiện an toàn và thuận tiện cho tàu đi trên luồng hoặc từ luồng vào các cảng, cần thỏa mãn các yêu cầu sau:

a. Tuyến luồng phải cố gắng là đường thẳng, trường hợp cần tạo những chỗ cong ngoặt thì góc tạo bởi hai tim tuyến luồng phải là góc nhọn (xem thêm Điều 6.1.8) và bán kính cong lớn nhất.

b. Hướng của tuyến bố trí sao cho góc lệch giữa tuyến luồng và hướng gió, hướng sóng chính là bé nhất.

c. Tại đoạn tiếp giáp giữa luồng dẫn với cửa cảng và từ cửa cảng trở vào một đoạn ít nhất bằng chiều dài đường hãm của tàu tính toán, không được bố trí đoạn cong và phương tuyến luồng tại đoạn này phải gần trùng hoặc trùng với trục tim của cửa vào cảng.

d) Chiều dài đường hãm tính toán được kiểm chứng bằng mô hình mô phỏng chạy tàu dựa vào điều kiện môi trường, tốc độ chạy tàu thực tế, quá trình ra vào của tàu và có sự hỗ trợ của tàu kéo.

- Trong thiết kế sơ bộ, chiều dài đường hãm của tàu < 50.000 DWT có thể lấy bằng 3L với tàu không tải và 8L với tàu đầy tải, với L là chiều dài tàu thiết kế.

- Khi vào khu nước cảng không được che chắn sóng gió, chiều dài đường hãm được tính từ điểm đầu của vùng nước bảo vệ đến trung tâm của vũng quay tàu.

e. Có thể đặt những cột báo hiệu, các mốc tiêu theo trục tim luồng sao cho các cột báo này có thể trông thấy được từ tàu và không bị chập lên các công trình hoặc cây cối cao hơn chúng.

6.1.4. Đối với luồng thiết kế ở khu vực cửa sông và bãi ngoài cửa sông, nên đảm bảo những yêu cầu bổ sung sau đây:

a. Trước cũng như sau khi xây dựng luồng, bảo đảm lưu lượng nước và phù sa trong nhánh sông được chọn ổn định.

b. Sử dụng ít nhất các biện pháp ổn định luồng tàu và bảo vệ bờ.

c. Hướng tuyến luồng bố trí trùng với hướng dòng chảy từ sông ra và dòng triều rút chủ đạo.

6.1.5. Khi phân tích các chi phí ước tính cần phải xét đến:

a. Thể tích đất phải nạo vét khi xây dựng luồng.

b. Thể tích đất nạo vét duy tu luồng phụ thuộc sự bồi lắng của luồng ứng với các phương án tuyến luồng khác nhau;

c. Hiệu suất của các thiết bị nạo vét ứng với các loại đất;

d. Sự phụ thuộc của bề rộng luồng vào sơ đồ bố trí các biển báo của các đoạn chính.

6.1.6. Chiều dài luồng được xác định căn cứ vào hướng của luồng, địa hình tự nhiên của đáy và chiều sâu tuyến đường thủy tính toán;

6.1.7. Tuyến luồng cần phải đặt sao cho việc xây dựng luồng và khai thác thỏa mãn những yêu cầu của các cơ quan bảo vệ môi trường.

6.1.8. Khi trên luồng có các đoạn cong, góc tạo bởi các đường tim tuyến luồng tại đoạn cong nên càng nhỏ càng tốt.

- Khi xác định góc tạo bởi các đường tim tuyến luồng tàu biển tại đoạn cong của luồng cần xem xét đường kính quay tàu, tốc độ tàu chạy, tỷ số giữa mớn nước tàu và độ sâu nước, số lượng phao tiêu báo hiệu được bố trí,...

- Khi hướng gió hoặc dòng triều gần vuông góc với đường tim luồng tàu biển, việc điều khiển tàu chịu tác động nhiều của gió và dòng triều. Vì vậy cần xem xét các tác động này khi gió và dòng triều lớn.

- Góc tạo bởi các tim tuyến luồng tàu biển tại đoạn cong không nên lớn hơn khoảng 30°. Khi góc lớn hơn 30° đường tim luồng tại đoạn cong cần tạo thành một cung tròn có bán kính cong lớn hơn khoảng 4L (L là chiều dài lớn nhất của tàu tính toán). Chiều rộng luồng tại đoạn cong như thế nên lấy bằng hoặc lớn hơn chiều rộng yêu cầu trừ trường hợp tàu tính toán có tính năng quay trở tốt.

