新老30萬t級原油碼頭施工工藝對比分析

魏 昂

（中交一航局第三工程有限公司，遼寧 大連 116001）

引言

針對同一施工區(qū)域、相同施工特點的大型外海深水獨立墩重力式碼頭施工，筆者所在團隊結(jié)合在老30萬t原油碼頭施工經(jīng)驗總結(jié)的基礎(chǔ)上，堅持技術(shù)攻關(guān)創(chuàng)新，在新30萬t原油碼頭施工中采用整平船機械整平、沉箱破冰錐體一體預制出水安裝、皮帶機進行箱內(nèi)填石、上部結(jié)構(gòu)模板陸上預安裝的工藝代替老30萬t原油碼頭采用人工整平、沉箱沒水安裝、小開體駁進行箱內(nèi)填石、破冰錐體吊裝、上部結(jié)構(gòu)模板海上方駁吊機安裝的施工工藝，減少了復雜海況對海上船機施工作業(yè)的影響，極大提升了作為項目關(guān)鍵線路的基礎(chǔ)和墻身工程施工效率，為后續(xù)上部結(jié)構(gòu)施工及時提供多個作業(yè)面，成為新30萬t原油碼頭項目能夠高效率高質(zhì)量如期完工的決定性因素。

1 工程概況

大連港長興島30萬t級原油碼頭工程（以下簡稱“大連港項目”）由3個棧橋墩和14個主體墩組成，主體墩采用“蝶”型布置，碼頭長度436 m，停泊水域?qū)?20 m，碼頭前沿底高程-25 m，其中棧橋墩3個、系纜墩6個、靠船墩4個、平臺墩4個，全部采用圓沉箱獨立墩式結(jié)構(gòu)，每墩1個圓沉箱，沉箱上安裝一層破冰錐體，完成現(xiàn)澆破冰錐體后安裝二層預制塊體，再進行上部現(xiàn)澆至墩頂高程，其中平臺墩各墩間采用預制預應(yīng)力梁板連接，其余各墩之間采用鋼棧橋和人行橋連接，其工程特點如下：

1）工程位置處于完全無掩護海域，施工屬外海作業(yè)，受季風影響嚴重，特別是11、12、1、2、3月份，受季風影響施工天數(shù)極少，月有效平均作業(yè)天數(shù)不足10天。

2）工程位置水深約30 m，水流最大流速2.5 m/s，作業(yè)條件惡劣，水深、流急，測量控制難、測量精度要求高。

3）沉箱高度達25 m，吃水達到16.0 m，且沉箱安裝頂高程為-1.0 m，為沒頂安裝，需要借助鋼圍囹進行沉箱安裝，施工難度增大，而且受水流較大影響，定位控制難，需水流較小時段作業(yè)，同時該工程基礎(chǔ)為暗基床，基床頂與原泥面高差大，安裝時沉箱控制不準，容易造成傾翻。

4）本工程上部結(jié)構(gòu)預制構(gòu)件安裝數(shù)量60件，且結(jié)構(gòu)異型，預制難度大，安裝塊體重量大，第一層破冰錐體為沒水安裝，安裝精度要求高。

5）施工工期29個月。

圖1 大連港項目30萬t原油碼頭

恒力石化（大連）煉化有限公司2 000萬t/a煉化一體化項目配套碼頭工程（長興島北岸作業(yè)區(qū)114號～115號30萬t級原油泊位）（以下簡稱“恒力石化項目”）均采用“蝶”型布置，單個泊位長度為428 m，碼頭長度為856 m，停泊水域?qū)?20 m，碼頭前沿底高程-25.0 m，泊位頂高程11.0 m。每個泊位各設(shè)6個系纜墩（其中1個為公共系纜墩）、4個靠船墩及4個工作平臺墩，全部采用重力式圓沉箱結(jié)構(gòu)，每墩1個圓沉箱，兩個泊位共27個沉箱（其中114#泊位共14個沉箱）。沉箱上部為破冰錐體和預制塊，沉箱底為10～100 kg拋石基床，并用200～300 kg塊石護底。平臺墩上部為預應(yīng)力梁板搭建的工作平臺。各墩及工作平臺之間采用人行橋連接。棧橋墩采用高樁墩臺結(jié)構(gòu)，每個泊位布置3個棧橋墩，棧橋墩采用Φ1 600鋼管樁，共計42根。靠近陸側(cè)有1個接岸墩，采用低樁承臺結(jié)構(gòu)，每墩采用9根Φ1 500灌注樁，其工程特點如下：

