滨州港海港港区5万吨级航道工程——工程分析

土木狗看这世界 2024-11-02 12:58:37
现有工程概况

滨州港海港港区现有3万吨级航道起于滨州港3万吨级散杂货码头工程港池东北侧,整体呈 SW-NE 方向,止于自然水深-10m 处,航道总长 17.5km,航道有效宽度 130m,底高程-10.4m(当地理论最低潮面),乘潮水位 2.78m。用海总面积 425.7081hm 2 ,总投资 102882.57 万元。根据淤积情况开展了维护性疏浚,疏浚土主要吹填至港区码头后方堆场及陆域指定纳泥区。

建设项目概况

项目概况

(1)项目名称:滨州港海港港区 5 万吨级航道工程。

(2)项目性质:改、扩建项目。

(3)建设单位:山东滨港管理运营有限公司。

(4)地理位置

本工程位于滨州港海港港区水域港界范围内,滨州市北侧海域,东营市西北侧海域。航道轴线方位为 244°30′00″~64°30′00″,向港内延伸部分航道轴线与规划码头平行,方位为 216°13′02″~ 36°13′02″。工程地理位置见图

(5)工程规模

本工程是在现有 3 万吨级航道基础上进行双侧加宽,航道轴线方位、位置均与 3 万吨级航道一致,方位为 244°30′00″~64°30′00″,向港内延伸部分航道轴线与规划码头平行,方位为 216°13′02″~36°13′02″。航道起点里程 0k+000 位于滨州港海港港区通用及多用途作业区(一)1#、2#泊位工程港池外侧,终点里程36k+500m 位于外海天然水深-12.5m 处。航道通航标准与航道尺度分两段设计,航道里程 0k+000m~7k+000m 段按照 5 万吨级油船乘潮单线通航的标准设计,航道通航宽度 200m,7k+000m~36k+500m 段按照 5 万总吨 LPG 船舶(具体数据以确定来港的实船尺寸为准)乘潮单线通航的标准设计,航道通航宽度 220m,航道设计底标高全程为-12.5m,乘潮水位为 2.72m(乘潮 4h,保证率 90%),航道长度为36.5km。航道面积约730hm 2 ,实际疏浚面积993hm 2 ,总疏浚量为5039.90万方,工程工期 24 个月。

本项目为航道工程,建成后供船只航行,根据《国土空间调查、规划、用途管制用地用海分类指南项目》,用海类型一级类为交通运输用海,二级类为航运用海。

工程总投资 300564.48 万元,环保投资约 3288.1249 万元,占工程总投资的1.09%。

主体工程

通航标准

(1)通航时间

根据《海港总体设计规范》有关规定,本工程船舶乘潮时间按照下式计算:

t s =K t (t 1 +t 2 +t 3 )

其中:

t s —每潮次船舶乘潮进出港所需的持续时间(h);

K t —时间富裕系数,取 1.1~1.3;

t 1 —每潮次船舶通过航道的持续时间(h),其中包括船舶间追踪航行的间隔

时间,在大型船舶航行密度较小的情况下,暂不考虑;

t 2 +t 3 —艘船舶在港内转头及靠泊码头所需的时间(h);

a.航道里程 22+000~36+500

此段船舶全速航行,平均航速按 10kn 设计,航时 t s ’=14500/1850/10=0.78h。

b.航道里程 12+000~22+000

此段船舶适当减速,但仍需保持一定速度,保证冲过防沙堤口门段,平均航

速按 8kn 考虑,航时 t s ’’=10000/1850/8=0.68h;

c.航道里程 0+000~12+000

此段船舶已进入港内有掩护区域,减速,准备进入港池水域,平均航速按6kn 考虑,在航道中航时 t s ’’’=12000/1850/6=1.08h;

d.船舶在港内转头及靠泊码头所用的时间 t2+t3 约为 1h;

t s =1.1×(t s ’’’+t s ’’+t s ’+t 2 +t 3 )=3.6h,取为 4h,即 5 万吨级散货船进港乘潮历时 4h。

(2)通航水位

根据水文分析计算,航道乘潮水位取延时 4 小时,保证率 90%的值为 2.72m。

航道主尺度

(1)航道轴线

本项目在 3 万吨级航道基础上双侧加宽,在现有 3 万吨级航道扩建部分,航道轴线方位、位置均不变,方位仍为 244°30′00″~64°30′00″,向港内延伸部分航道轴线与规划码头平行,方位为 216°13′02″~36°13′02″。

