唐 洲,葛 斌,張 超
(1中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司,上海 200032;2中遠(yuǎn)海運(yùn)港口有限公司,上海 200135)
阿布扎比哈里發(fā)港位于阿拉伯半島東南端波斯灣內(nèi),與伊朗隔海相望,是扼波斯灣進(jìn)入印度洋的海上交通要沖,在區(qū)位上有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。
阿布扎比哈里發(fā)港集裝箱碼頭二期項(xiàng)目定位為專(zhuān)業(yè)化集裝箱樞紐港,以高度發(fā)展的現(xiàn)代機(jī)械、信息科技為基礎(chǔ),將項(xiàng)目打造為更加高效、節(jié)能、安全、綠色的自動(dòng)化集裝箱港區(qū)。
項(xiàng)目年設(shè)計(jì)吞吐量為250萬(wàn)TEU,碼頭岸線長(zhǎng)1 200 m,碼頭需滿足3E級(jí)集裝箱船靠泊要求,配套陸域面積69.8萬(wàn)m2。
項(xiàng)目碼頭及陸域形成、地基處理由阿布扎比哈里發(fā)港務(wù)局(ADPC)完成,其中800 m碼頭現(xiàn)狀為臨時(shí)滾裝碼頭,后方46.5萬(wàn)m2場(chǎng)地為臨時(shí)滾裝汽車(chē)堆場(chǎng),鋪設(shè)有簡(jiǎn)易面層;另外400 m碼頭及后方23.3萬(wàn)m2場(chǎng)地為新建工程。
阿布扎比氣候?yàn)榈湫偷纳衬畾夂颍?—10月為熱季,氣溫超過(guò)40 ℃,11月至翌年4月為涼季,氣溫一般在15~35 ℃;年平均氣溫在攝氏25 ℃以上。年平均降雨量約為90 mm,平均年降雨天數(shù)約為12 d,降水多集中于2—3月份。
當(dāng)?shù)爻oL(fēng)向和強(qiáng)風(fēng)向均為偏西北向,月平均風(fēng)速最大5.66 ms,西北西向50 a一遇極端風(fēng)速為22.8 ms。
工程海域潮汐性質(zhì)為不規(guī)則半日潮,一個(gè)太陰日內(nèi)兩次高潮的潮差約0.5 m。本工程位于港池內(nèi)部,不受外海來(lái)浪的影響,擬建泊位區(qū)基本無(wú)浪,總體流速平緩。
工程場(chǎng)地地基土層自上而下分別為回填海砂、灰屑巖、細(xì)晶巖。工程區(qū)地震基本加速度值為0.15g。
哈里發(fā)港總體呈離岸突堤式布置形態(tài),共布置3條突堤,突堤寬約1 200 m,港池長(zhǎng)約3 400 m、寬為800 m。計(jì)劃分為1A、1B、2、3和4期建設(shè)。哈里發(fā)港總體開(kāi)發(fā)規(guī)劃見(jiàn)圖1。
圖1 哈里發(fā)港整體規(guī)劃效果
哈里發(fā)港集裝箱碼頭二期項(xiàng)目位于1A階段中東北段岸線的1 200 m范圍,其西側(cè)1 600 m岸線為哈里發(fā)港集裝箱碼頭一期工程,其東側(cè)600 m岸線為規(guī)劃集裝箱泊位。哈里發(fā)港建設(shè)現(xiàn)狀見(jiàn)圖2。
圖2 哈里發(fā)港建設(shè)現(xiàn)狀
3.2.1公路
阿聯(lián)酋公路網(wǎng)發(fā)達(dá),公路交通十分便利,現(xiàn)各酋長(zhǎng)國(guó)之間均有現(xiàn)代化的高速公路連通。出口集裝箱可以通過(guò)公路抵達(dá)港口,而進(jìn)口貨物可以通過(guò)公路送達(dá)貨主。
哈里發(fā)港內(nèi)疏港道路寬29 m,含雙向4車(chē)道、路肩和中間隔離帶,疏港路按照車(chē)速60 kmh設(shè)計(jì),疏港路交通組織方式為單向環(huán)形交通流。
3.2.2鐵路
阿聯(lián)酋聯(lián)邦鐵路項(xiàng)目以貨運(yùn)為主,連接阿聯(lián)酋各酋長(zhǎng)國(guó)和海灣六國(guó)。哈里發(fā)港項(xiàng)目規(guī)劃時(shí)預(yù)留了港口鐵路專(zhuān)線與聯(lián)邦鐵路相連,未來(lái)集裝箱可以通過(guò)鐵路到達(dá)港口或從港口出發(fā)到達(dá)腹地。
3.2.3水路
