新老30万t级原油码头施工工艺对比分析

魏 昂

（中交一航局第三工程有限公司，辽宁 大连 116001）

引言

针对同一施工区域、相同施工特点的大型外海深水独立墩重力式码头施工，笔者所在团队结合在老30万t原油码头施工经验总结的基础上，坚持技术攻关创新，在新30万t原油码头施工中采用整平船机械整平、沉箱破冰锥体一体预制出水安装、皮带机进行箱内填石、上部结构模板陆上预安装的工艺代替老30万t原油码头采用人工整平、沉箱没水安装、小开体驳进行箱内填石、破冰锥体吊装、上部结构模板海上方驳吊机安装的施工工艺，减少了复杂海况对海上船机施工作业的影响，极大提升了作为项目关键线路的基础和墙身工程施工效率，为后续上部结构施工及时提供多个作业面，成为新30万t原油码头项目能够高效率高质量如期完工的决定性因素。

1 工程概况

大连港长兴岛30万t级原油码头工程（以下简称“大连港项目”）由3个栈桥墩和14个主体墩组成，主体墩采用“蝶”型布置，码头长度436 m，停泊水域宽120 m，码头前沿底高程-25 m，其中栈桥墩3个、系缆墩6个、靠船墩4个、平台墩4个，全部采用圆沉箱独立墩式结构，每墩1个圆沉箱，沉箱上安装一层破冰锥体，完成现浇破冰锥体后安装二层预制块体，再进行上部现浇至墩顶高程，其中平台墩各墩间采用预制预应力梁板连接，其余各墩之间采用钢栈桥和人行桥连接，其工程特点如下：

1）工程位置处于完全无掩护海域，施工属外海作业，受季风影响严重，特别是11、12、1、2、3月份，受季风影响施工天数极少，月有效平均作业天数不足10天。

2）工程位置水深约30 m，水流最大流速2.5 m/s，作业条件恶劣，水深、流急，测量控制难、测量精度要求高。

3）沉箱高度达25 m，吃水达到16.0 m，且沉箱安装顶高程为-1.0 m，为没顶安装，需要借助钢围囹进行沉箱安装，施工难度增大，而且受水流较大影响，定位控制难，需水流较小时段作业，同时该工程基础为暗基床，基床顶与原泥面高差大，安装时沉箱控制不准，容易造成倾翻。

4）本工程上部结构预制构件安装数量60件，且结构异型，预制难度大，安装块体重量大，第一层破冰锥体为没水安装，安装精度要求高。

5）施工工期29个月。

图1 大连港项目30万t原油码头

恒力石化（大连）炼化有限公司2 000万t/a炼化一体化项目配套码头工程（长兴岛北岸作业区114号～115号30万t级原油泊位）（以下简称“恒力石化项目”）均采用“蝶”型布置，单个泊位长度为428 m，码头长度为856 m，停泊水域宽120 m，码头前沿底高程-25.0 m，泊位顶高程11.0 m。每个泊位各设6个系缆墩（其中1个为公共系缆墩）、4个靠船墩及4个工作平台墩，全部采用重力式圆沉箱结构，每墩1个圆沉箱，两个泊位共27个沉箱（其中114#泊位共14个沉箱）。沉箱上部为破冰锥体和预制块，沉箱底为10～100 kg抛石基床，并用200～300 kg块石护底。平台墩上部为预应力梁板搭建的工作平台。各墩及工作平台之间采用人行桥连接。栈桥墩采用高桩墩台结构，每个泊位布置3个栈桥墩，栈桥墩采用Φ1 600钢管桩，共计42根。靠近陆侧有1个接岸墩，采用低桩承台结构，每墩采用9根Φ1 500灌注桩，其工程特点如下：

1）本工程位于北港区西防波堤外侧，处于完全无掩护海域，施工属外海作业，作业条件恶劣；受季风、季节影响严重，特别是11、12、1、2、3月份，受季风和海冰封海等因素影响施工天数极少，月有效平均作业天数不足10天。

2）工程基槽挖泥底高程约为-36 m，原泥面高程约为-17 m，疏浚高程为-25 m，挖泥厚度达11 m，对挖泥船的挖深有较大要求，挖泥量较大，工期紧，还需要多艘大型挖泥船共同作业。同时作业区域海流较大，回淤影响严重。

3）该工程共计27个沉箱，单个沉箱最重达3 600 t；混凝土预制块体共计27块，单个块体最重达1 000 t，施工使用大型起重船、拖轮进行施工，难以控制。

4）沉箱安装受水流影响较大，本工程施工水域水深约28 m，最大流速达到2.5 m/s，给安装工作带来了较多麻烦，常规安装工艺无法保证安装质量和安全。

5）施工工期28个月。

图2 恒力石化项目30万t原油码头

大连港项目与恒力石化项目整体结构型式及施工环境基本相同，恒力石化项目（2个泊位）工程量约为大连港项目（1个泊位）2倍，大连港项目实际施工工期为2年6个月，恒力石化项目实际施工工期为2年4个月，可见恒力石化项目通过施工设备创新、结构设计优化和工艺优化等技术创新将整体施工效率提升了将近1倍。

