自動(dòng)化集裝箱碼頭綜合管溝總體設(shè)計(jì)

舒開(kāi)連，劉 洋

(中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510290)

海港通常采用吹填形成陸域，其具有造陸成本高、后期存在沉降的特點(diǎn)。港區(qū)內(nèi)管線(xiàn)布置采用分散暗埋布置方式時(shí)，不僅占用了寶貴的土地資源，同時(shí)管線(xiàn)施工時(shí)開(kāi)挖工程量也較大，并且管道會(huì)因沉降發(fā)生損壞、漏水等現(xiàn)象，增加了管線(xiàn)的管理和維護(hù)難度。另外對(duì)于自動(dòng)化集裝箱碼頭，管線(xiàn)維修時(shí)需要人員進(jìn)入自動(dòng)化作業(yè)區(qū)并對(duì)道路、堆場(chǎng)進(jìn)行開(kāi)挖，嚴(yán)重影響自動(dòng)化作業(yè)效率和人員安全。因此，如何合理地進(jìn)行港區(qū)管網(wǎng)綜合布線(xiàn)、提高土地利用率和港區(qū)運(yùn)營(yíng)管理水平是港口工程的重要課題之一。

本文通過(guò)引入城市綜合管廊“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一建設(shè)、統(tǒng)一管理”的設(shè)計(jì)理念，結(jié)合集裝箱碼頭堆場(chǎng)平面布置和管線(xiàn)分布的特點(diǎn)，提出適用于自動(dòng)化集裝箱碼頭的港口綜合管溝總體布局。

1 港口綜合管溝

城市綜合管廊是21 世紀(jì)新型城市市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一，即在地下建造一個(gè)隧道空間，將市政、電力、通訊、燃?xì)狻⒔o排水等各種管線(xiàn)集于一體，設(shè)有專(zhuān)門(mén)的檢修口、吊裝口和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

港口工程可參考城市綜合管廊的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)置適合港口場(chǎng)景的綜合管溝。港口綜合管溝是指建于港口地下用于容納兩類(lèi)及以上港口工程管線(xiàn)的構(gòu)筑物及附屬設(shè)施。港口綜合管溝將港區(qū)內(nèi)主要管線(xiàn)統(tǒng)一布置在管溝內(nèi)，可大幅節(jié)約管線(xiàn)占用的土地，同時(shí)避免了管線(xiàn)維修和擴(kuò)容時(shí)的重復(fù)開(kāi)挖。

以南方某集裝箱碼頭[1]為例，電力電纜、通信電纜、給水管道、消防管道、污水管道(有壓)采用現(xiàn)狀的分散暗埋布置形式與綜合管溝形式進(jìn)行占地寬度對(duì)比，見(jiàn)圖1。分散布置占地寬度約7.3 m，綜合管溝占地寬度為3.4 m，綜合管溝形式可減少約53%的占地。另外，港區(qū)內(nèi)管線(xiàn)按分散布置，與采用綜合管溝布置相比，開(kāi)挖工程量基本相同，但在運(yùn)營(yíng)期綜合管溝內(nèi)的管線(xiàn)維修、更換、新增不需要二次開(kāi)挖，大幅降低了管理和維護(hù)難度。

圖1 管線(xiàn)不同布置形式的占地寬度對(duì)比(單位：m)

由于管線(xiàn)不接觸土壤和地下水，也避免了土壤對(duì)管線(xiàn)的腐蝕，延長(zhǎng)了管線(xiàn)的使用壽命；另外綜合管溝內(nèi)管線(xiàn)布置實(shí)現(xiàn)了可視化，通過(guò)管線(xiàn)的遠(yuǎn)程監(jiān)控可快速發(fā)現(xiàn)和定位問(wèn)題管線(xiàn)的精確位置，減少管線(xiàn)損壞造成的資源浪費(fèi)；并且通過(guò)設(shè)置相關(guān)感應(yīng)和控制設(shè)施，實(shí)現(xiàn)綜合管溝內(nèi)管線(xiàn)的智能運(yùn)營(yíng)維護(hù)，提高港區(qū)智能化管理水平。因此港口綜合管溝在港口工程中具有廣闊的應(yīng)用前景。

目前綜合管溝在港口工程中的應(yīng)用尚處于起步階段，只有部分工程[2-3]在局部范圍嘗試使用，并未進(jìn)行大范圍應(yīng)用。

2 自動(dòng)化集裝箱碼頭特點(diǎn)