由于阿聯(lián)酋在國(guó)際航運(yùn)中的戰(zhàn)略位置,使其成為水運(yùn)中轉(zhuǎn)的樞紐港,集裝箱可以在哈里發(fā)港進(jìn)行水水中轉(zhuǎn)。
集裝箱碼頭自動(dòng)化作業(yè)是當(dāng)前全球發(fā)展趨勢(shì),世界已建、在建的40多個(gè)自動(dòng)化集裝碼頭可總結(jié)為“十大布局模式”[1]。根據(jù)項(xiàng)目多泊位、陸域縱深小、作業(yè)強(qiáng)度大、中轉(zhuǎn)比例高等特點(diǎn)(表1),詳細(xì)比選堆場(chǎng)垂直碼頭布置的自動(dòng)化碼頭(ARMG+AGV)與堆場(chǎng)平行碼頭布置的自動(dòng)化碼頭(ARMG+集卡)兩個(gè)模式。
自動(dòng)化集裝箱碼頭的兩種堆場(chǎng)布置形式均十分成熟,在國(guó)內(nèi)外有廣泛應(yīng)用。堆場(chǎng)垂直碼頭岸線布置方案易于實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化,海陸兩側(cè)作業(yè)自然分離,交通組織較為順暢,但堆場(chǎng)利用率相對(duì)較低、需配置的裝卸設(shè)備數(shù)量較多、投資較大、系統(tǒng)調(diào)試周期較長(zhǎng)。堆場(chǎng)平行碼頭岸線布置方案堆場(chǎng)利用率高,整個(gè)堆場(chǎng)每個(gè)貝位均可與海側(cè)進(jìn)行交換作業(yè),海側(cè)作業(yè)效率有保障,需配置的裝卸設(shè)備數(shù)量較少,投資較小,系統(tǒng)調(diào)試周期較短,目前其水平運(yùn)輸設(shè)備為人工駕駛集卡,但隨著無(wú)人駕駛技術(shù)的日趨成熟,未來(lái)可過(guò)渡到全自動(dòng)化作業(yè)模式。綜上,本工程最終選擇堆場(chǎng)平行碼頭布置的自動(dòng)化碼頭(ARMG+集卡)模式[2]。
表1 方案對(duì)比
項(xiàng)目碼頭條件優(yōu)越,但陸域縱深較小(581.3 m),堆場(chǎng)容量將是限制碼頭通過(guò)能力充分發(fā)揮的瓶頸。如何優(yōu)化堆場(chǎng)布置、盡可能擴(kuò)大堆場(chǎng)容量、解決后方陸域狹小與大型深水泊位之間能力上的矛盾是工藝平面設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。
碼頭前方作業(yè)地帶充分考慮了前方作業(yè)密度高的特點(diǎn)和大型集裝箱船舶艙蓋板寬度,作業(yè)帶寬度為76.5 m,其中碼頭軌道布置按碼頭現(xiàn)狀確定,前軌距離碼頭前沿6.75 m,軌距35 m,軌內(nèi)布置4組8條作業(yè)車(chē)道;軌后布置大型集裝箱船舶艙蓋板堆放區(qū),寬度18.75 m;碼頭與堆場(chǎng)區(qū)之間布置雙向4車(chē)道,寬度16 m[3]。
本工程陸域呈規(guī)則矩形布置,采用集中布置、集約化管理的平面布置方式,盡可能地?cái)U(kuò)大自動(dòng)化集裝箱主體堆場(chǎng)面積,提高土地利用率,做到“大堆場(chǎng)小輔助區(qū)”的功能布局模式。根據(jù)港區(qū)地塊特點(diǎn),生產(chǎn)輔助區(qū)布置在靠近疏港路的港區(qū)陸域后方,呈帶狀布置形式,條帶寬約99.5 m。自西向東依次交錯(cuò)布置加油站、進(jìn)港閘口、辦公輔助區(qū)(含綜合樓、中心變電所、輔助區(qū)變電所、加壓泵站、辦公區(qū)停車(chē)場(chǎng))、機(jī)修車(chē)間、特種箱堆場(chǎng)、泄露箱處置區(qū)、出港閘口、集卡停車(chē)場(chǎng)、調(diào)箱門(mén)區(qū)、長(zhǎng)期空箱堆場(chǎng)等設(shè)施。
港區(qū)辦公輔助區(qū)集中布置(圖3),主出入口直接面向港區(qū)疏港道路,管理自成一體。
圖3 輔助區(qū)布置
