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、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)?、給排水等各種管線集于一體，設(shè)有專門(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及以上港口工程管線的構(gòu)筑物及附屬設(shè)施。港口綜合管溝將港區(qū)內(nèi)主要管線統(tǒng)一布置在管溝內(nèi)，可大幅節(jié)約管線占用的土地，同時(shí)避免了管線維修和擴(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 管線不同布置形式的占地寬度對(duì)比(單位：m)

由于管線不接觸土壤和地下水，也避免了土壤對(duì)管線的腐蝕，延長(zhǎng)了管線的使用壽命；另外綜合管溝內(nèi)管線布置實(shí)現(xiàn)了可視化，通過(guò)管線的遠(yuǎn)程監(jiān)控可快速發(fā)現(xiàn)和定位問(wèn)題管線的精確位置，減少管線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、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、消防管道均沿岸線進(jìn)行布置。另外通信電纜和消防管道通常需要滿足環(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；另一方面，由于管材的老化或損壞，經(jīng)常需要對(duì)管線尤其是對(duì)給水、消防管線進(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)管線布置需要考慮提高運(yùn)營(yíng)期管線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主要根據(jù)管線的數(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。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)管線布置的集中程度和管線種類確定。港口綜合管溝可分為容納多個(gè)種類且管線數(shù)量較多的干線管溝、容納多個(gè)種類但管線數(shù)量較少的支線管溝，以及供管線進(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^大且靠近主要管線分布的位置，適宜布置干線管溝；箱區(qū)側(cè)邊安全區(qū)域?qū)挾容^小且管線數(shù)量較少，適宜布置支線管溝。

4)管溝節(jié)點(diǎn)的布置主要根據(jù)管線分支的位置、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 干線和支線管溝布置

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

自動(dòng)化集裝箱碼頭管線中電力電纜數(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)，因此縱向干線管溝宜靠近變電所附近布置。堆場(chǎng)平行岸線布置時(shí)，縱向干線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。碼頭前沿干線管溝布置在碼頭胸墻內(nèi)。堆場(chǎng)平行岸線布置時(shí)，堆場(chǎng)后方干線管溝布置在箱區(qū)側(cè)邊安全區(qū)域；堆場(chǎng)垂直岸線布置時(shí)，堆場(chǎng)后方干線管溝布置在箱區(qū)端部安全區(qū)域。支線管溝布置在箱區(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條縱向干線管溝，寬度2.6 m；碼頭前沿橫向干線管溝布置在胸墻內(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條干線管溝，寬度2.6 m。支線管溝布置在箱區(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，因此支線管溝間隔4個(gè)箱區(qū)布置。通過(guò)設(shè)置干線管溝和支線管溝，港區(qū)內(nèi)管線入溝率達(dá)到60%以上。該碼頭干線和支線管溝布置見(jiàn)圖3。

圖3 南方某集裝箱碼頭干線和支線管溝布置(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管溝與干線管溝連接處設(shè)置管線分支口滿足管線轉(zhuǎn)角和進(jìn)出需求。同時(shí)干線管溝內(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

干線管溝與道路和軌道交叉時(shí)，為保證車輛和堆場(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。支線管溝位于箱區(qū)側(cè)邊安全區(qū)域，不需要考慮車輛通行要求，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]，滿足安全口的布置要求，見(jiàn)圖4。

圖4 堆場(chǎng)內(nèi)縱向干線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管溝、支線管溝和管溝節(jié)點(diǎn)。干線管溝包括垂直岸線的縱向干線管溝和平行岸線的橫向干線管溝，其中縱向干線管溝布置在箱區(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，可供類似工程參考。