碼頭水利工程結構的特點與創新研究論文

為了滿足日前我國日益增長的原油消費需求， 人們越來越重視原油碼頭的相關建設， 對其結構進行創新和改造。 近年來， 隨着日益增長的原油消費需求， 我國沿海進口原油碼頭目前都以 30 萬噸級油船作為設計根據進行碼頭的建設設計。 由於目前的船型都在朝着大型化趨勢發展， 許多 30 萬噸級碼頭的設計都考慮了 45 萬噸級油船， 在設計中兼容這些大容量的油船， 使得碼頭更具兼容性。

特點分析目前， 大型碼頭對於專業技術要求更高， 開敞式的佈局、泊位的擴大都是主要的發展趨勢， 不僅如此， 相關的配套管理也要與時俱進 （比如安全、 消防、 環保管理等等）。 這些有效的管理措施能夠使得油船的裝卸效率得以提升， 令碼頭擁有更高效率和高層次的自動化。

1、 選址特點

目前， 碼頭的類型有兩種 （分為固定和離岸兩種碼頭），固定碼頭靠近岸邊， 而離岸碼頭包括單點或多點繫泊、 孤島碼頭等等。 在我國， 較為常見的是固定碼頭， 已經有許多較為成功的設計案例和建設實例。

2、 平面佈局的特點

目前較為常見的平面佈局分為 “一字型” 和 “蝶型” 兩類。 圖 1-1 為 “一字型” 碼頭佈局示意圖， 圖 1-2 為 “蝶型”碼頭佈局示意圖。

2.1 “一字型” 與 “蝶型” 碼頭

“一字型 ” 碼頭屬於 “蝶型 ” 碼頭的一種形式， 它們的不同之處在於 “蝶型” 碼頭的船的前後纜墩的位置有所變化， 較“一字型” 碼頭相對靠後 , 與橫纜墩在一直線上 （國外這種形式的碼頭比較常見， 尤其開敞式油品碼頭更是屢見不鮮）。

假設碼頭內能夠供船隻停靠的地方的長度等於纜繩的可負載程度， 如果按照 “一字型” 碼頭那樣佈置， 那麼船的前後纜的位置和船隻之間成垂直的兩條線， 這樣情況下 “一字型” 碼頭能夠使系船用的粗繩子受力較大的情況有所緩解， 能夠使受力均衡， 因為形成的角度較大， 船的前後纜和橫欄都能夠對船隻的橫向約束起到作用， 而倒纜則是對縱向約束起到作用， 同時這種佈置可以讓兩邊依靠船來進行作業。 輸油管道的管線接入碼頭的一側， 離碼頭近的地方用撐杆式板樑──樑桁構成的橋為主 （該橋同樣起到充當聯繫橋的作用）， 而離碼頭較遠的地方則用聯繫橋。 這樣不但可以節省花費在整個工程上的投資， 而且還對控制和調節水流、 防治水害、 開發利用水資源的建築物進行了充分的利用。

船的`前後纜墩的位置相較於 “蝶型” 碼頭的橫纜墩在前面的位置而言， 船的前後纜對船倒纜時受力大的情況可以有所緩解 （約束船舶縱向運動）， 假設碼頭內能夠供船隻停靠的地方的長度等於纜繩的可負載程度， 如果按照 “蝶型” 碼頭那樣佈置， 船倒纜時受力大的情況能夠得到改善。 “蝶型” 碼頭佈置的缺點是隻能依靠船得單側來進行作業 （這種佈置在國內沿海新建的碼頭十分常見）。

2.2 離海岸線較遠的碼頭

離海岸線近的碼頭因為油船噸位增大， 船型也愈來愈大，因此已經滿足不了大型船隻的需求了， 而為了滿足這種船隻的需求， 我們不得不另闢蹊徑向外海發展， 現在又有了新的形式。 單點繫泊 （Single Point Mooring）， 這種形式節省投資並且縮 短 工 期 , 目 前 國 外 使 用 居 多 . 而 多 點 系 泊 （Multi PointMooring） 則是將使船系靠於碼頭的設備和裝卸油設施分離， 船舶纜繩系在將船系靠於碼頭的設備所連接的浮筒上。

3、 碼頭主體結構的特點

碼頭大多采用的是重力式沉箱結構 （單排橢圓和雙排圓兩種方案為主）， 這是它們的特點。創新點分析因為各個碼頭所在地的地質， 天氣， 潮汐大小與時間，風和浪的等級， 水流等特點各有千秋， 如果要進行水工結構創新， 需要根據這些基本元素來擬定不同的建設方案。針對碼頭附近的風、 浪等級測評和水流的流向大小等進行分析和實驗來制定碼頭軸線的所在方位 （已從定性轉為定量精確分析）。我國因為一些原因針對碼頭內能夠供船隻停靠的地方的長度所定標準與國外不同， 國外傾向於 “一字型” 碼頭的佈置， 並推薦長度較短的泊位長度， 而國內則推薦長度較長的泊位長度。

為了確保碼頭停靠、 離開停泊位置的生產和運行的安全， 我們可以在碼頭設置一些先進的設備， 如激光靠泊來進行一定的輔助、 纜繩張力監測和環境監測設施等來對碼頭的生產和運行的情況做一個實時監控。為了使船隻進港或離港的航道和途徑的水域更加安全及起到優化作用， 可以先進行船舶操縱的模擬試驗來對通航環境安全進行評估。

施工設計為了使上部結構施工更加便捷， 增加了上部結構的預先製造的程度。 兩端懸臂部分均與預製蓋板合併為異形塊體， 且將塊體懸臂部分尺度加厚並做成削角斜坡結構，有效地減小了作用在上部結構上的波浪浮托力，轉運站基礎和變電所基礎平台兩端均有超過 5 m 的大尺度懸臂結構， 工程通過預製空心 “日” 字形支座樑解決了懸臂端支模的難題，同時通過後澆空洞保證上下部結構的整體性。

考慮到碼頭更應該為人們提供一些便利， 因此為了讓車輛在碼頭後方順暢通行， 並且為方便車輛在碼頭後方通行並保證卸船機前後軌頂在同一高度， 因此應該通過碼頭面的排水坡來對高度進行調整， 可以採用明暗結合的結構方式 （前軌採用明軌， 後軌則與之相反）。

當下， 對環境的保護得到了人們的重視， 因此我們也可以設法在碼頭中間挖一個污水溝 （用來收集含礦的污水），在前後軌的外側設置可以使污水溝和主溝連接的渠道， 以此來回收含礦的污水， 以免使環境遭到破壞。

結論

碼頭水工結構對船隻運行等至關重要， 以碼頭的 “安全、 環保、 節能、 高效” 為目標， 碼頭的工程建造理應要以防治污染為主， 徹底貫徹港口的理念， 同時減緩對周邊及環境的影響， 使 “四新” 的技術得以推廣並以實現科學和可持續發展為最終目標， 不斷的改革和創新。

參考文獻：

[1] 方愛東，潘海濤， 俊傑，陳際豐。 大型原油碼頭設計技術發展和創新 [J] . 水運工程，2011,09:105-109.