2 主要施工工艺对比分析

2.1 基床整平

大连港项目基床整平采用由潜水员水下指挥整平方驳测量定位铺设导轨、进行二片石抛放，人工水下刮平的施工工艺，计划施工效率为80 m2/天，实际平均效率为20天/墩，只能逐墩进行整平施工，整平允许偏差满足设计及规范要求，局部基床顶面在整平前有回淤现象。

图3 基床人工水下整平施工

恒力石化项目基床整平采用由潜水员水下摊铺基准面，抛石船配合整平船机械整平的施工工艺，计划施工效率为400 m2/天，实际平均效率为5天/墩，能够划分区域多个墩同时进行整平施工，整平允许偏差满足设计及规范要求。

图4 整平船机械整平施工

-25 m水深下人工整平且受海况、潮流影响严重，必须在海况较好时的平流时间段作业，效率极低，项目多次因不能及时整平和连续施工，基床顶面出现回淤现象，处理回淤同样占用为数不多的海上可作业天数，整体的整平质量、进度各方面均难以保障；

整平船机械整平仅需人工整平出基准面，在平流时完成驻位即可，后续整平施工不受潮流影响，能够极大的规避因海况、潮流影响造成的抛石整平施工不连续造成基床顶面回淤现象，同时，整平质量也由船上自动监测设备控制。

综上所述，整平船机械整平工艺更适用于外海深水整平施工，作为本工程的关键线路，人工整平效率低下造成质量、进度相互制约的恶性循环，是制约大连港项目顺利实施的重要因素，恒力石化项目采用整平船机械整平工艺亦是项目成功的一个关键，同时采用整平船机械整平取代人工整平，极大地降低了潜水作业的施工安全风险。

2.2 沉箱安装

大连港项目沉箱安装采用200 t起重船在沉箱顶部安装钢围囹止水，改沉顶为出水施工，沉箱由抽水方驳抽水起浮后拖轮傍拖至定位方驳粗定位，然后压水同时利用200 t起重船进行精调安装的施工工艺，安装效率平均为1座/月，最大安装数量为2座/月，沉箱安装精度较差，独立墩安装精度均能满足设计及规范要求，但各墩之间相对偏差较大，导致上部结构安装后形成局部错台、前沿线不顺直等情况。

恒力石化项目沉箱安装采用在沉箱预制时将破冰锥体与沉箱一体预制，提升沉箱高度，改没顶为出水施工，沉箱由抽水方驳抽水起浮后由拖轮傍拖至定位方驳粗定位，然后压水同时利用200 t起重船进行精调安装的施工工艺，安装效率为平均2座/月，最大安装数量为5座/月，沉箱安装精度相对较高，独立墩安装精度均能满足设计及规范要求，各墩之间相对偏差较小。

大连港项目沉箱安装受钢围囹数量、安装及拆除和止水效果检查等工序影响，占用“死汛”期间可作业时间，且前道工序整平效率低下，且受天气、海况影响，在实际安装过程中一个月最多完成2座沉箱安装。沉箱压水安装过程中由测量人员在钢围囹顶部定位验收，验收数据与沉箱实际位置存在一定偏差，在完成后钢围囹即拆除，沉箱沉降位移观测仅依靠对沉箱中心预留钢筋（在水下）进行观测，受海况、潮位影响观测难度大且数据准确性低，不能及时反映沉箱沉降位移情况，难以指导后续沉箱内填石对沉箱位置进行微调和纠偏。

恒力石化项目沉箱始终处于出水状态，在整平船一次整平出多个墩位后，在一次海况较好的“死汛”期间，实现了完成5座沉箱安装高效。在后续施工过程中，测量人员能够快速定位沉箱中心及四周观测点，能够迅速准确反映沉箱位置，施工人员能够直接观察沉箱位置及相对偏差，针对偏差较大的情况能够再起浮进行调整，后续沉箱内填石也能针对沉箱位置及倾斜度偏差进行微调和纠偏。

恒力石化项目对沉箱结构设计的优化，能够极大的适应外海深水环境的安装条件，在前道工序采用整平船机械整平的前提下，能够实现进度和质量的有效管控，同时也为后续上部结构施工及时提供了巨大的作业空间；大连港项目受制于基床整平和沉箱安装低下的施工效率，质量管控工作艰巨，同时也限制了后续施工。

2.3 沉箱内回填

大连港项目沉箱内回填采用抛石船将石料运输至施工区域，用长臂挖掘机将石料倒运至小型开体驳，由小型开体驳将填料运输至沉箱顶部开驳填石的施工工艺，平均施工效率为1 000 m3/天，填石质量满足设计及规范要求。

图5 小开体驳沉箱内填石施工照片

恒力石化项目沉箱内填石采用抛石船将石料运输至沉箱处，利用挖掘机上料、皮带机运输将石料填入沉箱的施工工艺，平均施工效率为2 000 m3/天，填石质量满足设计及规范要求。

