淺析大港油田人工島結(jié)構(gòu)

【摘要】大港油田已建人工島有埕海1-1人工島和埕海2-2人工島，根據(jù)人工島的功能需求和安全穩(wěn)定性要求，分析了人工島的圍埝結(jié)構(gòu)、船舶應(yīng)急停靠點結(jié)構(gòu)、消防取水結(jié)構(gòu)以及管線上岸結(jié)構(gòu)等，滿足了灘海油氣高效開發(fā)需求。為今后灘海其他開發(fā)區(qū)塊類似海工構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了借鑒和參考。

【關(guān)鍵詞】灘海；人工島；結(jié)構(gòu)

1.概述

我國渤海灣淺海區(qū)域蘊藏著豐富的石油天然氣資源，大港油田灘海油氣田開發(fā)采用修建進(jìn)海路和人工島的方式[1]。目前，大港灘海已建人工島有兩座，埕海1-1人工島和埕海2-2人工島。埕海1-1人工島位于河北省黃驊市季家堡村東約5.5km處的灘海區(qū)，海圖水深0.5m，通過5.4km進(jìn)海路與陸地相連，進(jìn)海路總體垂直海岸線東偏北方向，人工島的實用面積為140m×140m[2-3]。埕海2-2人工島位于河北省黃驊市張巨河村東附近海域，海圖水深約0.9m，通過新建4.2km進(jìn)海海與陸地相連。進(jìn)海路總體垂直海岸線東偏北5°，人工島的實用面積為110m×140m[4]。

大港灘海油田海底坡度平緩；水淺，潮差大，風(fēng)暴潮頻繁，無全天通行航道；海床表層為厚3～4m蠕動流塑性淤泥，承載力低[5-6]，穩(wěn)定性差，回淤嚴(yán)重；冬季氣溫低，有浮冰和冰壩，冰情嚴(yán)重；海灘魚、蝦池密布，魚網(wǎng)縱橫交叉，對海上交通造成嚴(yán)重影響。

2.埕海1-1人工島結(jié)構(gòu)分析

埕海1-1人工島中間的陸域通過四周圍埝合攏，拋填中粗砂，填土壓實并回填碎石形成，設(shè)計島面高程+4m；井場擋浪墻外側(cè)設(shè)有6.3m寬的環(huán)形通道，與進(jìn)海路連接。人工島四側(cè)圍埝結(jié)構(gòu)型式為：東側(cè)和北側(cè)圍埝采用樁基承臺拋石斜坡堤組合結(jié)構(gòu)，南側(cè)圍埝采用箱筒型基礎(chǔ)圍埝結(jié)構(gòu)兼做船舶應(yīng)急?？奎c，西側(cè)圍埝采用拋石斜坡堤人工護(hù)面塊體結(jié)構(gòu)。

2.1人工島圍埝結(jié)構(gòu)

西側(cè)基本不受波浪作用，圍埝采用傳統(tǒng)的拋石斜坡堤人工護(hù)面塊體結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)由砂墊層、塑料排水板、堤心石、外側(cè)護(hù)底石、墊層塊石、人工護(hù)面塊體、內(nèi)側(cè)混合倒濾層、袋裝壓載土、混凝土路緣塊體、漿砌塊石胸墻、路面結(jié)構(gòu)（作為上碼頭車輛的通道）組成。擋浪墻高程+5.5m。

東側(cè)和北側(cè)為強浪向，擋浪墻會承受較大的波浪荷載，為保持擋浪墻的穩(wěn)定性，現(xiàn)澆擋浪墻用樁基承臺支撐，故采用樁基拋石斜坡堤組合結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)由砂墊層、塑料排水板、堤心石、外側(cè)護(hù)底石、墊層塊石、人工護(hù)面塊體、內(nèi)側(cè)混合倒濾層、灌注樁臺、擋浪墻組成。擋浪墻高程+9m。

2.2南側(cè)箱筒型基礎(chǔ)圍埝結(jié)構(gòu)兼做船舶應(yīng)急停靠點

人工島南側(cè)圍埝采用箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，共8組，鋼箱筒基礎(chǔ)長22.8m、寬22.8m。南側(cè)圍埝長163.5m，船舶停靠點面層頂高程+3.5m，頂面18.2m寬的面層，前沿海底泥面高程為-2.8m，后側(cè)擋浪墻頂高程+6.5m。結(jié)構(gòu)斷面為處理的地基基礎(chǔ)、箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、護(hù)底軟體排土工結(jié)構(gòu)、H型混凝土空心方塊、混凝土蓋板、面層、附屬設(shè)施、回填塊石、拋石棱體、混合倒濾層、擋浪墻（如圖1所示）。