自動(dòng)化集裝箱碼頭通常采用軌道吊進(jìn)行堆場(chǎng)裝卸作業(yè)。堆場(chǎng)布置時(shí)為保證軌道吊在裝卸箱區(qū)端部最后一個(gè)集裝箱時(shí)與車(chē)輛通行不產(chǎn)生交叉，箱區(qū)端部與道路之間需要預(yù)留安全區(qū)域見(jiàn)圖2a)，寬度取9 m。箱區(qū)端部安全區(qū)域無(wú)集裝箱堆存，車(chē)輛也不從中經(jīng)過(guò)，故此區(qū)域可進(jìn)行充分利用。另外，為保證軌道吊行走安全，箱區(qū)兩側(cè)的軌道與集卡作業(yè)車(chē)道之間也預(yù)留相應(yīng)的安全區(qū)域見(jiàn)圖2b)，寬度取2 m。箱區(qū)側(cè)邊安全區(qū)域沒(méi)有布置設(shè)備或基礎(chǔ)設(shè)施，也可進(jìn)行充分利用。

圖2 箱區(qū)端部和側(cè)邊的安全區(qū)域

與城市管網(wǎng)系統(tǒng)相比，碼頭內(nèi)管網(wǎng)種類(lèi)、數(shù)量均較少，主要包括電力電纜、通信電纜、給水管道、消防管道、污水管道(有壓)、排水管道。集裝箱碼頭用電設(shè)備數(shù)量多，因此電力電纜的數(shù)量也較多，其他管線(xiàn)相對(duì)較少。集裝箱堆場(chǎng)內(nèi)設(shè)備、路網(wǎng)通常均勻布置，變電所、照明設(shè)施、監(jiān)控設(shè)施、消防設(shè)施相應(yīng)地也均勻布置在堆場(chǎng)內(nèi)，因此電力電纜主要在變電所附近集中，通信電纜、消防管道也可隨電力電纜進(jìn)行布置。碼頭前沿作業(yè)均沿岸線(xiàn)方向，因此相應(yīng)的電力電纜、通信電纜、給水管道、消防管道均沿岸線(xiàn)進(jìn)行布置。另外通信電纜和消防管道通常需要滿(mǎn)足環(huán)狀布置要求。

集裝箱碼頭在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中隨著業(yè)務(wù)量的增長(zhǎng)需要增添新設(shè)備，相應(yīng)地需要新增管線(xiàn)；另一方面，由于管材的老化或損壞，經(jīng)常需要對(duì)管線(xiàn)尤其是對(duì)給水、消防管線(xiàn)進(jìn)行維修、更換。自動(dòng)化集裝箱堆場(chǎng)屬于自動(dòng)化作業(yè)區(qū)，為保證作業(yè)效率和安全一般禁止人員進(jìn)出，港區(qū)管線(xiàn)布置需要考慮提高運(yùn)營(yíng)期管線(xiàn)維修的便利性以及降低維修頻次，從而減小維修影響范圍。

因此，對(duì)于自動(dòng)化集裝箱碼頭，箱區(qū)端部和側(cè)邊的安全區(qū)域可設(shè)置綜合管溝，將不同管線(xiàn)集中布置于管溝內(nèi)，減少占用土地和開(kāi)挖，避免陸域差異沉降對(duì)管道的損壞，并且后期擴(kuò)容和維護(hù)不需要開(kāi)挖路面，提高管線(xiàn)管理和維護(hù)水平，保證自動(dòng)化區(qū)域正常生產(chǎn)作業(yè)和安全。

3 港口綜合管溝總體布置

3.1 港口綜合管溝布置原則

1)港口綜合管溝的入溝管線(xiàn)主要根據(jù)管線(xiàn)的數(shù)量、安全性、對(duì)管溝投資的影響等方面確定。根據(jù)集裝箱碼頭不同管線(xiàn)的特點(diǎn)，港口綜合管溝主要用于容納電力電纜、通信電纜、給水管道、消防管道、污水管道(有壓)等數(shù)量多且易于布置的管線(xiàn)。排水管道深度隨沿程變化并且連通大海，若放入綜合管溝，將增加綜合管溝的斷面尺寸，同時(shí)存在排水不及時(shí)或海水倒灌導(dǎo)致管溝內(nèi)其他管道被淹的風(fēng)險(xiǎn)，故不放入管溝內(nèi)。另外燃?xì)夤艿赖陌踩筝^高，并且在港區(qū)內(nèi)數(shù)量較少，因此也不納入綜合管溝。

