福州港罗源湾港区可门作业区...～3#泊位设计关键技术探讨_杨金栋.pdf

福建交通科技2023年第1期福州港罗源湾港区水深港宽、长年不淤不冻、掩护条件好、航道稳定，有“中国第一天然深水港”的美誉，是福建省全力打造的大宗散货核心港区。罗源湾港区可门作业区13#泊位是国家能源集团在福建省内建设的首个具备社会公用功能的港口。整个项目按“港电储”一体化统一规划、建设和运营，具备新的煤炭调蓄点、返程运输装船点、东南沿海煤炭销售基地、进口煤炭中转站等四大功能，其建设将形成上下游产业链对接，实现资源共享，降低整体工程投资和生产运营成本，最大程度地实现整体项目综合效益最大化，将构建更加多元、更有保障的能源供应体系，增强区域能源供应链安全性、稳定性，具有广泛和深远的社会和经济效益。1工程概况1.1自然条件（1）风况：据统计，对本海域有影响的台风平均每年3次，全年风向以东北向为最多，频率为19%，其次为东南向，频率为13%；（2）潮位（高程基准面为当地理论最低潮面，下同）：本海区潮汐属正规半日潮，最大潮差7.64 m，最小潮差2.27 m，设计高水为6.96 m，设计低水位为0.47 m；（3）波浪：码头前沿主浪向为NE向，该波向H1%波高3.79 m、H4%波高3.18 m、H13%波高2.51 m，波周期4.4 s；（4）潮流：码头前沿水域涨落潮平均流速约0.3 m/s，回旋及连接水域涨落潮平均流速约0.30.5 m/s1。1.2港区规划及现状根据福州港总体规划（2035年）2，罗源湾港区可门作业区以煤炭、矿石等散货运输为主，兼顾油品、化工品仓储和贸易。港区规划见图1。目前可门作业区已建可门物流45#泊位、华电储运1011#泊位、可门电厂1213#泊位、下屿14#泊位。67#泊位、华电14#泊位、兴博19#泊位、西1西2#泊位正在施工建设准备中。摘要从平面布置、装卸工艺、水工结构、环境保护等方面对福州港罗源湾港区可门作业区13#泊位设计关键技术展开探讨，提出了在设计中应注意的问题和处理措施，可为类似码头工程设计决策提供参考。关键词码头设计平面布置装卸工艺水工结构环境保护福州港罗源湾港区可门作业区 13#泊位设计关键技术探讨杨金栋刘炜周伟才（福建省交通规划设计院有限公司，福州350004）图1港区规划图87FUJIANJIAOTONGKEJI福建交通科技2023年第1期2设计要点本项目定位为以神华罗源湾电厂和国家煤炭应急储备基地煤炭接卸、转运为核心，兼顾福建沿海及周边地区散货运输的专业化大宗散货码头。设计中应重点考虑以下问题：（1）统筹兼顾港、电、储三大功能区，科学布局，最大程度降低生产运营成本；（2）根据散货泊位的特点，同时满足和方便大中小船舶的靠泊需求，并综合考虑远期发展；（3）装卸工艺设计应高效先进，并采用前沿创新技术，具有前瞻性；（4）因地制宜，合理选择码头结构，并做好与临近已建4号泊位的衔接。3设计方案3.1总平面布置（1）平面布局合理总平面布局上统筹兼顾港、电、储三大功能区，充分考虑港区货物流向与前方码头工艺系统、后方电厂上煤系统、铁路装车线、疏港公路等相协调，结合地形自然条件及近远期发展需要，合理确定各主要功能区块的布局，以整个生产流程最流畅、最高效为目标来确定平面布置方案。总体平面布置见图2。将陆域散货堆场垂直于码头前沿线方向布置，尽可能充分利用场地面积；整体考虑装卸工艺系统与西侧毗邻的煤图2总平面布置图炭应急储备基地工程，方便实现码头工程、国家煤炭应急储备基地工程和后方电厂工程之间工艺流程的无缝衔接；临时石料堆场布置在码头东侧靠后方山体处，方便与后方山体开挖衔接以及石料装船出运，不影响散货作业，且便于今后散货堆场的扩展；生产、生活辅助建筑物区布置在码头西侧护岸附近，采用“港电储”统一设置，最大程度节省项目用地和投资。