1）本工程位于北港區(qū)西防波堤外側(cè)，處于完全無掩護海域，施工屬外海作業(yè)，作業(yè)條件惡劣；受季風、季節(jié)影響嚴重，特別是11、12、1、2、3月份，受季風和海冰封海等因素影響施工天數(shù)極少，月有效平均作業(yè)天數(shù)不足10天。

2）工程基槽挖泥底高程約為-36 m，原泥面高程約為-17 m，疏浚高程為-25 m，挖泥厚度達11 m，對挖泥船的挖深有較大要求，挖泥量較大，工期緊，還需要多艘大型挖泥船共同作業(yè)。同時作業(yè)區(qū)域海流較大，回淤影響嚴重。

3）該工程共計27個沉箱，單個沉箱最重達3 600 t；混凝土預制塊體共計27塊，單個塊體最重達1 000 t，施工使用大型起重船、拖輪進行施工，難以控制。

4）沉箱安裝受水流影響較大，本工程施工水域水深約28 m，最大流速達到2.5 m/s，給安裝工作帶來了較多麻煩，常規(guī)安裝工藝無法保證安裝質(zhì)量和安全。

5）施工工期28個月。

圖2 恒力石化項目30萬t原油碼頭

大連港項目與恒力石化項目整體結(jié)構(gòu)型式及施工環(huán)境基本相同，恒力石化項目（2個泊位）工程量約為大連港項目（1個泊位）2倍，大連港項目實際施工工期為2年6個月，恒力石化項目實際施工工期為2年4個月，可見恒力石化項目通過施工設(shè)備創(chuàng)新、結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化和工藝優(yōu)化等技術(shù)創(chuàng)新將整體施工效率提升了將近1倍。

2 主要施工工藝對比分析

2.1 基床整平

大連港項目基床整平采用由潛水員水下指揮整平方駁測量定位鋪設(shè)導軌、進行二片石拋放，人工水下刮平的施工工藝，計劃施工效率為80 m2/天，實際平均效率為20天/墩，只能逐墩進行整平施工，整平允許偏差滿足設(shè)計及規(guī)范要求，局部基床頂面在整平前有回淤現(xiàn)象。

圖3 基床人工水下整平施工

恒力石化項目基床整平采用由潛水員水下攤鋪基準面，拋石船配合整平船機械整平的施工工藝，計劃施工效率為400 m2/天，實際平均效率為5天/墩，能夠劃分區(qū)域多個墩同時進行整平施工，整平允許偏差滿足設(shè)計及規(guī)范要求。

圖4 整平船機械整平施工

-25 m水深下人工整平且受海況、潮流影響嚴重，必須在海況較好時的平流時間段作業(yè)，效率極低，項目多次因不能及時整平和連續(xù)施工，基床頂面出現(xiàn)回淤現(xiàn)象，處理回淤同樣占用為數(shù)不多的海上可作業(yè)天數(shù)，整體的整平質(zhì)量、進度各方面均難以保障；

整平船機械整平僅需人工整平出基準面，在平流時完成駐位即可，后續(xù)整平施工不受潮流影響，能夠極大的規(guī)避因海況、潮流影響造成的拋石整平施工不連續(xù)造成基床頂面回淤現(xiàn)象，同時，整平質(zhì)量也由船上自動監(jiān)測設(shè)備控制。

綜上所述，整平船機械整平工藝更適用于外海深水整平施工，作為本工程的關(guān)鍵線路，人工整平效率低下造成質(zhì)量、進度相互制約的惡性循環(huán)，是制約大連港項目順利實施的重要因素，恒力石化項目采用整平船機械整平工藝亦是項目成功的一個關(guān)鍵，同時采用整平船機械整平取代人工整平，極大地降低了潛水作業(yè)的施工安全風險。

2.2 沉箱安裝

大連港項目沉箱安裝采用200 t起重船在沉箱頂部安裝鋼圍囹止水，改沉頂為出水施工，沉箱由抽水方駁抽水起浮后拖輪傍拖至定位方駁粗定位，然后壓水同時利用200 t起重船進行精調(diào)安裝的施工工藝，安裝效率平均為1座/月，最大安裝數(shù)量為2座/月，沉箱安裝精度較差，獨立墩安裝精度均能滿足設(shè)計及規(guī)范要求，但各墩之間相對偏差較大，導致上部結(jié)構(gòu)安裝后形成局部錯臺、前沿線不順直等情況。

恒力石化項目沉箱安裝采用在沉箱預制時將破冰錐體與沉箱一體預制，提升沉箱高度，改沒頂為出水施工，沉箱由抽水方駁抽水起浮后由拖輪傍拖至定位方駁粗定位，然后壓水同時利用200 t起重船進行精調(diào)安裝的施工工藝，安裝效率為平均2座/月，最大安裝數(shù)量為5座/月，沉箱安裝精度相對較高，獨立墩安裝精度均能滿足設(shè)計及規(guī)范要求，各墩之間相對偏差較小。