(2)航道设计水深

根据《海港总体设计规范》(JTS165-2013)有关规定,本工程航道设计底标高按照下式计算:

D=T+Z0+ Z1+ Z2+ Z3+ Z4 式中:

T —设计船型满载吃水,按设计船型取值;

Z0

—船舶航行时船体下沉值,根据船舶航速、吨级取值;

Z1

—航行时龙骨下最小富裕深度;

Z2

—波浪富裕深度;

Z3

—船舶装载纵倾富裕深度;

Z4

—备淤富裕深度。

经计算后,航道设计底标高取为-12.5m(滨州港理论最低潮面),可以满足5 万吨级油船及液体散货区 8#、9#泊位工程设计船型满载乘潮航行的需要。

(3)航道通航宽度

根据《海港总体设计规范》本工程航道通航宽度按照下式计算:

单线航道:W=A+2c A=n(Lsinγ+B)

式中:

W—航道通航宽度;

A—航迹带宽度;

n—船舶漂移倍数;

γ—风、流压偏角;

b—船舶间富裕宽度,取设计船宽;

c—船舶与航道底边间的富裕宽度,按船舶航速取值;

L—设计船长;

B—设计船宽。

注:括号内数值为航速≤6kn 时计算数据。

本工程航道通航标准与航道尺度分两段设计,由于 5 万总吨 LPG 泊位,即液体散货区 8#、9#泊位工程位于航道里程 7+000 附近,因此航道里程 0+000~7+000 段按照 5 万吨级油船乘潮单线通航的标准设计,航道通航宽度 200m,7+000~36+500 段按照 5 万总吨 LPG 船舶乘潮单线通航的标准设计,航道通航宽度 220m。

(4)航道转弯段尺度

本工程主航道有一个转弯点,根据交通部《海港总平面设计规范》的有关规定,航道转弯半径 R 和加宽方式应根据转向角Φ的大小和设计船长 L 确定。

当转向角Φ>30°时,航道转弯半径 R=(5~10)L,可采用折线切割法进行加宽;当 10<Φ≤30°,R=(3~5)L,宜采用切角法进行加宽。

转角处采用切角加宽法,转弯半径为 1150m,为 5 倍的设计船长,满足船舶航行要求。

(5)航道边坡

根据航道区域地质勘察资料及已实施的 3 万吨级航道情况,本海域-11.0m 以上各土层指标较差,现有航道边坡在 1:6~1:8 左右,因此现阶段航道边坡取为 1:7。

(6)超深及超宽

根据施工所采取的挖泥船型号,0+000~10+000 段航道采用 4500m 3 /h 等级绞吸式挖泥船进行疏浚,超深按 0.4m,超宽按 4m 计量;航道 10+000~36+500 段采用 10000m 3 等级自航耙吸式挖泥船进行疏浚,规范中建议的超深按 0.55m,超宽按 6m 计量,但由于近年来我国疏浚和测量技术的高速发展,DGPS 和测量数字化,计算机、传感器及各种软件大量开发应用于疏浚工程,疏浚施工精度,特别是耙吸船的施工精度明显提高,经咨询专业的疏浚施工单位后,本次设计将该段航道的超深按 0.5m,超宽按 5m 计量。

航道通过能力

根据《海港工程设计手册》(第二版)“第二篇,第三章,第一节”的有关内容,航道通过能力通常以平均一年内通过航道的货物吞吐量或船舶艘次来衡量。

航道通过能力应综合考虑设计水平年的交通流情况、自然条件、通航条件和运营管理水平等因素后确定。目前航道通过能力尚无统一的、权威的计算方法,主要有经验公式估算法和计算机仿真模拟等方法。本工程参考我公司在天津港航道设计中提出的经验公式计算航道通过能力,如下式所示:

式中:M 1 —单线航道年通过能力(艘);

V—船舶在航道航行的平均速度(m/h),一般取 6~12kn;

n—单线航道每天平均安排船队进出港的次数的总和;

L CH —船舶在航道中航行的平均里程(m);

T y —航道年工作天数(d);

D—平均每艘船航行占用航道的长度(m),可取为 7 倍平均船长;