- Tại đoạn cong của luồng 2 chiều có góc giao là 30° hoặc lớn hơn và chiều rộng luồng bằng chiều dài lớn nhất của tàu tính toán (L) thì cần gia tăng chiều rộng luồng tại đoạn cong có cắt góc như sơ đồ trong Hình 3.

Hình 3. Gia tăng chiều rộng tại đoạn cong

6.1.9. Chiều dài đoạn luồng thẳng nối giữa hai khúc luồng cong ngược chiều được lấy tối thiểu bằng 5L với L là chiều dài lớn nhất của tàu thiết kế (Hình 4). Khi gặp điều kiện khó khăn về địa hình, địa vật thì chiều dài đoạn luồng thẳng nối giữa hai khúc luồng cong ngược chiều được xác định thông qua mô phỏng chạy tàu.

6.1.10. Chiều dài đoạn luồng thẳng nối giữa hai khúc luồng cong cùng chiều tối thiểu bằng 3L.

Hình 4. Đoạn thẳng chuyển tiếp giữa hai khúc cong

6.1.11. Bán kính cong của luồng (Hình 4) phụ thuộc vào tỷ số độ sâu nước và mớn nước (h/T), góc của bánh lái, góc ngoặt tạo bởi giữa tim hai tuyến luồng, chiều dài và chiều rộng tàu. Bán kính cong được xác định theo công thức sau:

Trong đó, K_R chỉ số quay trở của tàu, có thể xác định theo Bảng 5; δ_R là góc của bánh lái (độ).

Bảng 5: Bán kính cong và chỉ số quay trở của tàu K_R (với δ_R = 20° và d/T = 1,2)

6.1.12. Khi xây dựng cầu qua luồng tàu biển cần bảo đảm đủ khẩu độ tĩnh không. Khi xác định khẩu độ tĩnh không cần xem xét các điểm sau:

(a) Khi xác định tĩnh không cần căn cứ vào các yếu tố sau:

- Chiều cao cột tàu, độ chúi của tàu, mớn nước không tải của tàu.

- Mực nước triều và chiều cao sóng.

- Kỹ năng điều khiển tàu của lái tàu.

(b) Tĩnh không (Air Draught Cearance - ADC) (Hình 5) được xác định theo công thức sau:

Trong đó, H_st là chiều cao từ mực nước chạy tàu cao nhất đến đỉnh cao nhất của tàu thiết kế trong trạng thái không tải (m). Giá trị H_st được tính toán thông qua chiều cao toàn bộ của tàu H_kt theo công thức sau

Trong đó, T_FL là mớn nước không tải, lấy bằng J.T, với J là hệ số mớn nước, lấy từ 0,5 đến 1,0 ứng với từng loại tàu. Các giá trị này được chọn căn cứ vào loại tàu như trong bảng A5 đến A12 của Phụ lục A.

(c) Khi xác định khẩu độ cần lưu ý đến 3 yếu tố sau: Hướng gió thịnh hành, dòng triều và sự thay đổi của dòng triều do các trụ cầu gây ra; Tốc độ, tính năng điều khiển và tính năng dừng tàu và Kỹ năng điều khiển tàu của lái tàu.

Hình 5. Cách xác định tĩnh không

6.2. Chiều rộng luồng tàu biển

6.2.1. Chiều rộng thiết kế của luồng một hoặc hai làn (Hình 6) được xác định tương ứng theo các công thức sau:

Chiề rộng đáy W’ của luồng tàu tuyến thẳng một làn được tính theo công thức:

Chiều rộng đáy luồng hai làn theo công thức:

Trong đó: W_BM - Chiều rộng cơ bản để tàu hoạt động, lấy theo Bảng 6.

W_i - Chiều rộng dự phòng trong điều kiện khó khăn do các tác động của gió, dòng chảy, lấy theo Bảng 7.

W_P - Chiều rộng an toàn giữa hai tàu lấy theo Bảng 8. Đối với các luồng tàu có mật độ hơn 3 tàu thiết kế trong một ngày thì chiều rộng này có thể tăng cường thêm 0,5B.