大連港項目沉箱安裝受鋼圍囹數(shù)量、安裝及拆除和止水效果檢查等工序影響，占用“死汛”期間可作業(yè)時間，且前道工序整平效率低下，且受天氣、海況影響，在實際安裝過程中一個月最多完成2座沉箱安裝。沉箱壓水安裝過程中由測量人員在鋼圍囹頂部定位驗收，驗收數(shù)據(jù)與沉箱實際位置存在一定偏差，在完成后鋼圍囹即拆除，沉箱沉降位移觀測僅依靠對沉箱中心預留鋼筋（在水下）進行觀測，受海況、潮位影響觀測難度大且數(shù)據(jù)準確性低，不能及時反映沉箱沉降位移情況，難以指導后續(xù)沉箱內(nèi)填石對沉箱位置進行微調(diào)和糾偏。

恒力石化項目沉箱始終處于出水狀態(tài)，在整平船一次整平出多個墩位后，在一次海況較好的“死汛”期間，實現(xiàn)了完成5座沉箱安裝高效。在后續(xù)施工過程中，測量人員能夠快速定位沉箱中心及四周觀測點，能夠迅速準確反映沉箱位置，施工人員能夠直接觀察沉箱位置及相對偏差，針對偏差較大的情況能夠再起浮進行調(diào)整，后續(xù)沉箱內(nèi)填石也能針對沉箱位置及傾斜度偏差進行微調(diào)和糾偏。

恒力石化項目對沉箱結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化，能夠極大的適應(yīng)外海深水環(huán)境的安裝條件，在前道工序采用整平船機械整平的前提下，能夠?qū)崿F(xiàn)進度和質(zhì)量的有效管控，同時也為后續(xù)上部結(jié)構(gòu)施工及時提供了巨大的作業(yè)空間；大連港項目受制于基床整平和沉箱安裝低下的施工效率，質(zhì)量管控工作艱巨，同時也限制了后續(xù)施工。

2.3 沉箱內(nèi)回填

大連港項目沉箱內(nèi)回填采用拋石船將石料運輸至施工區(qū)域，用長臂挖掘機將石料倒運至小型開體駁，由小型開體駁將填料運輸至沉箱頂部開駁填石的施工工藝，平均施工效率為1 000 m3/天，填石質(zhì)量滿足設(shè)計及規(guī)范要求。

圖5 小開體駁沉箱內(nèi)填石施工照片

恒力石化項目沉箱內(nèi)填石采用拋石船將石料運輸至沉箱處，利用挖掘機上料、皮帶機運輸將石料填入沉箱的施工工藝，平均施工效率為2 000 m3/天，填石質(zhì)量滿足設(shè)計及規(guī)范要求。

大連港項目沉箱內(nèi)填石受開體駁二次倒運、需乘潮作業(yè)（潮位1 m以上）、施工過程中測量倉格內(nèi)填石高度難度大等影響，且在二次倒運和沉箱沒水后在水下經(jīng)過風浪洗刷后，石料損耗較多，存在對沉箱成品的不可預見的破壞可能性，水上作業(yè)相對較多，工藝安全風險較大。

恒力石化項目沉箱內(nèi)填石不受風浪影響，皮帶機運輸填石效率較高，測量不受風浪影響，石料損耗小，沉箱成品保護能夠較好管控，水上作業(yè)時間少，工藝安全性高。

圖6 皮帶機沉箱內(nèi)填石施工照片

恒力石化項目采用的填石工藝施工效率和工藝安全性相對較高，同時便于施工組織和質(zhì)量管控。

2.4 塊體安裝

大連港項目塊體安裝采用運輸方駁將塊體運輸至安裝現(xiàn)場，1 200 t起重船起吊安裝的施工工藝，受海況、潮流影響較大，安裝效率滿足整體進度要求，安裝質(zhì)量滿足設(shè)計及規(guī)范要求。

恒力石化項目塊體安裝采用運輸方駁將塊體運輸至安裝現(xiàn)場，1 000 t起重船起吊安裝的施工工藝，受海況、潮流影響較大，安裝效率滿足整體進度要求，安裝質(zhì)量滿足設(shè)計及規(guī)范要求。

大連港項目和恒力石化項目塊體安裝工藝、效率及效果基本一致，但大連灣項目塊體數(shù)量總共28塊，恒力石化項目經(jīng)過結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化后將破冰錐體與沉箱一體預制，減少了破冰錐體安裝工序，2個泊位塊體安裝數(shù)量總共27塊，減少了一半的海上安裝工程量，大幅減少了船機設(shè)備和海上有效作業(yè)天數(shù)的占用時間。