（2）岸线利用高效可门作业区13#泊位原建设1个4万吨级和2个5万吨级多用途泊位，共计使用岸线长度911 m。为充分发挥可门作业区13#泊位码头的深水岸线优势，结合企业远期发展需要，将岸线提级扩能为2个40万t散货泊位。同时，结合项目建设单位后续营运期对不同等级船舶靠泊的实际需求，工程设计中通过合理控制高桩段排架间、间隔布置不同型式的橡胶护舷、配备适应水位高度变化的橡胶舷梯等有效措施，实现码头在不同水位情况下靠泊3000吨级40万吨级散货船的功能，达到最大限度利用岸线资源的目标。根据海港总体设计规范3计算得出的船舶组合及其泊位长度，见表1。港口工程88福建交通科技2023年第1期3.2装卸工艺根据本项目功能定位，结合项目平面布置及周边水域航行条件，工艺设计考虑本工程1#泊位以装船功能为主，2#、3#泊位以卸船功能为主，整个装卸工艺系统主要由码头装/卸船工艺、堆场装卸工艺、水平运输工艺等多部分组成，各环节工艺能力相互匹配衔接、高效运转，以保证码头工艺系统的作业效率。工艺流程见图3。表1不同船舶组合及其泊位长度不同船舶组合所需泊位总长/m40万吨散货船+40万吨散货船35+362+35+362=8293000吨级杂货船+30万吨级散货船+30万吨级散货船12+108+35+339+35+339+35=9031万吨级杂货船+20万吨级散货船+30万吨级散货船12+146+30+312+35+339+35=9091万吨级散货船+25万吨级散货船+25万吨级散货船12+135+35+325+35+325+359022万吨级散货船+20万吨级散货船+20万吨级散货船20+164+30+312+30+312+308983.5万吨级散货船+10万吨级散货船+30万吨级散货船18+190+26+250+35+339+35=8935万吨级散货船+10万吨级散货船+20万吨级散货船22+223+26+250+30+312+30=893（1）码头工艺采用高效专业的装、卸船机，码头前沿采用装、卸船作业共用皮带机线的创新布置方式，码头平台统一设置两路带式输送机连通装、卸船泊位全长，布置在装、卸船机跨下共用。该方案特点：码头装、卸船机共用码头皮带机系统，大幅增加码头泊位岸线的灵活使用功能（装、卸船机作业范围不受码头装、卸船皮带机分开独立布置长度的限制），实现2#泊位兼顾装、卸船船功能；极大简化码头平台平面布置，减少皮带机系统及其廊道在码头平台上的占用空间，方便码头运营兼顾件杂货等其他非散作业；提高设备利用率，大幅降低皮带机系统及土建等整体工程投资。（2）码头及储煤基地堆场全部采用堆、取合一的宽料堆斗轮堆取料机布局方案，以实现堆场场地利用率和容量的最大化；斗轮堆取料机采用带无人值守的智能化控制技术，结合数字化散货堆场管理系统，实现了司机在后方中控室的远程操控，有效改善了司机作业环境（现场环境恶劣粉尘大）和生图3工艺流程图89FUJIANJIAOTONGKEJI福建交通科技2023年第1期产安全，并大幅提高劳动效率，高效创新。（3）水平运输带式输送机系统采用高效节能的变频驱动控制方案（多传动AFE主动前端IGBT整流模式），对带式输送机进行软启动保护，减小对设备的机械冲击和对电网的供电冲击，有效提高了系统运行的稳定性和可靠性，并可根据不同生产工艺流程的需要，对带式输送机进行调速运行控制，有效降低系统运行能耗和运营成本。