2)港口綜合管溝的組成根據(jù)港區(qū)管線(xiàn)布置的集中程度和管線(xiàn)種類(lèi)確定。港口綜合管溝可分為容納多個(gè)種類(lèi)且管線(xiàn)數(shù)量較多的干線(xiàn)管溝、容納多個(gè)種類(lèi)但管線(xiàn)數(shù)量較少的支線(xiàn)管溝，以及供管線(xiàn)進(jìn)出管溝、人員出入、逃生、吊裝的管溝節(jié)點(diǎn)。

3)港口綜合管溝宜充分利用相關(guān)安全區(qū)域進(jìn)行布置，提高港區(qū)土地集約化利用水平。箱區(qū)端部安全區(qū)域?qū)挾容^大且靠近主要管線(xiàn)分布的位置，適宜布置干線(xiàn)管溝；箱區(qū)側(cè)邊安全區(qū)域?qū)挾容^小且管線(xiàn)數(shù)量較少，適宜布置支線(xiàn)管溝。

4)管溝節(jié)點(diǎn)的布置主要根據(jù)管線(xiàn)分支的位置、人員安全出入的要求、不同管溝的銜接方式等確定。

5)根據(jù)堆場(chǎng)不同區(qū)域的功能要求，港口綜合管溝可采用箱涵結(jié)構(gòu)和蓋板結(jié)構(gòu)兩種不同的形式，箱區(qū)端部和側(cè)邊安全區(qū)域等沒(méi)有設(shè)備通行的區(qū)域適宜采用蓋板結(jié)構(gòu)，道路、軌道等有設(shè)備通行的區(qū)域應(yīng)采用箱涵結(jié)構(gòu)。

3.2 干線(xiàn)和支線(xiàn)管溝布置

干線(xiàn)管溝和支線(xiàn)管溝的布置主要根據(jù)安全區(qū)域?qū)挾取⒐芫€(xiàn)的分布和數(shù)量、堆場(chǎng)布置形式等確定。干線(xiàn)管溝包括縱向和橫向干線(xiàn)管溝，縱向管溝走向?yàn)閺暮蠓疥懹蛑链a頭前沿，橫向干線(xiàn)管溝走向平行岸線(xiàn)。

自動(dòng)化集裝箱碼頭管線(xiàn)中電力電纜數(shù)量較多，且主要集中在變電所附近，同時(shí)附近的通信電纜、給水管道、消防管道、污水管道(有壓)也可同時(shí)布置在該區(qū)域內(nèi)，因此縱向干線(xiàn)管溝宜靠近變電所附近布置。堆場(chǎng)平行岸線(xiàn)布置時(shí)，縱向干線(xiàn)管溝布置在變電所附近的箱區(qū)端部安全區(qū)域，并且可與排水主通道并列布置，從而減少管溝和排水管道施工時(shí)的土方開(kāi)挖；堆場(chǎng)垂直岸線(xiàn)布置時(shí)，縱向管溝布置于變電所附近的兩個(gè)箱區(qū)之間。

橫向干線(xiàn)管溝布置在碼頭前沿和堆場(chǎng)后方，實(shí)現(xiàn)主要管道的環(huán)狀布置。碼頭前沿干線(xiàn)管溝布置在碼頭胸墻內(nèi)。堆場(chǎng)平行岸線(xiàn)布置時(shí)，堆場(chǎng)后方干線(xiàn)管溝布置在箱區(qū)側(cè)邊安全區(qū)域；堆場(chǎng)垂直岸線(xiàn)布置時(shí)，堆場(chǎng)后方干線(xiàn)管溝布置在箱區(qū)端部安全區(qū)域。支線(xiàn)管溝布置在箱區(qū)側(cè)邊安全區(qū)域，并根據(jù)堆場(chǎng)照明設(shè)備和消防設(shè)施的覆蓋范圍間隔若干箱區(qū)。

以南方某集裝箱碼頭為例，堆場(chǎng)采用平行岸線(xiàn)布置的形式，堆場(chǎng)內(nèi)均勻布置3個(gè)變電所，箱區(qū)端部安全區(qū)域?qū)挾燃s9 m，箱區(qū)側(cè)邊安全區(qū)域?qū)挾葹? m，見(jiàn)圖2。干線(xiàn)管溝寬度2.0～2.6 m。該碼頭在3個(gè)變電所附近的箱區(qū)端部安全區(qū)域布置3條縱向干線(xiàn)管溝，寬度2.6 m；碼頭前沿橫向干線(xiàn)管溝布置在胸墻內(nèi)，寬度2.0～2.3 m；同時(shí)將堆場(chǎng)后方第2排箱區(qū)側(cè)邊安全區(qū)域加寬6.5 m用以布置高桿燈和堆場(chǎng)后方橫向干線(xiàn)管溝，管溝寬度2.6 m。另外，該碼頭電力電纜、通信電纜、給水管道、消防管道、污水管道均從陸域東南角接入港內(nèi)，因此接入點(diǎn)至輔建區(qū)沿道路邊沿設(shè)置1條干線(xiàn)管溝，寬度2.6 m。支線(xiàn)管溝布置在箱區(qū)側(cè)邊安全區(qū)域，寬度1.0～1.5 m。高桿燈和消火栓覆蓋范圍約150 m，因此支線(xiàn)管溝間隔4個(gè)箱區(qū)布置。通過(guò)設(shè)置干線(xiàn)管溝和支線(xiàn)管溝，港區(qū)內(nèi)管線(xiàn)入溝率達(dá)到60%以上。該碼頭干線(xiàn)和支線(xiàn)管溝布置見(jiàn)圖3。