根據(jù)業(yè)主對(duì)港區(qū)運(yùn)營(yíng)的要求和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)因素,結(jié)合本項(xiàng)目建設(shè)條件、國(guó)際自動(dòng)化集裝箱碼頭建設(shè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì),綜合考慮技術(shù)方案可靠且先進(jìn)有效、工程投資效益最優(yōu),對(duì)本集裝箱港區(qū)進(jìn)行兩種模式3種方案進(jìn)行比選,提出推薦方案。各方案特征見(jiàn)表2。綜合比選,推薦采用自動(dòng)化堆場(chǎng)平行于碼頭岸線布置的單懸臂ARMG+集卡方案。
表2 總平面布置方案對(duì)比
主體自動(dòng)化重箱堆場(chǎng)共分4塊堆場(chǎng)布置(A~D),堆場(chǎng)平行碼頭岸線布置,箱區(qū)長(zhǎng)度為241 m或247 m。主體堆場(chǎng)縱深為389 m,堆場(chǎng)內(nèi)從前往后布置8條軌距34 m的單懸臂ARMG作業(yè)線,其中南側(cè)往北側(cè)方向6條作業(yè)線(1~6)為重箱作業(yè)線(含普通重箱、冷藏箱、中轉(zhuǎn)空箱、危險(xiǎn)品箱);北側(cè)2條作業(yè)線(7、8)為專(zhuān)業(yè)化空箱作業(yè)線。主體堆場(chǎng)與碼頭作業(yè)區(qū)、生產(chǎn)輔助區(qū)以及東西向港區(qū)邊界之間各布置16 m寬雙向四車(chē)道通道;主體堆場(chǎng)內(nèi)形成4條16 m寬的堆場(chǎng)內(nèi)單向車(chē)道,可布置同向2條作業(yè)車(chē)道和2條行駛車(chē)道。自動(dòng)化主堆場(chǎng)布置見(jiàn)圖4。
圖4 推薦方案主堆場(chǎng)布置
根據(jù)哈里發(fā)港疏港路單向環(huán)形交通組織特點(diǎn),閘口采用了“西進(jìn)東出”的布置方案,港外集卡自西側(cè)進(jìn)入港口后,沿港內(nèi)橫向主干道H6和多條縱向主干道V1~V6進(jìn)行分流,避免了對(duì)港內(nèi)集卡交通的沖擊和局部的交通擁堵,達(dá)到內(nèi)卡交通優(yōu)先的設(shè)計(jì)原則。另外,集卡在箱區(qū)內(nèi)作業(yè)時(shí),單向行駛,流向簡(jiǎn)單,提高了通行效率[4]。
本工程裝卸工藝使用堆場(chǎng)自動(dòng)化模式的單懸臂ARMG+集卡方案。岸橋?yàn)閱涡≤?chē)岸橋,軌距為35 m,軌內(nèi)布置8條適應(yīng)雙40 ft(12.2 m)岸橋作業(yè)的集卡作業(yè)車(chē)道。岸橋外伸距73.5 m,可滿足3E+集裝箱船的裝卸作業(yè)需求。自動(dòng)化堆場(chǎng)采用單懸臂ARMG,共布置32條作業(yè)線,每條作業(yè)線配置1臺(tái)單懸臂ARMG。裝卸工藝方案重點(diǎn)考慮以下4個(gè)方面內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)。
本工程短期空箱堆場(chǎng)設(shè)置于自動(dòng)化堆場(chǎng)內(nèi),共8條作業(yè)線,每條作業(yè)線配置1臺(tái)單懸臂ARMG。ARMG吊具下起吊質(zhì)量為9 t,軌距為34 m,軌內(nèi)布置12列箱,空箱堆高6層(圖5)。空箱采用ARMG進(jìn)行自動(dòng)化作業(yè),在保證裝卸效率的同時(shí),有效減少了傳統(tǒng)空箱堆高機(jī)作業(yè)模式的司機(jī)數(shù)量和內(nèi)燃機(jī)廢氣排放,符合智慧港口和綠色港口的發(fā)展理念??障涠褕?chǎng)地基按重箱堆載荷載標(biāo)準(zhǔn)處理,以便未來(lái)港區(qū)箱量通過(guò)能力提升之后可發(fā)展為重箱堆場(chǎng)。屆時(shí)只須將空箱ARMG更換為重箱ARMG,土建基礎(chǔ)不須另外處理。
圖5 自動(dòng)化空箱堆場(chǎng)工藝斷面(單位:mm)
