成果簡(jiǎn)介勘察設(shè)計(jì)獎(jiǎng)
華能唐山港曹妃甸港區(qū)煤碼頭工程設(shè)計(jì)
（2022～2023年度第一批優(yōu)秀設(shè)計(jì)一等獎(jiǎng)）
申報(bào)單位 中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司
一、項(xiàng)目基本情況
本項(xiàng)目位于唐山港曹妃甸港區(qū)，已建的國投煤碼頭煤堆場(chǎng)以南，防波堤外側(cè)的無掩護(hù)區(qū)域。工程建設(shè)2個(gè)10萬噸級(jí)、2個(gè)7萬噸級(jí)和1個(gè)5萬噸級(jí)煤炭裝船泊位及相關(guān)的配套設(shè)施，其中碼頭東側(cè)450m岸線水工結(jié)構(gòu)按靠泊15萬噸級(jí)船舶設(shè)計(jì)，其余泊位水工結(jié)構(gòu)均按靠泊10萬噸級(jí)散貨船舶設(shè)計(jì)。碼頭岸線長(zhǎng)度1428m，堆場(chǎng)總?cè)萘繛?/span>353萬噸，設(shè)計(jì)年通過能力5000萬噸。
二、技術(shù)難點(diǎn)和特點(diǎn)
本工程是國內(nèi)規(guī)模最大、等級(jí)最高的開敞式煤炭裝船碼頭，主要設(shè)計(jì)難點(diǎn)和特點(diǎn)如下：
1. 曹妃甸港區(qū)一港池內(nèi)已無建設(shè)空間，本工程只能開敞式建設(shè)。設(shè)計(jì)中需要解決潮流、泥沙淤積、泊位條件等一系列問題。
2. 堆場(chǎng)區(qū)、翻車機(jī)房區(qū)陸域狹小，需與已建工程銜接，工藝設(shè)計(jì)難度大。受唐山港曹妃甸港區(qū)總體規(guī)劃限制，本工程堆場(chǎng)陸域總體寬度只有670m，工藝設(shè)計(jì)需要在滿足翻車堆存、取料裝船作業(yè)線的基礎(chǔ)上，盡量增大堆場(chǎng)煤炭堆存量，優(yōu)化整體工藝設(shè)計(jì)，而且需與國投煤碼頭起步工程預(yù)留的一線翻車機(jī)同時(shí)建設(shè)，共用一個(gè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)，工藝設(shè)計(jì)更加復(fù)雜。
3. 碼頭開敞式布置，碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)適應(yīng)開敞式碼頭的波浪、潮流、冰等荷載情況。同時(shí)，碼頭結(jié)構(gòu)選擇應(yīng)盡可能減少碼頭建設(shè)對(duì)周邊流場(chǎng)的影響，改善泊穩(wěn)條件。為減小外海波浪對(duì)梁板的浮托力，碼頭面高程較高，碼頭設(shè)雙層系纜，滿足1.5萬噸級(jí)～15萬噸級(jí)煤炭船泊在不同水位的系纜要求。
4．存在深基坑、大跨度網(wǎng)殼等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難點(diǎn)。翻車機(jī)房深基坑設(shè)計(jì)施工既要考慮承壓水的不利影響，又要保證了周邊已建鐵路設(shè)施、辦公樓等建構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)安全。煤炭條形料倉跨度103m，采用螺栓球節(jié)點(diǎn)正放四角錐雙層三心圓柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，適應(yīng)跨度大、地基條件復(fù)雜、風(fēng)荷載較大的沿海港口環(huán)境。
5. 對(duì)標(biāo)技術(shù)前沿，建設(shè)綠色、智慧煤炭碼頭。本工程通過條形料倉、防風(fēng)網(wǎng)、干式除塵系統(tǒng)、濕式除塵系統(tǒng)、雨污水回收、處理、回用設(shè)施等，滿足環(huán)保設(shè)計(jì)要求。工藝系統(tǒng)采用堆場(chǎng)大機(jī)自動(dòng)化、翻車機(jī)和裝船機(jī)遠(yuǎn)程操控技術(shù)；控制及計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)具有流程作業(yè)監(jiān)控、作業(yè)實(shí)時(shí)管理、智能綠色能源控制管理、智能排產(chǎn)等功能，初步實(shí)現(xiàn)智能化操作，具備升級(jí)為智慧化碼頭的基礎(chǔ)條件。
三、創(chuàng)新點(diǎn)
1.科學(xué)選址，總體布局合理。
2.裝卸工藝流程和工藝設(shè)備先進(jìn)，達(dá)到世界先進(jìn)水平。
（1）翻車系統(tǒng)采用“兩線四翻”方案，配備2臺(tái)“O”型轉(zhuǎn)子四翻翻車機(jī)，單臺(tái)額定能力可達(dá)7780t/h，為國內(nèi)效率最高的翻車機(jī)單線卸車能力。
（2）本工程卸車系統(tǒng)與國投煤碼頭續(xù)建工程卸車系統(tǒng)相結(jié)合，“三線四翻”翻車機(jī)的工藝系統(tǒng)、鐵路系統(tǒng)、基坑維護(hù)及主體結(jié)構(gòu)整體布置，統(tǒng)一建設(shè)，單獨(dú)管理。既降低了工程投資，實(shí)現(xiàn)了土地集約化利用，又解決了與周邊鐵路及輔建設(shè)施相互影響的矛盾。