ρ—航道利用率或饱和度,一般应≤0.6;

t—航道日通航时间(h)。

经计算,本工程航道通过能力为船舶通航 18322 艘次。

根据海港港区 2025~2030 年吞吐量预测结果,分析海港港区航道船舶通航密度,2025~2030 年预测进(或出)港船数 3112~3595 艘次,日航行密度 9.36~10.7 艘次/日(进或出港)。本航道的通过能力完全可以满足船舶的通航要求。

平面布置

(1)航道平面布置原则

1)应使得其轴线方向与大潮的潮流运动主向交角尽可能小,以降低堤头挑流效应,减小口门航道横流。

2)符合港口总体布局规划要求,预留港口发展的可能性。根据港口建设现状和发展情况,合理确定航道的建设规模,在满足港口发展要求的同时合理控制资金投入。

3)航道的选线应结合港区自然条件、港口现状及规划确定。减少淤积、利于操船;应充分利用天然深槽的水深条件,以减少工程量为原则;另外,还应考虑土质的可挖性,避免开挖硬土层,以降低工程造价。

4)在保证船舶航行安全的前提下,结合当地波浪、潮流、风、泥沙等自然条件,最大限度地与之相适应。同时,考虑导助航标志的设置和施工条件等因素综合确定航道方案。

5)航道选线还应与周围已有设施相协调,保证船舶航行安全,便于船舶操纵,尽量依托现有导助航设施,节省投资。

6)尽量减小工程对水域生态环境、自然环境的影响。

7)用疏浚土吹填造陆,对有限资源进行循环利用。

(2)航道平面布置方案

工程位于山东省滨州市北部,滨州港海港港区,本工程是在现有 3 万吨级航道基础上进行双侧加宽,航道轴线方位、位置均与 3 万吨级航道一致,方位为244°30′00″~64°30′00″,向港内延伸部分航道轴线与规划码头平行,方位为216°13′02″~36°13′02″,航道起点位于滨州港海港港区通用及多用途作业区(一)1#、2#泊位工程港池外侧,终点位于外海天然水深-12.5m 处。按航道通航标准与航道尺度分两段设计,航道里程 0k+000m~7k+000m 段按照 5 万吨级油船乘潮单线通航的标准设计,航道通航宽度 200m,7k+000m~36k+500m 段按照 5 万总吨 LPG 船舶(具体数据以确定来港的实船尺寸为准)乘潮单线通航的标准设计,航道通航宽度 220m,航道设计底标高全程为-12.5m,长度为 36.5km。

辅助工程

(1)导助航设施

1)现状

滨州港海港港区为新开港区,目前现有浮标 33 座。

2)导标

由于导标建设地点现为海域,建设难度较大,工程投资也会较高,且现航道规模为 5 万吨级,后续航道将会扩建至 10 万吨级,因此本次设计导标暂不建设,在后续工程中建设。

3)航标

为确保船舶安全进出港,本工程设置了导助航系统,为助航浮标。其中新设置浮标 24 座,另需备用浮标 12 座,布置在航道两侧,并将航道两侧现有浮标26 座移位。浮标间距约 1500m。航道水域冬季受流冰影响,为保证船舶航行安全,在冬季结冰期前应将助航标志全部更换为冰标。

(2)船舶交管系统

滨州港水上安全监督由济南海事局滨州海事处管理。滨州港现有海事监管共设有 3 个监管点,分别是东风港办事处、大口河办事处、裕泰港办事处。

为满足海港港区安全管理要求,规划在海港港区配备 1 个监管点,以实现对辖区全方位监管。同时,加强助航安全设施及航道标志标牌的配布,为船舶提供安全航行信息。

依托工程

(1)滨州港海港港区 5 万吨级航道防波挡砂堤工程

滨州港海港港区已经根据《滨州港总体规划》(2012 年)形成合抱格局,形成半封闭的港池,奠定了港区的发展空间。已建防波堤满足 3 万吨航道的防波挡沙。目前山东滨港管理运营有限公司正在建设滨州港海港港区 5 万吨级航道防波挡砂堤工程,该工程是海港港区防波堤工程的延伸工程,也是建设实施 5 万吨级航道工程的重要保障工程。

5 万吨级航道防波挡砂堤工程已经取得海域使用权证书,并于 2021 年 9 月 7日取得滨州市行政审批服务局关于该工程环境影响报告书的核准意见,目前正在实施建设,本工程在 5 万吨级航道防波挡砂堤工程建成后开始建设。

