滩海陆采油田进海路工程的特点与应用前景

徐喜林

（胜利油田胜利勘察设计研究院有限公司，山东东营 257026）

0 引言

胜利浅 （滩）海油田位于黄河三角洲东北部渤海浅海海域，为介于陆地滩涂与深水海域之间的浅海区，平均水深0.5～5.0 m，与胜利陆地油田相邻。水深不足10 m的浅 （滩）海油田按照常规经济观念属于边际性油田，既不能直接采用“滩涂围地”的滩涂开发模式，也难以建造深海区的 “海洋平台”进行开发。近二十年来，胜利浅（滩）海油田结合渤海浅 （滩）海域的具体条件，创新地采用了 “滩海陆采平台 （人工岛）和进海路相结合的变海上为陆地”的油气开采模式，其滩海陆采平台 （人工岛）可提供与陆地相似的钻井采油等生产作业环境，进海路可将滩海陆采平台 （人工岛）与陆岸油田连接起来，不仅减少了孤立海上开采的风险，方便了浅 （滩）海油田的建设，而且可有效地保护海洋环境，缩短开发周期，具有显著的经济效益与环境效益。

随着浅 （滩）海油田开发的迅速进展，对进海路工程的结构优化研究和开发应用亦愈来愈受到各相关建设单位、工程设计科研单位和施工单位的重视，2005-2007年，胜利油田勘察设计院与相关科研单位在优化进海路的结构型式，提高进海路的安全性、适应性、耐久性以及合理减少进海路的工程造价方面取得了突破性进展。

1 滩海陆采油田进海路结构型式与技术特点

1.1 滩海陆采油田进海路结构型式

滩海陆采油田进海路经历了由勘探阶段进海路结构到开发阶段进海路结构的发展过程。较早期勘探阶段的进海路通常是抛石路堤以及板桩组合装配式路堤结构，路堤上不设输油管道，路堤两侧的防护标准相对较低。后期开发阶段的进海路，根据开发规模的需要，或在勘探阶段进海路的基础上加固、加高而成，或在规划的路线上进行新建，路堤上敷设油、水管道及电力电缆，路堤两侧的防护标准相对较高。为降低工程造价，进海路路面一般设计成单车道、漫水路的方式，设计高潮位时允许海水越浪。

目前浅 （滩）海陆采油田进海路的结构型式主要分实体式结构和透空式结构两大类。实体式结构有实体抛石路堤结构、钢筋混凝土板桩组合装配式路堤结构、预应力高强混凝土管桩 （以下简称PHC管桩）与板桩组合式路堤结构等；透空式结构有透空式箱涵进海路结构、透空式圆筒进海路结构、栈桥式进海路结构等。

1.2 实体抛石路堤进海路结构特点

图1 实体抛石路堤进海路结构断面示意

实体抛石路堤进海路结构一般适用于0.5～2.0m水深。路堤主要由抛石形成，石块强度不低于30 MPa，边坡护面块石单块质量不低于100 kg；水深1.0～2.0 m时迎强风浪侧的路堤边坡增设混凝土扭工体，见图1。胜利浅 （滩）海油田的KD4、KD111进海路采用了这种结构。实体式抛石路堤进海路结构的主要筑路材料是抛石，对石材丰富地区可就地取材，施工简单、工程投资较低。但实体式结构改变了海水潮流条件，而且水深越深海水动力作用越强，对抛石体主体结构的冲击及海底路基的冲刷破坏就愈加严重，故作为柔性松散体的实体抛石路堤进海路结构不适宜海水水深较深 （水深大于2.0 m）的区域。

1.3 钢筋混凝土板桩组合装配式进海路结构特点

钢筋混凝土板桩组合装配式进海路结构适用于1.0～3.0 m水深。进海路主体构架是由钢筋混凝土板桩组合形成的装配式薄壁无底开口沉箱，在沉箱内抛石填芯形成路堤[1]（见图2）。

图2 钢筋混凝土板桩组合装配式进海路结构断面示意

上世纪九十年代胜利浅 （滩）海油田勘探阶段临探路应用了此种结构，随后逐步完善，其设计理念和施工工艺亦愈趋成熟。该进海路结构特点是其混凝土板桩组合构件质量较小，可于陆岸批量预制、海上现场装配，施工进度快。但由小型构件的相互锁定形成的装配式薄壁无底沉箱毕竟不同于整体沉箱，装配式沉箱与海底土基的锚固主要靠一定间距的竖向钢筋混凝土板桩承担，而竖向钢筋混凝土板桩的入土深度亦不可能太大，尽管有横向定位连接梁与侧向挡板的锁定，但此种连锁机构一旦发生单个构件的失稳必将影响整体结构的安全，故将此种结构的勘探阶段进海路转为开发阶段进海路时，均要进行加固、加高达标设计，路堤两侧增设一定数量的抛石边坡和扭工体加强防护。胜利浅（滩）海油田KD22、KD301和KD292等进海路采用了这种结构。

