阿布扎比哈里發(fā)港集裝箱碼頭二期項(xiàng)目平面工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)

唐 洲，葛 斌，張 超

(1中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，上海 200032；2中遠(yuǎn)海運(yùn)港口有限公司，上海 200135)

1 工程概況

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(jìn)入印度洋的海上交通要沖，在區(qū)位上有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。

阿布扎比哈里發(fā)港集裝箱碼頭二期項(xiàng)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(jī)械、信息科技為基礎(chǔ)，將項(xiàng)目打造為更加高效、節(jié)能、安全、綠色的自動(dòng)化集裝箱港區(qū)。

項(xiàng)目年設(shè)計(jì)吞吐量為250萬TEU，碼頭岸線長1 200 m，碼頭需滿足3E級(jí)集裝箱船靠泊要求，配套陸域面積69.8萬m2。

項(xiàng)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(shí)滾裝碼頭，后方46.5萬m2場地為臨時(shí)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。

2 自然條件特點(diǎn)

阿布扎比氣候?yàn)榈湫偷纳衬畾夂颍?—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(dāng)?shù)爻ｏL(fēng)向和強(qiáng)風(fēng)向均為偏西北向，月平均風(fēng)速最大5.66 ms，西北西向50 a一遇極端風(fēng)速為22.8 ms。

工程海域潮汐性質(zhì)為不規(guī)則半日潮，一個(gè)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(xì)晶巖。工程區(qū)地震基本加速度值為0.15g。

3 港區(qū)條件

3.1 港區(qū)規(guī)劃

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(jì)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(xiàng)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 港區(qū)集疏運(yùn)條件

3.2.1公路

阿聯(lián)酋公路網(wǎng)發(fā)達(dá)，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(dá)港口，而進(jìn)口貨物可以通過公路送達(dá)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(jì)，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(xiàng)目以貨運(yùn)為主，連接阿聯(lián)酋各酋長國和海灣六國。哈里發(fā)港項(xiàng)目規(guī)劃時(shí)預(yù)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(dá)港口或從港口出發(fā)到達(dá)腹地。

3.2.3水路

由于阿聯(lián)酋在國際航運(yùn)中的戰(zhàn)略位置，使其成為水運(yùn)中轉(zhuǎn)的樞紐港，集裝箱可以在哈里發(fā)港進(jìn)行水水中轉(zhuǎn)。

4 自動(dòng)化模式確定

集裝箱碼頭自動(dòng)化作業(yè)是當(dāng)前全球發(fā)展趨勢，世界已建、在建的40多個(gè)自動(dòng)化集裝碼頭可總結(jié)為“十大布局模式”[1]。根據(jù)項(xiàng)目多泊位、陸域縱深小、作業(yè)強(qiáng)度大、中轉(zhuǎn)比例高等特點(diǎn)(表1)，詳細(xì)比選堆場垂直碼頭布置的自動(dòng)化碼頭(ARMG+AGV)與堆場平行碼頭布置的自動(dòng)化碼頭(ARMG+集卡)兩個(gè)模式。

自動(dòng)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(shí)現(xiàn)全自動(dòng)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(duì)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(gè)堆場每個(gè)貝位均可與海側(cè)進(jìn)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(yùn)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(dòng)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(dòng)化碼頭(ARMG+集卡)模式[2]。

表1 方案對(duì)比

5 總平面布置

項(xiàng)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(kuò)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(jì)的重點(diǎn)。

5.1 碼頭前沿作業(yè)地帶布置

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(diǎn)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]。

5.2 輔助區(qū)布置

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?cái)U(kuò)大自動(dòng)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(diǎn)，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(cuò)布置加油站、進(jìn)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(jī)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

5.3 自動(dòng)化主堆場布置

根據(jù)業(yè)主對(duì)港區(qū)運(yùn)營的要求和市場競爭因素，結(jié)合本項(xiàng)目建設(shè)條件、國際自動(dòng)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(jìn)有效、工程投資效益最優(yōu)，對(duì)本集裝箱港區(qū)進(jìn)行兩種模式3種方案進(jìn)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(dòng)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(duì)比

