唐 洲,葛 斌,張 超
(1中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司,上海 200032;2中遠海運港口有限公司,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,是扼波斯灣進入印度洋的海上交通要沖,在區(qū)位上有得天獨厚的優(yōu)勢。
阿布扎比哈里發(fā)港集裝箱碼頭二期項目定位為專業(yè)化集裝箱樞紐港,以高度發(fā)展的現(xiàn)代機械、信息科技為基礎(chǔ),將項目打造為更加高效、節(jié)能、安全、綠色的自動化集裝箱港區(qū)。
項目年設(shè)計吞吐量為250萬TEU,碼頭岸線長1 200 m,碼頭需滿足3E級集裝箱船靠泊要求,配套陸域面積69.8萬m2。
項目碼頭及陸域形成、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)狀為臨時滾裝碼頭,后方46.5萬m2場地為臨時滾裝汽車堆場,鋪設(shè)有簡易面層;另外400 m碼頭及后方23.3萬m2場地為新建工程。
阿布扎比氣候為典型的沙漠氣候,5—10月為熱季,氣溫超過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?shù)爻oL向和強風向均為偏西北向,月平均風速最大5.66 ms,西北西向50 a一遇極端風速為22.8 ms。
工程海域潮汐性質(zhì)為不規(guī)則半日潮,一個太陰日內(nèi)兩次高潮的潮差約0.5 m。本工程位于港池內(nèi)部,不受外海來浪的影響,擬建泊位區(qū)基本無浪,總體流速平緩。
工程場地地基土層自上而下分別為回填海砂、灰屑巖、細晶巖。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,港池長約3 400 m、寬為800 m。計劃分為1A、1B、2、3和4期建設(shè)。哈里發(fā)港總體開發(fā)規(guī)劃見圖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,公路交通十分便利,現(xiàn)各酋長國之間均有現(xiàn)代化的高速公路連通。出口集裝箱可以通過公路抵達港口,而進口貨物可以通過公路送達貨主。
哈里發(fā)港內(nèi)疏港道路寬29 m,含雙向4車道、路肩和中間隔離帶,疏港路按照車速60 kmh設(shè)計,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)邦鐵路項目以貨運為主,連接阿聯(lián)酋各酋長國和海灣六國。哈里發(fā)港項目規(guī)劃時預留了港口鐵路專線與聯(lián)邦鐵路相連,未來集裝箱可以通過鐵路到達港口或從港口出發(fā)到達腹地。
3.2.3水路
由于阿聯(lián)酋在國際航運中的戰(zhàn)略位置,使其成為水運中轉(zhuǎn)的樞紐港,集裝箱可以在哈里發(fā)港進行水水中轉(zhuǎn)。
集裝箱碼頭自動化作業(yè)是當前全球發(fā)展趨勢,世界已建、在建的40多個自動化集裝碼頭可總結(jié)為“十大布局模式”[1]。根據(jù)項目多泊位、陸域縱深小、作業(yè)強度大、中轉(zhuǎn)比例高等特點(表1),詳細比選堆場垂直碼頭布置的自動化碼頭(ARMG+AGV)與堆場平行碼頭布置的自動化碼頭(ARMG+集卡)兩個模式。
自動化集裝箱碼頭的兩種堆場布置形式均十分成熟,在國內(nèi)外有廣泛應(yīng)用。堆場垂直碼頭岸線布置方案易于實現(xiàn)全自動化,海陸兩側(cè)作業(yè)自然分離,交通組織較為順暢,但堆場利用率相對較低、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。堆場平行碼頭岸線布置方案堆場利用率高,整個堆場每個貝位均可與海側(cè)進行交換作業(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,目前其水平運輸設(shè)備為人工駕駛集卡,但隨著無人駕駛技術(shù)的日趨成熟,未來可過渡到全自動化作業(yè)模式。綜上,本工程最終選擇堆場平行碼頭布置的自動化碼頭(ARMG+集卡)模式[2]。
表1 方案對比
項目碼頭條件優(yōu)越,但陸域縱深較小(581.3 m),堆場容量將是限制碼頭通過能力充分發(fā)揮的瓶頸。如何優(yōu)化堆場布置、盡可能擴大堆場容量、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)計的重點。
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;碼頭與堆場區(qū)之間布置雙向4車道,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,盡可能地擴大自動化集裝箱主體堆場面積,提高土地利用率,做到“大堆場小輔助區(qū)”的功能布局模式。根據(jù)港區(qū)地塊特點,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。自西向東依次交錯布置加油站、進港閘口、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)停車場)、機修車間、特種箱堆場、泄露箱處置區(qū)、出港閘口、集卡停車場、調(diào)箱門區(qū)、長期空箱堆場等設(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)主對港區(qū)運營的要求和市場競爭因素,結(jié)合本項目建設(shè)條件、國際自動化集裝箱碼頭建設(shè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢,綜合考慮技術(shù)方案可靠且先進有效、工程投資效益最優(yōu),對本集裝箱港區(qū)進行兩種模式3種方案進行比選,提出推薦方案。各方案特征見表2。綜合比選,推薦采用自動化堆場平行于碼頭岸線布置的單懸臂ARMG+集卡方案。