大連港項目破冰錐體安裝時，沉箱在水下，安裝時定位較為困難，安裝過程中也對沉箱也產(chǎn)生了一定的碰損。

恒力石化項目沉箱與破冰錐體一體預制，受沉箱重量、沉箱浮運安裝參數(shù)設(shè)計的考慮，破冰錐體相對單薄，在經(jīng)過冰凌期后，個別破冰錐體遭受損壞，也一定程度上影響了后續(xù)施工。

2.5 上部結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆

大連港項目上部結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆采用方駁吊機進行鋼筋、模板安裝，拌合船進行混凝土澆筑的施工工藝，鋼筋及模板安裝效率平均5天/墩，混凝土澆筑受拌合船施工效率限制，上部結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆質(zhì)量滿足設(shè)計和規(guī)范要求。

恒力石化項目平臺墩及靠船墩采用塔吊、系纜墩采用方駁吊機進行鋼筋安裝，模板在塊體安裝前陸上拼裝，拌合船進行混凝土澆筑的施工工藝，鋼筋安裝效率平均2天/墩，模板提前陸上拼裝完成，混凝土澆筑受拌合船施工效率限制，上部結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆質(zhì)量滿足設(shè)計和規(guī)范要求。

大連港項目上部結(jié)構(gòu)施工鋼筋、模板安裝全部由方駁吊機完成，受海況、風浪影響嚴重，施工效率低，同時占用船機資源和海上可作業(yè)天數(shù)。

恒力石化項目平臺墩及靠船墩鋼筋安裝采用在靠船墩上安裝塔吊進行吊裝，不受海況風浪影響，上部結(jié)構(gòu)模板均為在陸上拼裝完成后隨塊體同時進行安裝，不占用海上作業(yè)時間，切實提升了上部結(jié)構(gòu)的施工效率。

恒力石化項目的上部結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆工藝優(yōu)化減少了海上船機作業(yè)，避免了風浪影響，有效提升了施工效率，工藝安全性相對較高。

圖7 方駁吊機海上模板安裝作業(yè)施工照片

圖8 模板陸上拼裝完成后整體吊裝施工照片

3 結(jié)語

通過總結(jié)大連港項目的施工技術(shù)管理經(jīng)驗，筆者堅持以問題為導向，針對影響外海深水獨立墩重力式碼頭整體施工進展的最大制約因素——沉箱安裝施工及其緊前（基床整平）、緊后（沉箱內(nèi)填石及塊體安裝）工序，從施工設(shè)備工藝創(chuàng)新、結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化和工藝優(yōu)化等方面著手進行攻關(guān)，采用整平船機械整平代替人工整平工藝，極大地提升了基床整平施工效率和施工質(zhì)量，同時避免了因海上作業(yè)時間受限導致的施工不連續(xù)、質(zhì)量不可控和生產(chǎn)組織難度艱巨等問題，通過沉箱預制結(jié)構(gòu)設(shè)計變更，將破冰錐體與沉箱一體預制安裝，改沉箱沒水為出水施工，切實提升了沉箱安裝效率和安裝精度，同時提供了沉箱頂部局部的陸上作業(yè)空間（不受海況影響），極大改善了沉箱安裝完成后的施工作業(yè)環(huán)境，為后續(xù)沉箱內(nèi)填石和施工人員測量人員施工作業(yè)帶來了便利，沉箱內(nèi)填石采用皮帶機運輸工藝進行優(yōu)化，施工效率和工藝安全性得到進一步提升。

針對外海深水重力式碼頭施工受海況影響嚴重、海上可作業(yè)天數(shù)少的特點，堅持以陸上施工代替海上作業(yè)的原則，通過沉箱結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化減少了塊體安裝數(shù)量，并充分利用塔吊、模板陸上拼裝等工藝優(yōu)化，達到提升施工效率、減少船機及海上作業(yè)時間資源占用的目的，同時也極大提升了工藝安全性，施工進度和施工質(zhì)量也得到進一步保證。

通過以上兩方面的施工效率和效果研究及對比分析，為恒力石化項目施工工藝優(yōu)化和技術(shù)創(chuàng)新指明了方向，并在恒力石化項目上取得成功實踐，上述工藝優(yōu)化和技術(shù)創(chuàng)新的可行性和經(jīng)濟效益得到了充分證明，同時也為國內(nèi)外類似型外海深水獨立墩重力式碼頭施工提供了借鑒經(jīng)驗。