阿布扎比哈里發港集裝箱碼頭二期項目平面工藝設計要點

唐 洲，葛 斌，張 超

(1中交第三航務工程勘察設計院有限公司，上海 200032；2中遠海運港口有限公司，上海 200135)

1 工程概況

阿布扎比哈里發港位于阿拉伯半島東南端波斯灣內，與伊朗隔海相望，是扼波斯灣進入印度洋的海上交通要沖，在區位上有得天獨厚的優勢。

阿布扎比哈里發港集裝箱碼頭二期項目定位為專業化集裝箱樞紐港，以高度發展的現代機械、信息科技為基礎，將項目打造為更加高效、節能、安全、綠色的自動化集裝箱港區。

項目年設計吞吐量為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港務局(ADPC)完成，其中800 m碼頭現狀為臨時滾裝碼頭，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。

2 自然條件特點

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，平均年降雨天數約為12 d，降水多集中于2—3月份。

當地常風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。

工程海域潮汐性質為不規則半日潮，一個太陰日內兩次高潮的潮差約0.5 m。本工程位于港池內部，不受外海來浪的影響，擬建泊位區基本無浪，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。工程區地震基本加速度值為0.15g。

3 港區條件

3.1 港區規劃

哈里發港總體呈離岸突堤式布置形態，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。哈里發港總體開發規劃見圖1。

圖1 哈里發港整體規劃效果

哈里發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1 600 m岸線為哈里發港集裝箱碼頭一期工程，其東側600 m岸線為規劃集裝箱泊位。哈里發港建設現狀見圖2。

圖2 哈里發港建設現狀

3.2 港區集疏運條件

3.2.1公路

阿聯酋公路網發達，公路交通十分便利，現各酋長國之間均有現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。

哈里發港內疏港道路寬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設計，疏港路交通組織方式為單向環形交通流。

3.2.2鐵路

阿聯酋聯邦鐵路項目以貨運為主，連接阿聯酋各酋長國和海灣六國。哈里發港項目規劃時預留了港口鐵路專線與聯邦鐵路相連，未來集裝箱可以通過鐵路到達港口或從港口出發到達腹地。

3.2.3水路

由于阿聯酋在國際航運中的戰略位置，使其成為水運中轉的樞紐港，集裝箱可以在哈里發港進行水水中轉。

4 自動化模式確定

集裝箱碼頭自動化作業是當前全球發展趨勢，世界已建、在建的40多個自動化集裝碼頭可總結為“十大布局模式”[1]。根據項目多泊位、陸域縱深小、作業強度大、中轉比例高等特點(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，在國內外有廣泛應用。堆場垂直碼頭岸線布置方案易于實現全自動化，海陸兩側作業自然分離，交通組織較為順暢，但堆場利用率相對較低、需配置的裝卸設備數量較多、投資較大、系統調試周期較長。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進行交換作業，海側作業效率有保障，需配置的裝卸設備數量較少，投資較小，系統調試周期較短，目前其水平運輸設備為人工駕駛集卡，但隨著無人駕駛技術的日趨成熟，未來可過渡到全自動化作業模式。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

5 總平面布置

項目碼頭條件優越，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揮的瓶頸。如何優化堆場布置、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計的重點。

5.1 碼頭前沿作業地帶布置

碼頭前方作業地帶充分考慮了前方作業密度高的特點和大型集裝箱船舶艙蓋板寬度，作業帶寬度為76.5 m，其中碼頭軌道布置按碼頭現狀確定，前軌距離碼頭前沿6.75 m，軌距35 m，軌內布置4組8條作業車道；軌后布置大型集裝箱船舶艙蓋板堆放區，寬度18.75 m；碼頭與堆場區之間布置雙向4車道，寬度16 m[3]。

5.2 輔助區布置

本工程陸域呈規則矩形布置，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”的功能布局模式。根據港區地塊特點，生產輔助區布置在靠近疏港路的港區陸域后方，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(含綜合樓、中心變電所、輔助區變電所、加壓泵站、辦公區停車場)、機修車間、特種箱堆場、泄露箱處置區、出港閘口、集卡停車場、調箱門區、長期空箱堆場等設施。