圖3 南方某集裝箱碼頭干線(xiàn)和支線(xiàn)管溝布置(單位：m)

3.3 管溝節(jié)點(diǎn)布置

綜合管溝節(jié)點(diǎn)包括管線(xiàn)分支口、人員出入口、逃生口、吊裝口等。根據(jù)碼頭特點(diǎn)，港口綜合管溝的人員出入口、逃生口、吊裝口可統(tǒng)籌布置為安全口。對(duì)于數(shù)量較多、轉(zhuǎn)角困難的管道在進(jìn)出管溝的位置應(yīng)設(shè)置管線(xiàn)分支口。安全口沿管溝布置，間距可參考《電力工程電纜設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》[4]，不宜大于75 m。

南方某集裝箱碼頭的支線(xiàn)管溝與干線(xiàn)管溝連接處設(shè)置管線(xiàn)分支口滿(mǎn)足管線(xiàn)轉(zhuǎn)角和進(jìn)出需求。同時(shí)干線(xiàn)管溝內(nèi)在電力電纜進(jìn)入軌道吊接電井的轉(zhuǎn)角處也設(shè)置管線(xiàn)分支口。結(jié)合管溝的結(jié)構(gòu)形式，在箱涵段間隔70～74 m設(shè)置安全口，其他安全口利用蓋板段進(jìn)行設(shè)置。

3.4 綜合管溝結(jié)構(gòu)形式

干線(xiàn)管溝與道路和軌道交叉時(shí)，為保證車(chē)輛和堆場(chǎng)裝卸設(shè)備的正常通行，管溝采用箱涵形式布置在道路和軌道基礎(chǔ)下方。另外管溝位于箱區(qū)端部安全區(qū)域、綠化帶內(nèi)等范圍時(shí)，不需要考慮車(chē)輛通行要求，可采用蓋板形式，蓋板頂高程應(yīng)高于周邊鋪面或綠化帶高程，防止地表水進(jìn)入管溝。支線(xiàn)管溝位于箱區(qū)側(cè)邊安全區(qū)域，不需要考慮車(chē)輛通行要求，采用蓋板形式。

以南方某集裝箱碼頭為例，堆場(chǎng)內(nèi)縱向干線(xiàn)管溝在道路和軌道附近區(qū)域采用箱涵結(jié)構(gòu)并布置在道路下方，在箱區(qū)端部安全區(qū)域內(nèi)采用蓋板形式并高于鋪面0.32 m，蓋板段間距約48.00 m[5]，滿(mǎn)足安全口的布置要求，見(jiàn)圖4。

圖4 堆場(chǎng)內(nèi)縱向干線(xiàn)管溝沿程不同管溝形式布置(單位：m)

4 結(jié)語(yǔ)

1)港口綜合管溝包括干線(xiàn)管溝、支線(xiàn)管溝和管溝節(jié)點(diǎn)。干線(xiàn)管溝包括垂直岸線(xiàn)的縱向干線(xiàn)管溝和平行岸線(xiàn)的橫向干線(xiàn)管溝，其中縱向干線(xiàn)管溝布置在箱區(qū)端部安全區(qū)域或箱區(qū)之間，具體根據(jù)堆場(chǎng)布置形式確定；橫向干線(xiàn)管溝布置在碼頭前沿胸墻內(nèi)和堆場(chǎng)后方安全區(qū)域；支線(xiàn)管溝布置在箱區(qū)側(cè)邊安全區(qū)域；管溝節(jié)點(diǎn)包括管線(xiàn)分支口和安全口，其中安全口的布置結(jié)合綜合管溝形式和長(zhǎng)度確定。

2)港口綜合管溝能夠提高土地集約化利用水平，降低管理難度和維護(hù)成本，可供類(lèi)似工程參考。