3.3水工结构（1）重力沉箱结构段本工程码头平台自东向西790 m范围，采用重力式沉箱结构，基于项目地质特点，部分重力式结构段码头基床厚度最大达35.8 m，属典型的深基槽重力式码头。由于现行水运行业规范尚无深基槽基床底宽的具体规定，之前深基槽基床基底应力计算也没有针对性的研究成果，如根据现行水运行业规范，按偏保守的常规基床进行设计，基槽将产生大量的开挖基槽弃疏浚料，并需相应抛填大量的石料作为大沉箱的基础，造成工程投资的浪费。设计过程中充分结合福建省交通运输科技项目深基槽重力式码头建设关键技术研究的研究成果，详细研究分析重力式码头平台的应力分布，在码头结构设计规范4相关规定的基础上，对码头基槽的开挖尺度进行合理优化。结构断面优化后，在保证码头安全的同时，节省大量的开挖量及基床的抛石量，节约工程费用约980万元。具体优化对比见表2，结构断面优化如图4所示。表2重力式码头结构优化对比注：B表示基床顶宽，d表示基床厚度。图4重力式段结构断面优化示意图（2）桩基结构段拟建桩基段码头平台长121 m，码头排架间距为10 m。码头结构立面图如图5所示。为加快工程进度，减小施工难度，节约工程投资，保障施工安全，通过在沉箱上部胸墙设外伸4.4 m，增加桩基段排架中心与重力式外边缘间距；在桩基段设计简支衔接结构，优化桩基平台结构分段和桩位布置；最终减少6根直径2.8 m灌注桩，节省工程投资近600万元。项目规范要求设计参数4优化后设计参数基槽底宽B+2dB基床前侧坡度11.511图5码头结构立面图（3）结构段间的衔接本工程水工结构按靠泊40万吨级散货船舶进行设计，结构使用荷载大。结构段衔接处沉箱抛石基床厚近30 m，在今后的运营中将产生较大变形（沉降和位移），而桩基段平台允许发生的变形大大少于沉箱结构段。为减少不均匀变形产生的安全隐港口工程90福建交通科技2023年第1期患，设计中借鉴公路桥梁的做法，采用模数式伸缩装置以适应不同结构段间的差异沉降。伸缩装置设计图、现场安装图见图6、7。同时，根据码头设备荷载情况，在轨道梁处进行加固。图6伸缩装置设计图图7伸缩装置现场安装图3.4环境保护（1）码头卸船机采用料斗挡风网板+喷雾抑尘技术，减小码头作业扬尘；散货堆场采用挡风抑尘墙+全封闭钢煤棚组合布置方式，以封闭散货堆场，减小堆场扬尘。（2）水平运输采用封闭式带式输送机，并在转运站内采用曲线落煤管技术+微动力除尘器+干雾抑尘系统三位一体化设计，增设干雾除尘设备、回程清洗箱设备，减小扬尘，节约用水。（3）码头前方设置船舶岸电系统，减少靠港船舶大气污染排放；污水处理采用技术先进的电子絮凝技术，无需添加药剂，避免产生二次污染。（4）整个港区构建散货码头的生产环境监控系统，通过气象环境原始数据的数据采集、数据传输、数据存储和数据多样化显示等功能，与现场的喷淋、除尘、污水处理等系统进行联动，可实现港区全过程环保监控和保护。4结语从平面布置、工艺设计、水工结构、环境保护等方面对码头关键设计进行探讨，在充分利用泊位岸线、合理布置码头装卸设备、优化码头结构断面、大型专业散货泊位的环保设计上提出可行有效的方案，可供类似工程设计决策参考。参考文献1福建省交通规划设计院有限公司.福州港罗源湾港区可门作业区1-3号泊位扩能改造工程施工图设计文件R.福建省交通规划设计院有限公司，2021.2交通运输部规划研究院.福州港总体规划（2035年）R.交通运输部规划研究院，2021.3中华人民共和国交通运输部.海港总体设计规范：JTS 165-2013S.北京：人民交通出版社，2014.4中华人民共和国交通运输部.码头结构设计规范：JTS 167-2018S.北京：人民交通出版社，2018.91