码头水利工程结构的特点与创新研究

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摘要

  为了满足日前我国日益增长的原油消费需求, 人们越来越重视原油码头的相关建设, 对其结构进行创新和改造。 近年来, 随着日益增长的原油消费需求, 我国沿海进口原油码头目前都以 30 万吨级油船作为设计根据进行码头的建设设计。 由于目前的船型都在朝着大型化趋势发展, 许多 30 万吨级码头的设计都考虑了 45 万吨级油船, 在设计中兼容这些大容量的油船, 使得码头更具兼容性。

  特点分析目前, 大型码头对于专业技术要求更高, 开敞式的布局、泊位的扩大都是主要的发展趋势, 不仅如此, 相关的配套管理也要与时俱进 (比如安全、 消防、 环保管理等等)。 这些有效的管理措施能够使得油船的装卸效率得以提升, 令码头拥有更高效率和高层次的自动化。

  1、 选址特点

  目前, 码头的类型有两种 (分为固定和离岸两种码头),固定码头靠近岸边, 而离岸码头包括单点或多点系泊、 孤岛码头等等。 在我国, 较为常见的是固定码头, 已经有许多较为成功的设计案例和建设实例。

  2、 平面布局的特点

  目前较为常见的平面布局分为 “一字型” 和 “蝶型” 两类。 图 1-1 为 “一字型” 码头布局示意图, 图 1-2 为 “蝶型”码头布局示意图。

  2.1 “一字型” 与 “蝶型” 码头

  “一字型 ” 码头属于 “蝶型 ” 码头的一种形式, 它们的不同之处在于 “蝶型” 码头的船的前后缆墩的位置有所变化, 较“一字型” 码头相对靠后 , 与横缆墩在一直线上 (国外这种形式的码头比较常见, 尤其开敞式油品码头更是屡见不鲜)。

  假设码头内能够供船只停靠的地方的长度等于缆绳的可负载程度, 如果按照 “一字型” 码头那样布置, 那么船的前后缆的位置和船只之间成垂直的两条线, 这样情况下 “一字型” 码头能够使系船用的粗绳子受力较大的情况有所缓解, 能够使受力均衡, 因为形成的角度较大, 船的前后缆和横栏都能够对船只的横向约束起到作用, 而倒缆则是对纵向约束起到作用, 同时这种布置可以让两边依靠船来进行作业。 输油管道的管线接入码头的一侧, 离码头近的地方用撑杆式板梁──梁桁构成的桥为主 (该桥同样起到充当联系桥的作用), 而离码头较远的地方则用联系桥。 这样不但可以节省花费在整个工程上的投资, 而且还对控制和调节水流、 防治水害、 开发利用水资源的建筑物进行了充分的利用。

  船的前后缆墩的位置相较于 “蝶型” 码头的横缆墩在前面的位置而言, 船的前后缆对船倒缆时受力大的情况可以有所缓解 (约束船舶纵向运动), 假设码头内能够供船只停靠的地方的长度等于缆绳的可负载程度, 如果按照 “蝶型” 码头那样布置, 船倒缆时受力大的情况能够得到改善。 “蝶型” 码头布置的缺点是只能依靠船得单侧来进行作业 (这种布置在国内沿海新建的码头十分常见)。

  2.2 离海岸线较远的码头

  离海岸线近的码头因为油船吨位增大, 船型也愈来愈大,因此已经满足不了大型船只的需求了, 而为了满足这种船只的需求, 我们不得不另辟蹊径向外海发展, 现在又有了新的形式。 单点系泊 (Single Point Mooring), 这种形式节省投资并且缩 短 工 期 , 目 前 国 外 使 用 居 多 . 而 多 点 系 泊 (Multi PointMooring) 则是将使船系靠于码头的设备和装卸油设施分离, 船舶缆绳系在将船系靠于码头的设备所连接的浮筒上。

  3、 码头主体结构的特点

  码头大多采用的是重力式沉箱结构 (单排椭圆和双排圆两种方案为主), 这是它们的特点。创新点分析因为各个码头所在地的地质, 天气, 潮汐大小与时间,风和浪的等级, 水流等特点各有千秋, 如果要进行水工结构创新, 需要根据这些基本元素来拟定不同的建设方案。针对码头附近的风、 浪等级测评和水流的流向大小等进行分析和实验来制定码头轴线的所在方位 (已从定性转为定量精确分析)。我国因为一些原因针对码头内能够供船只停靠的地方的长度所定标准与国外不同, 国外倾向于 “一字型” 码头的布置, 并推荐长度较短的泊位长度, 而国内则推荐长度较长的泊位长度。

  为了确保码头停靠、 离开停泊位置的生产和运行的安全, 我们可以在码头设置一些先进的设备, 如激光靠泊来进行一定的辅助、 缆绳张力监测和环境监测设施等来对码头的生产和运行的情况做一个实时监控。为了使船只进港或离港的航道和途径的水域更加安全及起到优化作用, 可以先进行船舶操纵的模拟试验来对通航环境安全进行评估。

  施工设计为了使上部结构施工更加便捷, 增加了上部结构的预先制造的程度。 两端悬臂部分均与预制盖板合并为异形块体, 且将块体悬臂部分尺度加厚并做成削角斜坡结构,有效地减小了作用在上部结构上的波浪浮托力,转运站基础和变电所基础平台两端均有超过 5 m 的大尺度悬臂结构, 工程通过预制空心 “日” 字形支座梁解决了悬臂端支模的难题,同时通过后浇空洞保证上下部结构的整体性。

  考虑到码头更应该为人们提供一些便利, 因此为了让车辆在码头后方顺畅通行, 并且为方便车辆在码头后方通行并保证卸船机前后轨顶在同一高度, 因此应该通过码头面的排水坡来对高度进行调整, 可以采用明暗结合的结构方式 (前轨采用明轨, 后轨则与之相反)。

  当下, 对环境的保护得到了人们的重视, 因此我们也可以设法在码头中间挖一个污水沟 (用来收集含矿的污水),在前后轨的外侧设置可以使污水沟和主沟连接的渠道, 以此来回收含矿的污水, 以免使环境遭到破坏。

  结论

  码头水工结构对船只运行等至关重要, 以码头的 “安全、 环保、 节能、 高效” 为目标, 码头的工程建造理应要以防治污染为主, 彻底贯彻港口的理念, 同时减缓对周边及环境的影响, 使 “四新” 的技术得以推广并以实现科学和可持续发展为最终目标, 不断的改革和创新。

  参考文献:

  [1] 方爱东,潘 海 涛,姜 俊 杰,陈 际丰。 大 型 原 油码 头 设 计 技术发展和创新 [J] . 水运工程,2011,09:105-109.

  [2] 任增金,王 涛,陆微,纪 军。 青 岛港 董 家 口港区 矿石 码头水工结构特点与创新点分析 [J] . 水运工程,2011,11:121-124.

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