港區辦公輔助區集中布置(圖3)，主出入口直接面向港區疏港道路，管理自成一體。

圖3 輔助區布置

5.3 自動化主堆場布置

根據業主對港區運營的要求和市場競爭因素，結合本項目建設條件、國際自動化集裝箱碼頭建設現狀及發展趨勢，綜合考慮技術方案可靠且先進有效、工程投資效益最優，對本集裝箱港區進行兩種模式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，箱區長度為241 m或247 m。主體堆場縱深為389 m，堆場內從前往后布置8條軌距34 m的單懸臂ARMG作業線，其中南側往北側方向6條作業線(1～6)為重箱作業線(含普通重箱、冷藏箱、中轉空箱、危險品箱)；北側2條作業線(7、8)為專業化空箱作業線。主體堆場與碼頭作業區、生產輔助區以及東西向港區邊界之間各布置16 m寬雙向四車道通道；主體堆場內形成4條16 m寬的堆場內單向車道，可布置同向2條作業車道和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

5.4 進出港閘口布置

根據哈里發港疏港路單向環形交通組織特點，閘口采用了“西進東出”的布置方案，港外集卡自西側進入港口后，沿港內橫向主干道H6和多條縱向主干道V1～V6進行分流，避免了對港內集卡交通的沖擊和局部的交通擁堵，達到內卡交通優先的設計原則。另外，集卡在箱區內作業時，單向行駛，流向簡單，提高了通行效率[4]。

6 裝卸工藝

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，軌內布置8條適應雙40 ft(12.2 m)岸橋作業的集卡作業車道。岸橋外伸距73.5 m，可滿足3E+集裝箱船的裝卸作業需求。自動化堆場采用單懸臂ARMG，共布置32條作業線，每條作業線配置1臺單懸臂ARMG。裝卸工藝方案重點考慮以下4個方面內容進行設計。

6.1 空箱自動化作業

本工程短期空箱堆場設置于自動化堆場內，共8條作業線，每條作業線配置1臺單懸臂ARMG。ARMG吊具下起吊質量為9 t，軌距為34 m，軌內布置12列箱，空箱堆高6層(圖5)。空箱采用ARMG進行自動化作業，在保證裝卸效率的同時，有效減少了傳統空箱堆高機作業模式的司機數量和內燃機廢氣排放，符合智慧港口和綠色港口的發展理念。空箱堆場地基按重箱堆載荷載標準處理，以便未來港區箱量通過能力提升之后可發展為重箱堆場。屆時只須將空箱ARMG更換為重箱ARMG，土建基礎不須另外處理。

圖5 自動化空箱堆場工藝斷面(單位：mm)

6.2 按全自動化作業模式統一規劃

港區布置按水平運輸自動化統籌規劃，分步實施。由于水平運輸采用內外卡混合交通路網，就現有技術條件港內目前水平運輸車輛還難以達到自動化程度。因此，現階段港內水平運輸仍然采用人工駕駛集卡，集卡作業均在箱區外裝卸車道完成。隨著智能化駕駛技術的快速發展，無人駕駛集卡已逐漸呈現在世人面前，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，港區堆場經過簡單改造即可滿足使用要求，即ARMG軌內去掉一列集裝箱，留出空間作為港內無人駕駛集卡通道，L4級別車輛可以始終處于自己完全控制的狀態，即使沒有駕駛員也能操作，它被設計成可以完成所有可以監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。港內無人駕駛集卡在軌內作業，港外人工駕駛集卡仍然在軌外作業，港內道路通過設置圍欄進行物理隔離，保證港內水平運輸順暢高效。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的，完全自主駕駛系統。

6.3 危險品箱分散布置

危險品集裝箱布置在兩兩相對的ARMG懸臂側，每條作業線設置2列，堆高2層。由于危險品集裝箱分散布置在不同作業線，同時可用于危險品箱的ARMG數量達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]。

6.4 ARMG選型與基礎協同設計

ARMG軌道總長約18 km，其結構方案對工程投資及工期影響重大。

ARMG基礎設計與設備選型協同考慮，根據軌道式龍門吊行走軌道的允許偏差，設計選用“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基礎采用彈性地基梁+可調式鋼軌支座方案，鋼軌支座豎向可調范圍10 cm，ARMG基礎典型斷面見圖6。

該方案相比常規樁基軌道梁方案，結構造價降低約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彈性地基梁基礎典型斷面(單位：mm)

7 結語

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布置模式，目前可實現堆場自動化，未來可無縫實現港區全自動化。

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，留有未來發展余地；自動化箱區橫向道路少，港區交通更加順暢。

3)阿布扎比哈里發港集裝箱碼頭二期項目采用的自動化集裝箱技術可靠先進、可拓展性強，建設周期短，工程投資低，可為其他同類項目技術方案確定提供借鑒。