大连港项目沉箱内填石受开体驳二次倒运、需乘潮作业（潮位1 m以上）、施工过程中测量仓格内填石高度难度大等影响，且在二次倒运和沉箱没水后在水下经过风浪洗刷后，石料损耗较多，存在对沉箱成品的不可预见的破坏可能性，水上作业相对较多，工艺安全风险较大。

恒力石化项目沉箱内填石不受风浪影响，皮带机运输填石效率较高，测量不受风浪影响，石料损耗小，沉箱成品保护能够较好管控，水上作业时间少，工艺安全性高。

图6 皮带机沉箱内填石施工照片

恒力石化项目采用的填石工艺施工效率和工艺安全性相对较高，同时便于施工组织和质量管控。

2.4 块体安装

大连港项目块体安装采用运输方驳将块体运输至安装现场，1 200 t起重船起吊安装的施工工艺，受海况、潮流影响较大，安装效率满足整体进度要求，安装质量满足设计及规范要求。

恒力石化项目块体安装采用运输方驳将块体运输至安装现场，1 000 t起重船起吊安装的施工工艺，受海况、潮流影响较大，安装效率满足整体进度要求，安装质量满足设计及规范要求。

大连港项目和恒力石化项目块体安装工艺、效率及效果基本一致，但大连湾项目块体数量总共28块，恒力石化项目经过结构设计优化后将破冰锥体与沉箱一体预制，减少了破冰锥体安装工序，2个泊位块体安装数量总共27块，减少了一半的海上安装工程量，大幅减少了船机设备和海上有效作业天数的占用时间。

大连港项目破冰锥体安装时，沉箱在水下，安装时定位较为困难，安装过程中也对沉箱也产生了一定的碰损。

恒力石化项目沉箱与破冰锥体一体预制，受沉箱重量、沉箱浮运安装参数设计的考虑，破冰锥体相对单薄，在经过冰凌期后，个别破冰锥体遭受损坏，也一定程度上影响了后续施工。

2.5 上部结构现浇

大连港项目上部结构现浇采用方驳吊机进行钢筋、模板安装，拌合船进行混凝土浇筑的施工工艺，钢筋及模板安装效率平均5天/墩，混凝土浇筑受拌合船施工效率限制，上部结构现浇质量满足设计和规范要求。

恒力石化项目平台墩及靠船墩采用塔吊、系缆墩采用方驳吊机进行钢筋安装，模板在块体安装前陆上拼装，拌合船进行混凝土浇筑的施工工艺，钢筋安装效率平均2天/墩，模板提前陆上拼装完成，混凝土浇筑受拌合船施工效率限制，上部结构现浇质量满足设计和规范要求。

大连港项目上部结构施工钢筋、模板安装全部由方驳吊机完成，受海况、风浪影响严重，施工效率低，同时占用船机资源和海上可作业天数。

恒力石化项目平台墩及靠船墩钢筋安装采用在靠船墩上安装塔吊进行吊装，不受海况风浪影响，上部结构模板均为在陆上拼装完成后随块体同时进行安装，不占用海上作业时间，切实提升了上部结构的施工效率。

恒力石化项目的上部结构现浇工艺优化减少了海上船机作业，避免了风浪影响，有效提升了施工效率，工艺安全性相对较高。

图7 方驳吊机海上模板安装作业施工照片

图8 模板陆上拼装完成后整体吊装施工照片

3 结语

通过总结大连港项目的施工技术管理经验，笔者坚持以问题为导向，针对影响外海深水独立墩重力式码头整体施工进展的最大制约因素——沉箱安装施工及其紧前（基床整平）、紧后（沉箱内填石及块体安装）工序，从施工设备工艺创新、结构设计优化和工艺优化等方面着手进行攻关，采用整平船机械整平代替人工整平工艺，极大地提升了基床整平施工效率和施工质量，同时避免了因海上作业时间受限导致的施工不连续、质量不可控和生产组织难度艰巨等问题，通过沉箱预制结构设计变更，将破冰锥体与沉箱一体预制安装，改沉箱没水为出水施工，切实提升了沉箱安装效率和安装精度，同时提供了沉箱顶部局部的陆上作业空间（不受海况影响），极大改善了沉箱安装完成后的施工作业环境，为后续沉箱内填石和施工人员测量人员施工作业带来了便利，沉箱内填石采用皮带机运输工艺进行优化，施工效率和工艺安全性得到进一步提升。

针对外海深水重力式码头施工受海况影响严重、海上可作业天数少的特点，坚持以陆上施工代替海上作业的原则，通过沉箱结构设计优化减少了块体安装数量，并充分利用塔吊、模板陆上拼装等工艺优化，达到提升施工效率、减少船机及海上作业时间资源占用的目的，同时也极大提升了工艺安全性，施工进度和施工质量也得到进一步保证。

通过以上两方面的施工效率和效果研究及对比分析，为恒力石化项目施工工艺优化和技术创新指明了方向，并在恒力石化项目上取得成功实践，上述工艺优化和技术创新的可行性和经济效益得到了充分证明，同时也为国内外类似型外海深水独立墩重力式码头施工提供了借鉴经验。