石化廠區在山地條件下的總圖豎向設計思考

顧巍冬

（中石化上海工程有限公司，上海 200120）

1 背景概述

中國石化產業在空間布局上，呈現著“沿海強、內陸弱”“北方強、南方弱”的格局特征，石油化工廠以往大多都是聚集性地建設，諸如長三角地區、環渤海地區、珠三角地區等，靠近原料及上下游產品的供應，且物流方便，可以節約企業的運行成本；以上地區均屬于平原地區，企業的建設成本相對少許多。但隨著全國經濟建設的全面發展，西南等多山地條件的省份，原本被視作“不適宜”大規模建設石化產業的地區，如今的石化工廠也在如火如荼地建設著。

在山地條件下建設石化工廠，總平面布置受地形、地勢、地質、氣象、水文、交通等多方面的自然條件影響和制約。要布置好全廠總平面，就需要掌握好場地的特點，結合工廠生產工藝流程、原料/產品運輸方式及路線，尤其需綜合考慮廠區豎向設計。本文以西南某省山區新建石化廠項目為例，針對總圖豎向設計方面涉及的問題進行研究探討。

2 石化企業豎向設計的意義

石化企業的豎向設計是總體布局和總圖運輸設計的一部分。除了使用坐標來確定建筑物和道路的平面位置外，還應使用豎向標高來確定立面的位置。建筑物、構筑物、道路等位置是固定的，合理的豎向設計節省了土地，減少了基礎設施投資和建設進度，也為石化企業的安全生產經營管理帶來了顯著的效益。合理最大化和改造原有的自然地形，根據石化工藝的需要、建筑物和構筑物的布局以及消防和運輸道路的要求，可以改變復雜的位置。豎向設計對山坡等原始自然地形和沖溝進行設計，這將成為化工企業的合適生產區。通過合理確定石化企業場地的豎向標高，可以減少土方量，保證廠區安全生產。場地平整后，如果設計的豎向標高過低或高于原始自然地形標高，則土方工作量會增加。工程量影響建設進度，增加基礎設施投資。因此，化工企業場地的豎向高程精度不僅是對總體布局合理性的考驗，也是減少石化企業基礎設施投資的重要環節。

3 項目廠址特點

本項目位于西南某山區省份。廠址用地為高原山丘地帶，主廠區規劃用地約440公頃，主要包括管理區用地、輔助生產區用地、主要生產區用地和火炬設施區用地。整個項目建設用地總結下來，有如下幾個特點：

1）廠址范圍地勢起伏大，東側和中部低，最低標高約1 215m，西側和南北兩側高，最高標高約1 320m，絕對高差約100m。地勢起伏多變，山高谷深坡度大，導致土石方工程量居高不下，超高邊坡支護工程不可避免。

2）項目廠址中部有縱向環評控制線穿越。環評控制線以西，即可以布置工藝裝置的區域呈兩山夾一溝的地形，場地平整工程量大；環評控制線以東，地形相對平坦，但是只能布置輔助設施，不能布置主體裝置。

3）水治理及防山洪工程復雜：廠區周圍的四面雨水均匯向廠區，只有一個出口，威脅廠區安全，再加上至少兩處（西南+東南）涌出的地下水需要引流，導致截排洪工程十分復雜。

4）地下水污染防治任務重：廠址周邊具有喀斯特地貌，地下水情況復雜。中華人民共和國環境保護部對本項目環境評價報告的批復意見要求采取多級防滲措施，嚴防污染地下水。而且明確要求：環保工程驗收不合格，項目不得開工。

5）邊坡支護方案問題突出：勘察資料顯示，西北側山體坡陡山高，且土質松軟，為確保廠區安全，不適宜建設高邊坡，只能通過避讓，加大廠內設計坡度的方式，減少邊坡工程，從而給總平面和豎向設計帶來諸多困難。

以上特點均為本項目在山區建廠下的不利條件，使得本項目與其他建設項目相比，在建設條件方面具有明顯劣勢，它們帶來的影響最終主要體現在投資和安全方面。在總圖設計的過程中，豎向方案的研究探討以及不斷優化，也是本項目的重中之重。

4 豎向設計方案研究

4.1 場地平整

一般情況下，平坦地區的場地總體布局比較靈活、相對容易，但山區的總體布局受地形、地勢、地質等條件的影響。在選擇生產過程的布局時，要充分考慮豎向特點。同時，研究利用山地坡度，使生產順暢而有助于建筑物的布局并節省投資。山地工廠的總體布局往往沿山坡成群排列，但同時建筑布局盡量沿等高線布置，將主要生產車間和受交通方式限制的建構筑物優先布置在地勢比較開闊、地形比較平坦和地質條件比較好的地段，保證物料進出方便；對不受交通方式限制的輕型建構筑物、堆場等，在滿足生產使用的條件下，可布置在場地的填方地段和廠區合適地方。

山區建廠的主要特點之一，就是具有陡坡和大的高差，整個廠區的豎向設計就需要調整土石方工程量，不斷地進行挖、填方的驗算與調配，以達到廠區內部場地平整的最優方案。根據以往的工程建廠設計經驗，主要的生產裝置避免布置在填方過深的區段，以避免建構筑物的基礎太深，增加工程投資費用。另外，挖方略多于填方對整個工程建設較為有利，一方面可以省去外買石料的費用；另一方面，余土除去場地表層棄土以及淤泥之外，剩余的也可作為廠內外的道路路基使用等。