W_BR và W_BG - Lần lượt là khoảng cách biên luồng về phía "đỏ" và "xanh" lấy theo các chỉ dẫn trong Bảng 9.

Bảng 6: Chiều rộng cơ bản để tàu hoạt động WBM

Bảng 7: Chiều rộng dự phòng trong điều kiện khó khăn do các tác động của gió, dòng chảy

Bảng 8: Chiều rộng dự phòng giữa 2 làn tàu W_P

Bảng 9: Chiều rộng dự phòng giữa dải hoạt động của tàu mái dốc luồng

Hình 6. Sơ đồ tính toán các thông số của luồng

6.2.2. Giá trị mở rộng luồng trên đoạn cong Δb_k được xác định phụ thuộc vào quan hệ giữa bán kính cong của luồng R và chiều dài tính toán của tàu L theo Bảng 10. Δb_k được đặt ở cạnh ngoài của đường cong và vuông góc với hướng di chuyển của tàu (Hình 7).

Hình 7. Sơ đồ mở rộng đoạn luồng chuyển tiếp

Bảng 10: Giá trị mở rộng luồng trên đoạn cong Δb_k

6.2.3. Khi trong vùng chịu tác dụng của dòng chảy thường xuyên, việc mở rộng luồng ở đoạn chuyển hướng, cần tăng thêm một lượng Δb_dc, được tính theo công thức:

Trong đó:

α_dc - Góc giữa hướng dòng chảy và trục dọc của đoạn luồng, độ (góc lệch của dòng chảy);

Λ - Hệ số phụ thuộc vào góc chuyển hướng của đoạn luồng ψ và tỷ số giữa vận tốc dòng chảy và vận tốc tàu V_dc/V_max, được xác định từ Bảng 11.

Δb_dc được tính toán đối với điểm đầu và điểm cuối của đoạn luồng.

Góc χ chuyển tiếp giữa đoạn cong mở rộng và đoạn luồng thẳng không được lớn quá 15^o (Hình 7).

Việc nắn thẳng các đoạn cong cần thực hiện theo cách sao cho vùng xoay theo lý thuyết không bi giảm đi.

6.2.4. Đối với các luồng tàu biển có tầm quan trọng cao, các chuẩn tắc luồng được xác định ở trên cần được kiểm chứng lại bằng mô hình toán mô phỏng chạy tàu hoặc mô hình tàu ảo hoặc mô hình vật lý.

Bảng 11: Quan hệ giữa hệ số Λ với góc chuyển hướng của luồng ψ

6.3. Chiều sâu luồng tàu biển

Chiều sâu chạy tàu thể hiện trên Hình 8 được tính toán theo công thức sau:

Trong đó: T - Mớn nước của tàu tính toán, (m);

Σ độ sâu dự phòng (m), như thể hiện trên Hình 8 gồm ảnh hưởng của 3 yếu tố chính:

(1) Ảnh hưởng mực nước;

(2) Ảnh hưởng của tàu thiết kế;

(3) Ảnh hưởng của đáy biển.

6.3.1. Ảnh hưởng của mực nước bao gồm hệ cao độ, mực nước chạy tàu, mực nước thủy triều.

(1) Hệ cao độ khuyến nghị sử dụng hệ cao độ Hải đồ. Tuy nhiên, cần chỉ rõ độ chênh lệch giữa cao độ Hải đồ và cao độ Lục địa.

(2) Mực nước chạy tàu được lựa chọn căn cứ vào Điều 5.2.

(3) Mực nước thủy triều xác định căn cứ vào từng khu vực cụ thể, phương pháp xác định tuân theo các tiêu chuẩn hiện hành của Nhà nước.

6.3.2. Ảnh hưởng của tàu thiết kế bao gồm mớn nước của tàu thiết kế, tổng độ sâu dự trữ yêu cầu cho chạy tàu. Tổng độ sâu dự trữ yêu cầu chạy tàu bao gồm các yếu tố ảnh hưởng dưới đây.

Hình 8. Sơ đồ xác định chiều sâu luồng

(1) Dự trữ cho phép do sự không chắc chắn của mớn nước của tàu do ảnh hưởng của sóng, mật độ của nước, do tải trọng trên tàu không đều, do tàu bị hư hỏng,...