1.4 PHC管桩与板桩组合式进海路结构特点

PHC管桩与板桩组合式路堤结构适用于2.0～4.0 m水深。与钢筋混凝土板桩组合装配式进海路结构不同的是，它采用PHC管桩代替竖向钢筋混凝土板桩作为路堤构架的主要支撑，管桩纵向之间设预制挡板作为辅助承重措施，管桩顶部设纵、横连接梁，管桩、预制挡板和连接梁组合形成沉箱，沉箱内抛石填芯形成路堤，最后现浇混凝土路面[2]。PHC管桩的混凝土强度等级高 （C80以上），管桩入土深度深 （8～12 m），增强了装配式沉箱结构与地基的锚固强度和稳定性，提高了路堤抵御海流的冲刷能力[3]。但是由于管桩桩身较长，对管桩的定位、施打施工准备和施工机具要求较高。PHC管桩与板桩组合式路堤结构在胜利浅 （滩）海油田早期开发中应用于孤东海堤的保滩促淤丁坝及潜堤工程[4]，此后应用于胜利浅 （滩）海油田KD12进海路的水深较深路段，取得了较好的效果。

1.5 透空式箱涵进海路结构特点

透空式箱涵进海路结构为一种新型透流结构，源于天津大学别安社教授2005年提出的透流圆管海上路基结构理论[5-7]，适用于水深在1.0～3.0 m的海域。2008年，国家海洋局下发了 《关于加强海上人工岛建设用海管理的意见》 （国海管字 [2007]91号）的文件，要求在海图水深超过1 m海域建设连陆人工岛时应当采用岛桥 （即透空式）连接方式。2009年，大港油田滩海开发公司开发了 “透流箱涵海上路基结构件”技术，并获得了 “环保箱涵进海路结构技术”国家实用新型专利。2010年，胜利油田勘察设计研究院结合青东5项目进行透空式进海路结构科研攻关，自主研制了 “齿墙式箱涵透空进海路结构”，并于2012年获国家实用新型专利[8]。透空式箱涵进海路主要由下部箱涵基础结构和上部路面结构组成，其路堤为透流式刚性空腔体预制箱涵结构，可贯通进海路两侧水域 （见图3）。

图3 透空式箱涵进海路结构断面示意

与实体式进海路结构相比，透空式箱涵进海路顺应潮流能力较强，对流场、冲淤变化及海洋环境的影响较小，施工工程量亦相对较小；但是箱涵结构对海底基础处理、箱涵底板垫层的施工质量要求较高，箱涵进、出水两端齿墙的入土埋置深度必须足以抵抗往返潮流的冲击与冲刷，增加了一定的施工难度。大港埕海2-2进海路、胜利莱州湾青东5进海路采用了透空式箱涵进海路结构。

1.6 栈桥式进海路结构特点

栈桥式进海路结构适用于水深大于3.0 m的浅（滩）海域。在早期的胜利浅 （滩）海油田的开发建设中，栈桥式进海路结构方案曾被多次提及但终因考虑海上建造风险较大、投资较高未能实施。浅（滩）海油田栈桥式进海路的建设，既不同于内河路桥工程，也难以和高等级公路的跨海大桥规模相比。近年来，随着浅 （滩）海油田开发技术的迅速发展，对栈桥式进海路结构的应用研究又得到广泛的重视。

结合PHC管桩的应用，胜利油田相关单位于2006-2007年提出了用跨径为10～13 m的预应力钢筋混凝土简支桥面板作为上部结构、由PHC管桩柔性排架作为下部结构的小跨度栈桥式进海路结构模型，并进行了物理模型试验研究[9-10]，研究结论指出：简支桥面板作为漫水栈桥上部结构在海流及波浪力的作用下难以维持稳定，单排或双排的PHC管桩柔性排架作为下部结构刚度不足，且难以抵抗寒冷冬季静冰荷载的剪切破坏和动冰荷载的冲击破坏。