防波挡砂堤布置在航道两侧,由已有防波堤堤头向外延伸,两堤之间的距离逐渐减小,至-8.0m(滨州港理论最低潮面)水深处时距离为 1000m,南、北两堤轴线方位分别为 240°55′23″~60°55′23″及 246°03′24″~66°03′24″,单侧长度为5800m,两堤共 11600m,其后防波挡砂堤平行于航道布置,两堤之间的距离为1000m,南、北两堤轴线方位均为 244°30′~64°30′,堤头向外延伸至天然水深-8.7m 处,单侧长度为 3000m,两堤共 6000m,两堤堤高均为 6m,堤顶高程随水下地形变化而变化,南、北堤均由与已有防波堤相接处的-1.0m,至水深-8.0m时堤顶高程为-2.0m,水深-8.7m 时堤顶高程为-2.7m。工程南北两堤长度相同,均为 8.8km,双堤总长 17.6km,采用抛石斜坡堤。工程总投资 16.6 亿元,2024 年 6 月开始海上施工。

(2)纳泥区工程

1)纳泥区概况

为了降低环境影响,本工程施工期依托 5 个纳泥区,其中 1#、2#、3#、4#纳泥区位于人工岛海岸线(2021 年)内,5#纳泥区位于大陆海岸线(2021 年)向陆一侧。

1#、2#、3#、4#纳泥区分别位于山东焦化北海冶金科技有限公司氧化铝赤泥生产人造石材项目、山东焦化北海冶金科技有限公司年产 300 万方加气砌块项目、山东焦化集团北海新区钢材物流园建设项目、汇德物流有限公司货场项目范围内,所涉及项目已取得海域使用权证及环境影响评价批复(附件 10),项目于 2018 年被列入滨州市已批准尚未完成围填海项目,目前自然资源部办公厅、山东省自然资源厅针对纳泥区涉及的图斑均已下发同意继续填海的文件。

5#纳泥区位于滨州北海科技孵化器有限公司土地证范围内,整体位于已取得审查意见的《滨州北海经济开发区铝产业园区总体发展规划环境影响报告书》(2017 年 12 月)的规划范围内,以及已经通过评审的北海经济开发区规划环评范围内。

《滨州港海港港区 5 万吨级航道纳泥区围堰工程工程可行性研究》(天津水运工程勘察设计院有限公司)中利用方格法对纳泥区总纳泥量进行计算,纳泥区总纳泥量约为 5561.245 万方,工程疏浚量共 5039.9 万方,纳泥区满足纳泥需求。

①1#纳泥区

1#纳泥区为山东焦化北海冶金科技有限公司氧化铝赤泥生产人造石材项目,该区域于 2015 年取得海域使用权登记(国海证 2015A37162500495 号),批准用海面积 178.5077hm 2 ,用海类型一级类为工业用海,二级类为其它工业用海,用海方式一级方式为填海造地,二级方式为建设填海造地。本项目自取得环评批复前开始建设,建设单位在接到“责令停止违法行为通知书”后停止施工,办理环评及用海手续,2018 年被纳入已批未完成图斑,停止继续填海,目前自然资源部办公厅已经同意该项目继续填海。目前,已完成填海面积 91.08hm 2 。

根据《山东焦化北海冶金科技有限公司氧化铝赤泥生产人造石材项目填海工程海洋环境影响报告书(报批稿)》(中国海洋大学,2014 年 12 月),该项目回填考虑采用北海新区马山子镇蔡庄子村以东,张东公路北侧的北海水库的挖方土,由自卸车运到项目区,。本次工程是将航道疏浚土吹填至该项目范围,根据航道疏浚物理化分析,疏浚区沉积物以粘土质粉砂及粉砂为主,并且属于清洁疏浚物(Ⅰ类),可用于项目区的回填,本工程吹填过程中通过采取相应的环保措施,减少对纳泥区产生的影响。

1#纳泥区场地开阔,根据《滨州港海港港区 5 万吨级航道纳泥区围堰工程工程可行性研究》中 2023 年 7 月高程测量结果,纳泥区地表高程介于 1.96m~6.43m(滨州港理论最低潮面)之间,纳泥区被泊港铁路分为两部分,四周均已建设围堤。现状围堰围合面积为 131.98hm 2 ,围堰内设计吹填至 7.5m,《滨州港海港港区 5 万吨级航道纳泥区围堰工程工程可行性研究》中利用方格法计算该纳泥区总纳泥量约 344.9 万方。