主體自動(dòng)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(xiǎn)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(dòng)化主堆場布置見圖4。

圖4 推薦方案主堆場布置

5.4 進(jìn)出港閘口布置

根據(jù)哈里發(fā)港疏港路單向環(huán)形交通組織特點(diǎn)，閘口采用了“西進(jìn)東出”的布置方案，港外集卡自西側(cè)進(jìn)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(jìn)行分流，避免了對(duì)港內(nèi)集卡交通的沖擊和局部的交通擁堵，達(dá)到內(nèi)卡交通優(yōu)先的設(shè)計(jì)原則。另外，集卡在箱區(qū)內(nèi)作業(yè)時(shí)，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(dòng)化模式的單懸臂ARMG+集卡方案。岸橋?yàn)閱涡≤嚢稑?，軌距?5 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(dòng)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(tái)單懸臂ARMG。裝卸工藝方案重點(diǎn)考慮以下4個(gè)方面內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)。

6.1 空箱自動(dòng)化作業(yè)

本工程短期空箱堆場設(shè)置于自動(dòng)化堆場內(nèi)，共8條作業(yè)線，每條作業(yè)線配置1臺(tái)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)?？障洳捎肁RMG進(jìn)行自動(dòng)化作業(yè)，在保證裝卸效率的同時(shí)，有效減少了傳統(tǒng)空箱堆高機(jī)作業(yè)模式的司機(jī)數(shù)量和內(nèi)燃機(jī)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)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(dòng)化空箱堆場工藝斷面(單位：mm)

6.2 按全自動(dòng)化作業(yè)模式統(tǒng)一規(guī)劃

港區(qū)布置按水平運(yùn)輸自動(dòng)化統(tǒng)籌規(guī)劃，分步實(shí)施。由于水平運(yùn)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(yùn)輸車輛還難以達(dá)到自動(dòng)化程度。因此，現(xiàn)階段港內(nèi)水平運(yùn)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(dòng)和非自動(dòng)混合水平運(yùn)輸成為可能。L4級(jí)(高度自動(dòng)化)無人駕駛集卡投入使用時(shí)，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(jí)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(jì)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(jìn)行物理隔離，保證港內(nèi)水平運(yùn)輸順暢高效。L5級(jí)(完全自動(dòng)化)無人駕駛集卡投入使用時(shí)，再將堆場恢復(fù)至現(xiàn)階段布置形式[5]，該級(jí)別是真正意義上的可以在每個(gè)駕駛場景中可以與人類駕駛相當(dāng)?shù)模耆灾黢{駛系統(tǒng)。

6.3 危險(xiǎn)品箱分散布置

危險(xiǎn)品集裝箱布置在兩兩相對(duì)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(xiǎn)品集裝箱分散布置在不同作業(yè)線，同時(shí)可用于危險(xiǎn)品箱的ARMG數(shù)量達(dá)4臺(tái)，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(chǔ)協(xié)同設(shè)計(jì)

ARMG軌道總長約18 km，其結(jié)構(gòu)方案對(duì)工程投資及工期影響重大。

ARMG基礎(chǔ)設(shè)計(jì)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(jì)選用“一剛一柔”支腿ARMG，軌道沉降控制可按II級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，即相對(duì)應(yīng)的兩軌道測點(diǎn)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(jì)算，場地總沉降可控，差異沉降滿足ARMG運(yùn)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(jià)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)

7 結(jié)語

1)本工程選用“單小車岸橋+ARMG+集卡”平行碼頭布置的自動(dòng)化集裝箱港區(qū)布置模式，目前可實(shí)現(xiàn)堆場自動(dòng)化，未來可無縫實(shí)現(xiàn)港區(qū)全自動(dòng)化。

2)自動(dòng)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(dá)276萬TEU，留有未來發(fā)展余地；自動(dòng)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(xiàng)目采用的自動(dòng)化集裝箱技術(shù)可靠先進(jìn)、可拓展性強(qiáng)，建設(shè)周期短，工程投資低，可為其他同類項(xiàng)目技術(shù)方案確定提供借鑒。