港區(qū)布置按水平運(yùn)輸自動(dòng)化統(tǒng)籌規(guī)劃,分步實(shí)施。由于水平運(yùn)輸采用內(nèi)外卡混合交通路網(wǎng),就現(xiàn)有技術(shù)條件港內(nèi)目前水平運(yùn)輸車(chē)輛還難以達(dá)到自動(dòng)化程度。因此,現(xiàn)階段港內(nèi)水平運(yùn)輸仍然采用人工駕駛集卡,集卡作業(yè)均在箱區(qū)外裝卸車(chē)道完成。隨著智能化駕駛技術(shù)的快速發(fā)展,無(wú)人駕駛集卡已逐漸呈現(xiàn)在世人面前,使自動(dòng)和非自動(dòng)混合水平運(yùn)輸成為可能。L4級(jí)(高度自動(dòng)化)無(wú)人駕駛集卡投入使用時(shí),港區(qū)堆場(chǎng)經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單改造即可滿足使用要求,即ARMG軌內(nèi)去掉一列集裝箱,留出空間作為港內(nèi)無(wú)人駕駛集卡通道,L4級(jí)別車(chē)輛可以始終處于自己完全控制的狀態(tài),即使沒(méi)有駕駛員也能操作,它被設(shè)計(jì)成可以完成所有可以監(jiān)視道路狀況且安全可靠的完整行程,但并不能完成所有的駕駛場(chǎng)景。港內(nèi)無(wú)人駕駛集卡在軌內(nèi)作業(yè),港外人工駕駛集卡仍然在軌外作業(yè),港內(nèi)道路通過(guò)設(shè)置圍欄進(jìn)行物理隔離,保證港內(nèi)水平運(yùn)輸順暢高效。L5級(jí)(完全自動(dòng)化)無(wú)人駕駛集卡投入使用時(shí),再將堆場(chǎng)恢復(fù)至現(xiàn)階段布置形式[5],該級(jí)別是真正意義上的可以在每個(gè)駕駛場(chǎng)景中可以與人類(lèi)駕駛相當(dāng)?shù)模耆灾黢{駛系統(tǒng)。
危險(xiǎn)品集裝箱布置在兩兩相對(duì)的ARMG懸臂側(cè),每條作業(yè)線設(shè)置2列,堆高2層。由于危險(xiǎn)品集裝箱分散布置在不同作業(yè)線,同時(shí)可用于危險(xiǎn)品箱的ARMG數(shù)量達(dá)4臺(tái),裝卸效率較集中布置明顯提高,有利于緊急狀況下的疏散[6]。
ARMG軌道總長(zhǎng)約18 km,其結(jié)構(gòu)方案對(duì)工程投資及工期影響重大。
ARMG基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與設(shè)備選型協(xié)同考慮,根據(jù)軌道式龍門(mén)吊行走軌道的允許偏差,設(shè)計(jì)選用“一剛一柔”支腿ARMG,軌道沉降控制可按II級(jí)標(biāo)準(zhǔn),即相對(duì)應(yīng)的兩軌道測(cè)點(diǎn)之間高度差≤20 mm,沿軌道軸線方向每10 m不均勻沉降≤20 mm。
根據(jù)沉降計(jì)算,場(chǎng)地總沉降可控,差異沉降滿足ARMG運(yùn)行要求,ARMG基礎(chǔ)采用彈性地基梁+可調(diào)式鋼軌支座方案,鋼軌支座豎向可調(diào)范圍10 cm,ARMG基礎(chǔ)典型斷面見(jiàn)圖6。
該方案相比常規(guī)樁基軌道梁方案,結(jié)構(gòu)造價(jià)降低約6 000元m,工期短,并避免了軌道梁與周邊堆場(chǎng)沉降不同步問(wèn)題。
圖6 ARMG彈性地基梁基礎(chǔ)典型斷面(單位:mm)
1)本工程選用“單小車(chē)岸橋+ARMG+集卡”平行碼頭布置的自動(dòng)化集裝箱港區(qū)布置模式,目前可實(shí)現(xiàn)堆場(chǎng)自動(dòng)化,未來(lái)可無(wú)縫實(shí)現(xiàn)港區(qū)全自動(dòng)化。
2)自動(dòng)化堆場(chǎng)場(chǎng)橋采用34 m跨距單懸臂ARMG,采用背靠背布置方式,堆場(chǎng)通過(guò)能力高達(dá)276萬(wàn)TEU,留有未來(lái)發(fā)展余地;自動(dòng)化箱區(qū)橫向道路少,港區(qū)交通更加順暢。
3)阿布扎比哈里發(fā)港集裝箱碼頭二期項(xiàng)目采用的自動(dòng)化集裝箱技術(shù)可靠先進(jìn)、可拓展性強(qiáng),建設(shè)周期短,工程投資低,可為其他同類(lèi)項(xiàng)目技術(shù)方案確定提供借鑒。