2.3東側(cè)防波堤上部圓筒兼做消防貯水罐

為了對南側(cè)的船舶臨時?？奎c形成掩護(hù)，防止E、NE強浪對其直接作用，在東側(cè)建造了防波堤。防波堤結(jié)構(gòu)的鋼箱筒基礎(chǔ)部分與南側(cè)圍埝結(jié)構(gòu)的箱筒型基礎(chǔ)部分相同，結(jié)構(gòu)組成包括處理的地基基礎(chǔ)、箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、護(hù)底塊石、上部的現(xiàn)澆混凝土圓筒。防波堤長47.4m，上部砼大圓筒頂高程+5.6m。采用了2組鋼箱筒基礎(chǔ)。

箱筒型基礎(chǔ)蓋板上現(xiàn)澆混凝土大圓筒兼做消防儲水罐，每塊蓋板上有兩個混凝土圓筒，共四個圓筒，南北方向依次布置。每個大圓筒外徑10.5m，內(nèi)徑9.90m，高7.90m。每組箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上的兩個圓筒接近底部處分別由兩根鋼管連通，中間的兩個圓筒不連接。中間的兩個圓筒底部設(shè)置吸水坑，頂部安裝消防泵。建好的工程結(jié)構(gòu)如圖2示。

2.4管線上岸結(jié)構(gòu)

人工島南側(cè)圍埝西端為箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上的大型混凝土空心方塊的直立岸壁，承載力較高，后期的沉降變形很小，適宜于管線直立上島，便于海底管道敷設(shè)。因此管線上島充分利用了南側(cè)圍埝的西端直立岸壁結(jié)構(gòu)。箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)沉降均勻穩(wěn)定，且南側(cè)圍埝的西端是直立岸壁結(jié)構(gòu)的特點，采用懸掛式海底油管上島方式；在南側(cè)圍埝直立岸壁結(jié)構(gòu)西端的空心方塊箱壁上安裝預(yù)制好的鋼筋混凝土懸吊板，并在澆注懸吊板時預(yù)埋鋼板和螺栓來實現(xiàn)固定管線；空心方塊長22米，高5.5米，頂部為1米厚混凝土面層，在空心方塊頂部鋪設(shè)管溝，管溝穿南側(cè)擋浪墻進(jìn)入井場內(nèi)。施工簡單，結(jié)構(gòu)安全可靠。

3.埕海2-2人工島結(jié)構(gòu)分析

埕海2-2人工島中間的陸域通過四周圍埝合攏，井場內(nèi)回填分兩層。島內(nèi)回填中粗砂和土，場地頂面鋪設(shè)級配碎石至標(biāo)高+4.5m。人工島四側(cè)圍埝結(jié)構(gòu)型式均為拋石斜坡堤結(jié)構(gòu)，東側(cè)和北側(cè)擋浪墻高程為+7m，南側(cè)擋浪墻高程為+6.0m，西側(cè)擋浪墻高程為+5.5m，在人工島西南角建造一船舶臨時停靠點，南北長46.3m，東西寬22.8m，頂面高程+3.5m。

3.1人工島圍埝結(jié)構(gòu)

埕海2-2人工島四側(cè)圍埝結(jié)構(gòu)都采用了拋石斜坡堤結(jié)構(gòu)，擋浪墻采用了允許少量越浪方案，將擋浪墻后8m范圍設(shè)定為濺浪區(qū)，面層呈斜坡，用混凝土板防護(hù)，并設(shè)置排水溝，圍埝頂面包括堤肩、擋浪墻、排水溝帶和混凝土面板斜坡帶。擋浪墻后8m范圍設(shè)定為濺浪區(qū)，面層呈斜坡，用混凝土板防護(hù)，并設(shè)置排水溝。