②2#纳泥区

2#纳泥区为山东焦化北海冶金科技有限公司年产 300 万方加气砌块项目,该区域于 2014 年取得海域使用权登记(国海证2014B37162507524),批准用海面积 28.1399hm 2 ,用海类型一级类为工业用海,二级类为其它工业用海,用海方式一级方式为填海造地,二级方式为建设填海造地。项目 2014 年 4 月 16 日取得环评批复,根据历史影响可知,2017 年 9 月项目范围内部分区域开始填海建设。

根据《山东焦化北海冶金科技有限公司年产 300 万方加气砌块项目填海工程海洋环境影响报告书(报批稿)》(中国海洋大学,2014 年 1 月),该项目回填采用北海水库的挖方土,由自卸车运到项目区。

本次工程是将航道疏浚土吹填至该项目范围,根据航道疏浚物理化分析,疏浚区沉积物以粘土质粉砂及粉砂为主,并且属于清洁疏浚物(Ⅰ类),可用于项目区的回填,本工程吹填过程中通过采取相应的环保措施,减少对纳泥区产生的影响,

2#纳泥区位于 1#纳泥区东侧,全部存在于废弃池塘之中,池塘东侧为南北向公路,根据《滨州港海港港区 5 万吨级航道纳泥区围堰工程工程可行性研究》中 2023 年 7 月高程测量结果,纳泥区高程介于 1.64m~5.60m 之间。需新建围堰长约 2259.1m,围堰内设计吹填至 7.0m,纳泥面积约为 24.73hm 2 ,《滨州港海港港区 5 万吨级航道纳泥区围堰工程工程可行性研究》中利用方格法计算该纳泥区总纳泥量约 121.45 万方。

③3#纳泥区

3#纳泥区为山东焦化集团北海新区钢材物流园建设项目,该区域于 2014 年取得海域使用权登记(国海证2014B37162519844号),批准用海面积39.2083hm 2 ,用海类型一级类为工业用海,二级类为其它工业用海,用海方式一级方式为填海造地,二级方式为建设填海造地。项目于 2014 年 1 月取得环评批复,2017 年开始利用北海水库开挖土方进行填海建设。

根据《山东焦化集团北海新区钢材物流园建设项目海洋环境影响报告表(报批稿)》(中国海洋大学,2013 年 11 月),该项目通过回填北海水库开挖土方形成陆域,回填土方由自卸车运输,本次工程是将航道疏浚土吹填至该项目范围,根据航道疏浚物理化分析,疏浚区沉积物以粘土质粉砂及粉砂为主,并且属于清洁疏浚物(Ⅰ类),可用于项目区的回填,本工程吹填过程中通过采取相应的环保措施,减少对纳泥区产生的影响。

3#纳泥区场地平整开阔,根据《滨州港海港港区 5 万吨级航道纳泥区围堰工程工程可行性研究》中 2023 年 7 月高程测量结果,纳泥区地表高程介于 3.61m~4.94m 之间,需新建围堰长约 2410.7m,围堰内设计吹填至 7.0m,纳泥面积约为33hm 2 ,《滨州港海港港区 5 万吨级航道纳泥区围堰工程工程可行性研究》中利用方格法计算该纳泥区总纳泥量约 133.78 万方。

④4#纳泥区

4#纳泥区为汇德物流有限公司货场项目,该区域于 2013 年取得海域使用权登记(国海证 2013B37162306093 号),批准用海面积 40.1498hm 2 ,用海类型一级类为交通运输用海,二级类为港口用海,用海方式一级方式为填海造地,二级方式为建设填海造地。项目于 2012 年 5 月 11 日取得环评批复,2013 年利用套尔河航道疏浚土进行吹填,填海面积约 35.4498hm 2 ,尚未达到设计标高。

根据《汇德物流有限公司货场项目海洋环境影响报告表(报批稿)》(中国海洋大学,2012 年 12 月),该项目需通过修建护岸形成封闭场地后,利用港池及河道疏浚土进行吹填造陆,本次工程利用航道疏浚物吹填方式,施工方式基本一致。



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