（3）堆場(chǎng)采用“3堆+2堆取+2取”的組合布置模式，在有效利用陸域場(chǎng)地、擴(kuò)大煤炭堆存容量、滿足作業(yè)線數(shù)要求的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮取料機(jī)的功能，減少了堆料和取料作業(yè)沖突，保證了碼頭裝船機(jī)作業(yè)效率，提高了工藝系統(tǒng)總體運(yùn)輸能力。
（4）取裝線采用“雙線雙取料機(jī)”方案，取裝線上可利用同軌道梁上2臺(tái)取料機(jī)進(jìn)行混配煤作業(yè)，也可進(jìn)行跨線混配，軌道梁布設(shè)有2條取料皮帶機(jī)，相當(dāng)于一條軌道梁上可提供2條取料作業(yè)線，混配作業(yè)更為靈活。
（5）部分機(jī)房轉(zhuǎn)接采用先進(jìn)的移動(dòng)伸縮給料方案，與傳統(tǒng)分叉溜槽方案相比，降低物料轉(zhuǎn)接高度3.75m，可極大減少生產(chǎn)能耗和粉塵污染，達(dá)到節(jié)能減排目的。
（6）碼頭裝船采用“待泊”泊位方案，4臺(tái)裝船機(jī)服務(wù)5個(gè)泊位裝船作業(yè)，減少在裝船過程中等待壓艙水時(shí)間，充分發(fā)揮裝船機(jī)6000t/h的裝船能力。
（7）系統(tǒng)設(shè)計(jì)充分考慮了商業(yè)化運(yùn)作要求，在卸車、堆取、裝船流程中設(shè)置除鐵裝置、計(jì)量裝置、在線采制樣等設(shè)施，工藝系統(tǒng)功能更加完善。
3. 碼頭結(jié)構(gòu)采用墩臺(tái)段和梁板段結(jié)合的形式，經(jīng)濟(jì)合理、裝配化水平高。碼頭端部及裝船機(jī)檢修位置采用高樁墩臺(tái)式結(jié)構(gòu)，滿足設(shè)備埋件埋設(shè)及兩端墩臺(tái)抵御冰荷載作用要求；其余結(jié)構(gòu)采用大跨度高樁梁板結(jié)構(gòu)，排架間距10m，以減少樁基和梁板安裝數(shù)量，工程投資較低。碼頭采用Φ1200鋼管樁，標(biāo)準(zhǔn)段上部預(yù)制預(yù)應(yīng)力橫梁、軌道梁、連系梁、面板，均為預(yù)制場(chǎng)預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)打設(shè)及澆筑鋼筋混凝土接頭連接成整體碼頭結(jié)構(gòu)，裝配化水平較高，易于保證施工質(zhì)量，縮短工期，適應(yīng)外海施工作業(yè)條件。
4．陸域形成及地基處理方案投資低，工期短。陸域形成采用吹填方式，吹填厚度6～16m。有組織的選取顆粒級(jí)配好、淤泥含量低的粉細(xì)砂作為吹填料，輔以精細(xì)的現(xiàn)場(chǎng)施工方案，達(dá)到土層均勻、泥面平整的效果，為降低地基處理費(fèi)用和土建結(jié)構(gòu)費(fèi)用奠定了基礎(chǔ)。煤炭堆存區(qū)域及輔建區(qū)采用無填料振沖地基處理方案，軌道梁、轉(zhuǎn)接機(jī)房及廊道區(qū)域采用振沖碎石樁方案。該方案處理深度可達(dá)20m，具有對(duì)砂性土液化處理效果好，承載力高、殘余沉降小、工期短、造價(jià)低的特點(diǎn)。
5. 采用多種措施，優(yōu)化建構(gòu)筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。翻車機(jī)房基坑設(shè)計(jì)施工考慮承壓水的不利影響，采取設(shè)置防滲墻+井點(diǎn)降水的措施，保證了周邊已建鐵路設(shè)施、辦公樓等建構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)安全。轉(zhuǎn)接機(jī)房及皮帶機(jī)廊道部分采用清水混凝土結(jié)構(gòu)，屬第一次在港口煤炭碼頭項(xiàng)目中應(yīng)用，具有耐久性好、后期維護(hù)量小、造價(jià)低的優(yōu)勢(shì)。
6. 多重措施并舉，建設(shè)綠色、智慧煤炭碼頭。
四、成果應(yīng)用
本設(shè)計(jì)成果已應(yīng)用于華能唐山港曹妃甸港區(qū)煤碼頭的工程建設(shè)。碼頭公司按照設(shè)計(jì)提出的使用要求制定了生產(chǎn)管理制度，在設(shè)備磨合期，加強(qiáng)設(shè)備的調(diào)試和保養(yǎng)，碼頭和設(shè)備始終處于良性狀態(tài)，未發(fā)生任何安全事故，功能滿足設(shè)計(jì)既定目標(biāo)。
五、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益
本工程每年可以出口煤炭5000萬噸，按現(xiàn)行煤炭包干費(fèi)率計(jì)算，企業(yè)財(cái)務(wù)效益指標(biāo)較好，全部投資稅前和稅后財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率分別為9.38%、8.13%，大于8%的港口基準(zhǔn)收益率；資本金財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率為9.17%，項(xiàng)目本身具有較好的盈利能力，并且具有一定的抗風(fēng)險(xiǎn)能力。本工程一方面可以打通煤炭運(yùn)輸瓶頸，保障未來煤炭穩(wěn)定供應(yīng)，促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)；另一方面又可有效緩解華能南方火電企業(yè)煤炭供應(yīng)緊張的狀況，充分保障煤炭供應(yīng)。
圖1 工程總體鳥瞰圖
圖2 工程現(xiàn)狀圖