針對本項目而言，經過總平面豎向方案的不斷優化，充分結合地形條件、細化各功能區塊設計、優化豎向標高，使土石方工程總量盡可能少。由于廠區北側的山坡較陡，因此對北側場地平整的范圍進行整體內移；廠區東北側部分形成挖方高邊坡，經反復研究討論，存在一定的安全隱患，因此也將東北側的場平邊界內移。本著土石方工程盡量平衡或挖方略多于填方的原則，將南側的場平邊界也進行優化處理。本項目針對的石化廠區主要條件如下：

（1）主廠區場地平整面積約267公頃，其中，環評控制線范圍以內177公頃，環評控制線范圍以外90公頃；主廠區場地平整范圍內（不含廠外邊坡）平均填方深度約16m，平均挖方高度約13m；最高填方深度約49m，位于廠區東南側的鐵路裝卸線中部區域；最大挖方深度約52m，位于廠區南部區域。

（2）主廠區場地平整土方工程量（其中包含邊坡工程的土方量）：挖方1 783萬m3，填方1 773萬m3，包括清淤、棄方工程量在內。

4.2 臺階、平坡混合式豎向設計

在山地建設化工廠區的過程中，豎向設計是重點和難點問題之一，與總體布局密切相關，包括道路運輸和廠區排水的方方面面。相對于平坦地區總平布局采用單一的平坡布局，山區豎向設計側重于根據工藝特點和場地的自然地形條件提出相應的解決方案減少土方工程，改善交通條件。本項目采用兩種布局方式：臺階式和平坡式。生產區或主生產車間盡量同處于一個臺階標高，或者處于相鄰的兩個臺地，因地制宜、結合運輸方式布置，形成工藝流程和物流無縫銜接的系統。污水處理、雨水收集等輔助設施則布置在廠區的相對低處。

4.3 邊坡支護工程

石化廠建設將包括開挖深基坑，并進行邊坡支護工程，確保邊坡安全穩定。現階段，建設單位應采取邊坡支護措施，并結合工程特點、地質條件和場地限制等具體選擇，認真分析、科學考慮，選擇最合適的一種邊坡支護方案。本項目擬采用排樁支護形式。排樁支護法主要是建立支樁的形狀，沿基坑周邊打樁，利用固定件形成支護結構，以達到穩定邊坡的目的。使用排樁支護對基坑的深度有一定的要求，當基坑深度在6m以上時，一般采用熱樁錨固的邊坡支護方式。目前，常見的樁型分為間隙放置、在線放置、交錯切向放置等。可根據不同的土壤質量和地下水防滲要求等選擇不同的放置方式。支座控制變形量，滿足相應的技術條件。

4.4 生產裝置與豎向設計相結合

在山區條件下，廠區與外界、工作場所和廠區內建筑物之間的物料運輸路線通常可以通過公路、管道、起重或物流運輸方式相結合的方式解決。對于一些可以直接通過公路的工作場所，物料運輸可以是公路運輸，也可以與管道、吊裝等其他運輸方式相結合。對于一些道路運輸難以直接進入人們工作場所，只能使用管道、起重設備等運輸材料。本項目擬利用公路+鐵路相結合的方式進行總圖運輸。公路系統沿用廠區周邊的道路標高，順坡進入廠區內部，豎向設計合理銜接；而布置在廠區東南側的鐵路系統，則充分利用鐵路站臺（1 275m標高）與儲煤倉（1 250m標高）接近25m的高差，形成一個天然的運煤卸車過橋點，節約了能耗。

4.5 總平面方案考慮的主要因素

本項目在實際設計過程中，總平面的優化進程，實際上也是豎向方案的不斷優化，結合上述幾項豎向影響因素，總平面的設計考量綜合如下：

（1）壓縮用地面積，減少場平工程量。在用地范圍的北、西、南三側將場地平整邊界線向內收縮，減少高邊坡治理的工程量和費用。其中，北側后退15~100m；西側后退80~140m；南側后退15m。廠區東南側用地邊界完全避讓大龍井出水口和以沖溝泄水通道，取消大龍井水系治理工程。

（2）經過土方平衡計算，對場地平整工程采用的臺地數量進行了比選，經測算，三個臺地的方案比兩個臺地的方案減少土方量約60萬m3，節約場地平整費用約3 000萬元。

（3）主要生產裝置集中布置，物料流程短捷；同時，所占場地大部分位于挖方區和淺填方區，有利于節約建設投資，也有利于避免深填方區地面沉降給裝置生產帶來的安全隱患；

（4）空分設施布置于廠區中北部，位于主導風向的上風向，空分吸入口處空氣質量較好，有利于生產安全。

（5）中控室和消防站等人員集中場所，遠離生產裝置布置于東部的廠區邊緣地塊內，可以滿足設計規范對人員集中場所安全布置的嚴格要求，有利于保障員工的人身安全和身體健康。

（6）原煤輸送路線在西側和南側，成品運輸路線在北側，人流路線在廠區中部，做到黑白分離、人貨分流、互不干擾。

5 結束語

在山區選址的情況下，廠區規劃設計要充分分析場地的條件和特點、生產過程與地形利用的關系，解決山區設計中的具體問題，建立工廠并采用適當的技術方案來解決問題，使相應設計既滿足了工藝流程和生產管理的需要，又因地制宜，降低了成本，成為經濟合理的杰作。