2008年，大港油田在埕海2-2人工岛西侧边缘300 m处修建了一段15跨总长度158 m的圆筒型基础栈桥进海路 （栈桥每跨长10 m，两端桥头引道各长4 m）。2009年，大港油田滩海开发公司申报的 “筒型基础海上栈桥结构件”技术获得了国家实用新型专利[11]。这种圆筒型基础栈桥进海路结构主要由钢筒型基础、钢护筒混凝土桥墩柱、桥墩顶现浇钢筋混凝土盖梁、桥面板及路面结构组成。栈桥下部构造共设两组钢筒型基础，每组钢筒型基础由4个直径8 m、高8～10 m的圆柱筒呈矩形排列构成，每个圆柱筒顶部焊接有顶板，顶板中央直立焊接一个桥墩柱，两根桥墩柱顶端焊接或浇筑横盖梁，盖梁与桥面板之间为铰接 （见图4）。

图4 圆筒型基础栈桥进海路结构断面示意与现场基础施工安装

圆筒型基础栈桥进海路结构的特点是圆筒基础所处理的海底面积大且入土深度深，抗拔能力强，承载力高，结构稳定性好；同时栈桥式进海路具有透空式进海路的各种优势，海水通透能力强，对流场变化及海洋环境影响小。但是每组由4个直径8 m、高8～10 m的圆柱筒构成的筒型基础建造工程量较大，圆筒型基础栈桥的施工工艺较为复杂，同时钢结构在海洋环境的防腐蚀要求较高，故圆筒型基础栈桥进海路结构只有应用在水深较深的浅海海域才比较经济。

2 两种新型进海路结构模型设想

基于PHC管桩技术以及大型起重安装设备在浅 （滩）海油田潜堤、丁坝、防波堤和进海路结构工程施工中应用技术的快速发展和日趋成熟，提出如下两种新型进海路结构模型设想方案。

2.1 PHC管桩与独立沉箱组合装配式进海路结构模型

在水深为1.0～3.0 m的浅 （滩）海域，目前使用较多的仍然是钢筋混凝土板桩组合装配无底沉箱式进海路结构，如前所述，其主要支撑构件竖向薄壁板桩的刚度较低且入土深度亦不可能很大，整体强度和稳定性较差。故此提出以PHC管桩代替竖向薄壁板桩、以整体无底开口沉箱代替组合式沉箱的结构模型。管桩纵向间距2.5～3.0 m，横向间距4.0～5.0 m，4根管桩位于整体沉箱的4个内角部位，沉箱内充填抛石形成路堤 （见图5）。PHC管桩与竖向薄壁板桩相比不仅刚度大且入土锚固深度深，整体沉箱稳定性好，抵御海浪及潮流的能力较强。

2.2 PHC管桩与独立沉箱组合墩台栈桥式进海路结构模型

图5 PHC管桩与独立沉箱组合装配式进海路结构示意

在水深大于3.0 m的较深的浅 （滩）海域，一般使用栈桥式进海路结构比较经济。但柔性排架栈桥的刚度较低而圆筒型基础栈桥的建造工艺复杂且造价较高。故此提出PHC管桩与独立沉箱组合墩台栈桥式进海路结构模型。这种栈桥结构的单跨跨度可设计为10.0～20.0 m，下部结构为PHC管桩与整体无底开口沉箱组合，沉箱内浇筑片石混凝土形成海底泥面以上的大体积墩台结构，上部结构可根据跨度要求设计为预应力混凝土空心行车道桥面板或预应力混凝土箱型梁行车道块件。管桩桩基可设置为双排或梅花型布置，桩基入土深度根据承载力要求可达20.0～40.0 m；泥面以上管桩高度根据栈桥桥面安装高程确定 （见图6）。这种大体积墩台结构刚度大，抵御海流冲击及冰冻荷载破坏的能力较强。

3 滩海陆采油田进海路工程应用前景

通过分析上述几种滩海陆采油田进海路结构的特点及适用条件，可以预测：在水深2.0 m以内的浅 （滩）海域，实体抛石路堤进海路及钢筋混凝土板桩组合装配式进海路将依然是采用的主要方式；在水深1.0～3.0 m的浅 （滩）海域，透空式箱涵进海路或透空式圆涵进海路将随着技术的不断完善异军突起；在水深大于3.0 m的浅 （滩）海域，栈桥式进海路结构的研究开发将是主要方向。

我国浅 （滩）海区域的油气矿藏资源丰富，作为浅 （滩）海油田海油陆采开发基础性设施之一的进海路工程，在 “十二五”乃至之后较长的时期内必将继续发挥重要的作用，具有广阔的应用前景。

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