表2 總平面布置方案對比
主體自動化重箱堆場共分4塊堆場布置(A~D),堆場平行碼頭岸線布置,箱區(qū)長度為241 m或247 m。主體堆場縱深為389 m,堆場內(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、危險品箱);北側(cè)2條作業(yè)線(7、8)為專業(yè)化空箱作業(yè)線。主體堆場與碼頭作業(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寬雙向四車道通道;主體堆場內(nèi)形成4條16 m寬的堆場內(nèi)單向車道,可布置同向2條作業(yè)車道和2條行駛車道。自動化主堆場布置見圖4。
圖4 推薦方案主堆場布置
根據(jù)哈里發(fā)港疏港路單向環(huán)形交通組織特點,閘口采用了“西進東出”的布置方案,港外集卡自西側(cè)進入港口后,沿港內(nèi)橫向主干道H6和多條縱向主干道V1~V6進行分流,避免了對港內(nèi)集卡交通的沖擊和局部的交通擁堵,達到內(nèi)卡交通優(yōu)先的設(shè)計原則。另外,集卡在箱區(qū)內(nèi)作業(yè)時,單向行駛,流向簡單,提高了通行效率[4]。
本工程裝卸工藝使用堆場自動化模式的單懸臂ARMG+集卡方案。岸橋為單小車岸橋,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。自動化堆場采用單懸臂ARMG,共布置32條作業(yè)線,每條作業(yè)線配置1臺單懸臂ARMG。裝卸工藝方案重點考慮以下4個方面內(nèi)容進行設(shè)計。
本工程短期空箱堆場設(shè)置于自動化堆場內(nèi),共8條作業(yè)線,每條作業(yè)線配置1臺單懸臂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進行自動化作業(yè),在保證裝卸效率的同時,有效減少了傳統(tǒng)空箱堆高機作業(yè)模式的司機數(shù)量和內(nèi)燃機廢氣排放,符合智慧港口和綠色港口的發(fā)展理念??障涠褕龅鼗粗叵涠演d荷載標準處理,以便未來港區(qū)箱量通過能力提升之后可發(fā)展為重箱堆場。屆時只須將空箱ARMG更換為重箱ARMG,土建基礎(chǔ)不須另外處理。
圖5 自動化空箱堆場工藝斷面(單位:mm)
港區(qū)布置按水平運輸自動化統(tǒng)籌規(guī)劃,分步實施。由于水平運輸采用內(nèi)外卡混合交通路網(wǎng),就現(xiàn)有技術(shù)條件港內(nèi)目前水平運輸車輛還難以達到自動化程度。因此,現(xiàn)階段港內(nèi)水平運輸仍然采用人工駕駛集卡,集卡作業(yè)均在箱區(qū)外裝卸車道完成。隨著智能化駕駛技術(shù)的快速發(fā)展,無人駕駛集卡已逐漸呈現(xiàn)在世人面前,使自動和非自動混合水平運輸成為可能。L4級(高度自動化)無人駕駛集卡投入使用時,港區(qū)堆場經(jīng)過簡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)無人駕駛集卡通道,L4級別車輛可以始終處于自己完全控制的狀態(tài),即使沒有駕駛員也能操作,它被設(shè)計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景。港內(nèi)無人駕駛集卡在軌內(nèi)作業(yè),港外人工駕駛集卡仍然在軌外作業(yè),港內(nèi)道路通過設(shè)置圍欄進行物理隔離,保證港內(nèi)水平運輸順暢高效。L5級(完全自動化)無人駕駛集卡投入使用時,再將堆場恢復至現(xiàn)階段布置形式[5],該級別是真正意義上的可以在每個駕駛場景中可以與人類駕駛相當?shù)?,完全自主駕駛系統(tǒng)。
危險品集裝箱布置在兩兩相對的ARMG懸臂側(cè),每條作業(yè)線設(shè)置2列,堆高2層。由于危險品集裝箱分散布置在不同作業(yè)線,同時可用于危險品箱的ARMG數(shù)量達4臺,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軌道總長約18 km,其結(jié)構(gòu)方案對工程投資及工期影響重大。
ARMG基礎(chǔ)設(shè)計與設(shè)備選型協(xié)同考慮,根據(jù)軌道式龍門吊行走軌道的允許偏差,設(shè)計選用“一剛一柔”支腿ARMG,軌道沉降控制可按II級標準,即相對應(yīng)的兩軌道測點之間高度差≤20 mm,沿軌道軸線方向每10 m不均勻沉降≤20 mm。
根據(jù)沉降計算,場地總沉降可控,差異沉降滿足ARMG運行要求,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)典型斷面見圖6。
該方案相比常規(guī)樁基軌道梁方案,結(jié)構(gòu)造價降低約6 000元m,工期短,并避免了軌道梁與周邊堆場沉降不同步問題。
圖6 ARMG彈性地基梁基礎(chǔ)典型斷面(單位:mm)
1)本工程選用“單小車岸橋+ARMG+集卡”平行碼頭布置的自動化集裝箱港區(qū)布置模式,目前可實現(xiàn)堆場自動化,未來可無縫實現(xiàn)港區(qū)全自動化。
2)自動化堆場場橋采用34 m跨距單懸臂ARMG,采用背靠背布置方式,堆場通過能力高達276萬TEU,留有未來發(fā)展余地;自動化箱區(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目采用的自動化集裝箱技術(shù)可靠先進、可拓展性強,建設(shè)周期短,工程投資低,可為其他同類項目技術(shù)方案確定提供借鑒。