由于東側(cè)和北側(cè)為強浪向，堤身和上部的擋浪墻會承受較大的波浪荷載，為保持堤身和擋浪墻的穩(wěn)定性，人工護(hù)面塊體和擋浪墻的尺度均較大。北側(cè)和東側(cè)圍埝堤上的擋浪墻底寬5.0m，頂標(biāo)高為+7.0m，堤心石為10～100kg的塊石，人工護(hù)面塊體為一層3噸重的扭王字塊體；南側(cè)擋浪墻底寬3.5m，頂標(biāo)高為+6.0m，堤心石為10～100kg的塊石，人工護(hù)面塊體為一層1.5噸重的扭王字塊體；西側(cè)擋浪墻底寬1.5m，頂標(biāo)高為+5.5m，拋石堤的堤心石為10～100kg的塊石，人工護(hù)面塊體采用1噸重的四腳空心方塊。

人工島西南角建造一小型應(yīng)急船舶停靠點，該場所南北長46.3m，東西寬22.8m，頂面高程+3.5m，采用箱筒型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和空心方塊結(jié)構(gòu)建造，在其西北側(cè)墻上預(yù)埋管線上岸構(gòu)件，南側(cè)和西南側(cè)墻供船舶停靠，設(shè)置管線上岸結(jié)構(gòu)，具體與埕海1-1人工島相應(yīng)結(jié)構(gòu)一致。

3.2新型消防取水結(jié)構(gòu)

利用埕海2-2人工島的拋石體圍埝結(jié)構(gòu)，設(shè)計出一種新型消防取水結(jié)構(gòu)，包括集水井和集水箱涵。利用圍埝毛石縫隙中的海水通過集水箱涵流入集水井中，集水井上部安裝消防水泵及閥門結(jié)構(gòu)，達(dá)到消防用水需要。同時，消防系統(tǒng)位于南側(cè)擋浪墻內(nèi)側(cè)的肩臺上，不占用島內(nèi)使用面積，施工簡便、快速。

埕海2-2人工島南側(cè)圍埝堤擋浪墻內(nèi)側(cè)布置了兩套消防取水結(jié)構(gòu)。每套結(jié)構(gòu)總長34.0m，兩結(jié)構(gòu)中心相距57.5m，結(jié)構(gòu)端頭相距23.5m。集水井結(jié)構(gòu)為一預(yù)制混凝土箱體，外邊長4.0m，壁厚0.40m；在底板上1.0m高度的四面?zhèn)缺谏显O(shè)有透水孔，透水孔寬0.2m，中心間距0.6m。沿圍埝堤擋浪墻軸線方向，在集水井結(jié)構(gòu)的兩側(cè)各布置15.0m長的集水箱涵結(jié)構(gòu)，兩側(cè)側(cè)壁和頂板上設(shè)有直徑0.2m的透水孔。

4.結(jié)論

本文對埕海1-1人工島和2-2人工島的圍埝結(jié)構(gòu)和新型消防儲水結(jié)構(gòu)、管線上岸結(jié)構(gòu)以及船舶臨時停靠結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)分析，工程結(jié)構(gòu)安全可靠，施工方便，節(jié)約投資和工期，符合安全環(huán)保的要求，滿足油氣開發(fā)需要。同時這些創(chuàng)新海工結(jié)構(gòu)值得以后類似人工島工程建設(shè)參考和借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]孟昭瑛，楊樹耕，任貴永，等.淺海人工島整體結(jié)構(gòu)分析[J].中國海洋平臺，1994，9（Z1）：268-271.

[2]王光奇，李健，邵文靜，等.埕海一號人工島防波堤結(jié)構(gòu)兼做消防儲水罐應(yīng)用分析[C]，渤海灣淺海油氣田開發(fā)工程技術(shù)論文集.麗江：石油工業(yè)出版社，2008：323-328.

[3]謝燕春，曲昌萍，楊振良，邵文靜，董月洲.埕海一號人工島工程設(shè)計優(yōu)化分析[C]，渤海灣淺海油氣田開發(fā)工程技術(shù)論文集.麗江：石油工業(yè)出版社，2008：338-344.

[4]楊振良，崔悅.埕海2-2人工島消防取水結(jié)構(gòu)優(yōu)化及應(yīng)用[C]，海洋石油工程技術(shù)論文集.珠海：中國石化出版社，2011：151-154.

[5]李健，曲昌萍，別社安.灘海人工島新型儲水結(jié)構(gòu)研究[J].化工管理，2014，9（26）：113-114.

[6]紀(jì)作民，龐玉寶，張寶增，等.中國淺海石油開發(fā)人工島設(shè)計與建造[J].中國海洋平臺，1996，11（6）：272-275.

作者簡介

邵文靜，女，1984年6月出生，2006年中國石油大學(xué)（華東）海洋工程專業(yè)畢業(yè)，工程師。