(2) Dự trữ do sự thay đổi của mật độ của nước ngọt và nước mặn. Khi độ mặn từ 2-3‰ mớn nước của tàu ở vùng nước ngọt T_fw và vùng nước mặn T_sw là hàm của hệ số béo C_B và hệ số diện tích phẳng của nước C_WP như sau:

(3) Dự trữ xét đến ảnh hưởng của độ chìm, sự xoay, lắc của tàu và do hàng hóa không đồng đều gây ra (Squat) được xác định bằng các công thức kinh nghiệm hoặc từ mô phỏng số.

PIANC (2014) khuyến nghị sử dụng 7 phương pháp. Tuy nhiên, phương pháp kinh nghiệm của Barrass3 (2004) và Romisch (1989) được khuyến nghị để tính toán độ dự trữ này cho cả 2 phía của mũi và lái của tàu. Trong tiêu chuẩn này khuyến nghị sử dụng phương pháp của Barrass3.

Barrass3 (2004) đã đề xuất công thức tính toán độ dự trữ Squat như sau:

Trong đó, V_k vận tốc của tàu (m/s);

S là hệ số giới hạn lấy như sau:

- Với luồng không bị hạn chế, vùng nước hở, láy S = 0,10. Với K=1 thì mẫu số trong công thức (16) là 100;

- Với luồng bi hạn chế, lấy S = 0,25. Với K=2 thì mẫu số là 50.

Barrass3 còn đề xuất công thức tính toán dự trữ do tàu chìm phía mũi hay phía lái S_oe,B3, độ dự trữ do thân tàu bị chìm S_m,B3 và độ dự trữ do tàu xoay động lực S_t,B3 như sau:

Các hệ số được xác định:

(4) Dự trữ xét đến ảnh hưởng động lực của đuôi tàu do gió làm quay tàu Z_WR được tính toán như sau:

Trong đó:

B là chiều rộng tàu thiết kế (m);

Φ_WR là góc xoay động lực (độ), được xác định thông qua 2 thành phần là góc xoay động lực do gió Φ_W và do tàu quay vòng Φ_R: Φ_WR = Φ_W + Φ_R

Góc xoay động lực do gió Φ_W

Trong đó,  là chiều cao tâm định khuynh lấy theo Bảng 12; g_w = gρ_w là trọng lượng riêng của nước biển (10,06kN/m³), ρ_w là dung trọng của nước biển (1,025kg/m³).

- Mô men gây xoay do gió M_w được tính toán như sau:

Trong đó: T là mớn nước của tàu thiết kế (m);

là chiều cao tâm của lực do gió so với sống tàu (m);

- Lực ngang do gió F_wy được tính toán như sau:

Trong đó:

A_V,L là diện tích chắn gió (m²); V_WR là lốc độ gió tương đối (m/s).

Bảng 12. Chiều cao định khuynh đối với các loại tàu

C_Wy là hệ số lực gió là hàm số của góc hướng gió tương đối  θ_WR ở trọng tâm của tàu. Hệ số này được xác định bằng công thức hồi quy dựa vào thí nghiệm hầm gió. Yamano và Saito (1997) đề xuất sử dụng công thức sau:

Ba hệ số hồi quy C_Yn với n = 1, 2, 3 tính như sau:

Trong đó: A_V,F là diện tích chắn gió theo phương vuông góc với hướng gió (m²);

X_L là khoảng cách giữa đường vuông góc phía mũi và tâm của A_V,F (m).

Bảng 13. Giới thiệu hệ số diện tích chắn gió để tính toán diện tích chắn gió A_V,F và A_v,L đối với 8 loại tàu theo công thức dưới đây:

Trong đó: Y = A_V,F hoặc A_V,L và X = DWT hoặc GT phụ thuộc vào loại tàu, a và b được xác định dựa vào Y. Các hệ số này dựa vào tính toán xác suất độ tin cậy 95% bởi Akakura và Takahashi (1998) đối với điều kiện tàu đầy tải từ LIoyd’s (1995.6).

Bảng 13. Hệ số diện tích chắn gió ứng với các loại tàu

Bảng 14. Các hệ số C_Yn0 đến C_Yn4 với n = 1, 2,3 thể hiện trong