深圳LNG碼頭應急調峰站取水口設計及施工關鍵技術分析

江偉 謝華娟

摘? 要：本文依托深圳LNG接收站取水口工程，根據該工程取水口布置方案，重點分析取水口在設計以及施工過程中的難點并給出解決方案。同時利用國際通用有限元軟件對取水口構件從預制、出運、使用到檢修階段各種工況下的內力進行計算，取得了較好效果，可為同類工程提供借鑒。

關鍵詞：取水口 設計 施工

LNG接收站取水口是為液化天然氣供應升溫氣化海水結構設施的重要組成部分，為保證取水口在低潮位時水源依舊能夠進入，取水口的高程確定應在當地最低低潮位以下至少2～3 m，因此取水口一般選在海水水深較深、海水流動性好的開敞區域。深圳LNG碼頭應急調峰站陸域由填海形成，取水口結構采用與護岸同步施工方案，由于取水口構件自重大、外海風浪條件較為惡劣等因素，使工程設計及施工均面臨著較大困難。因此如何安全、有效地對取水口主體結構設計及施工成為了關鍵技術。本文結合該工程重點分析取水口在設計以及施工過程中的難點并給出解決方案，希望能為類似工程提供參考。

1.取水口平面布置

取水口由過濾涵、泵房前池及泵房基礎三部分組成。取水口平面尺度為58m×29.2m，均采用鋼筋混凝土結構。過濾涵平面尺寸為19.2m×27m，每條流道凈寬為3.4m。前池進水端寬19.2m，與泵房基礎連接端寬29.2m，前池單側擴散角為20?。泵房基礎平面尺寸29.2m×17m。平面布置詳見圖1、圖2。

（1）過濾涵引水段。引水段按照應急調峰站最終規模需要的海水量一次建成，進水口按最終水量53400m3/h進行設計。4個引水流道并列布置，每個引水流道可通過流量13350m3/h，其底部進水口斷面尺寸為2.50m×3.40m （高×寬），另外當有一條引水流道檢修或發生故障時，剩余3個進水口負擔整個流量。進水口頂高程根據外海波浪情況確定為-4.70m，底高程為-7.20m。引水段底高程為-8.2m。

（2）前池。前池布置在清污設備與泵室之間，根據《火力發電廠循環水泵房進水流道及其布置設計技術規定》確定前池尺寸，前池長度為14m，前池擴散角為20?。不會產生旋渦，水流順暢、流速均勻。前池在多泵運行條件下只起調節水流，減小水位波動的作用。前池底高程為-9.2m。

（3）泵室。本工程泵組較多，遠期工程要延長到若干年后才能實施。在前池之后設置7個泵室。泵室沿水流方向的長度為17.0m，泵室寬度按海水泵要求為3.20m，泵室底高程為-8.2m。

2.設計難點與解決方案

2.1取水口與護岸同步施工，國內尚屬首次

本工程陸域由填海形成，取水口位于陸域西側，原泥面高程約-10m。根據本工程地質情況，護岸采用拋填堤心石的斜坡式結構，若取水口結構通過應急調峰站成陸后采用沉井或地連墻形成基坑圍護結構進行開挖干地施工方案，一方面工程成本將大大增加，另一方面工期將延長。

解決方案：為了解決工期和成本問題，取水口結構采用與護岸同步施工方案。過濾涵及泵房基礎利用施工單位現成的預制場進行預制。結合半潛駁起重能力以及預制場碼頭的出運能力，構件采用預制安裝、分期澆筑的方案。該方案較干地施工方案具有以下優勢：首先，可以利用施工單位現有的預制場地因而無需額外支付場地費，其次，省去了干地施工所需要的基坑圍護結構相應的一系列費用。

采用與護岸同步施工方案雖然陸域形成受取水口結構施工的影響，但由于護岸總長度較長，護岸開始施工到合攏工期約10個月，該工期能滿足取水口結構的基槽開挖、拋石基床施工和箱涵預制、運輸及安裝的要求，工程造價較低，總工期也明顯縮短。

2.2 取水口構建單件重量大

由于工藝布置需要，過濾涵和泵房基礎尺寸均較大，長×寬×高分別為27m×20.2m×16.2m，17m×30.2m×16.2m，單件整體重量達到9550t和8143t。一次澆筑自重過大，遠超過施工單位施工設備浮運能力。因此，取水口結構在預制部分設計時，一方面預制重量既不能超過施工單位半潛駁最大起重能力（約5500t），另一方面又要保證安裝時抗浮所需的自重。

解決方案：在構件預制過程中，為了最大限度的增加預制部分比重，設計與施工方進行了多次交流，最終采用的預制部分結構型式詳見圖3。由于構件尺寸較大，為滿足重量限制要求，空腔隔墻僅能澆筑1m高度，在出運及安裝過程中，構件四壁所受彎矩非常大，常規做法是在施工時增加臨時鋼支撐措施。考慮到在二次現澆過程中，臨時鋼支撐會給施工帶來一定的不便，最后決定取消臨時鋼支撐措施，通過調整施工方案，來減小壁墻所受彎矩。

調整的施工方案為：過濾涵和泵房基礎先行預制高度12.4m（頂部高于設計高水位），預制安裝完成后，進行二次現澆工作，二次現澆內墻時需提供干施工工作面，為確保箱內抽水時構件不上浮，需先澆筑外墻，增加構件自身重力。待外墻澆筑到一定高度（滿足自身抗浮要求）后，再行抽水，澆筑隔墻。四周先行回填4m高回填料，待墻體與頂板澆筑成整體結構后，再回填至頂部。

2.3 結構計算復雜

取水口結構設計計算工況的選取，以及計算模式的確定，需要從構件預制、使用到檢修，并緊密結合現場施工進行分析，計算過程復雜。根據不同階段選取以下工況：

浮運安裝工況：自重+浮拖力+靜水壓力

安放完成工況（預制結構）：自重+土壓力+浮拖力+靜水壓力

使用期：自重+浮拖力+土壓力+水壓力+均載+波浪力（過濾涵前墻）

檢修期：（流道檢修，內部無水情況）自重+浮拖力+土壓力+水壓力+均載

地震工況：自重+浮拖力+地震土壓力+地震水壓力+均載

利用ANSYS有限元軟件建立泵房、過濾涵結構模型，頂板、底板、隔墻、側壁等采用shell43單元模型，地基土采用combin14單元模擬，施工期隔墻認為是嵌入前后墻的梁，采用beam188單元模擬。shell43單元與combin14單元連接處設置為鉸接約束，泵房兩側填土及上部均載等對其的作用，通過外荷載的方式施加在模型上。

通過內力云圖，可以很直觀的得到結構各部位內力情況。過濾涵、泵房結構內力具有相同的規律，內力最大值均發生在檢修工況。

3.施工難點與解決方案

3.1預制構件浮游穩定計算結果需精確

取水口處需安裝兩件重量較大（包含1個約5154t過濾涵、1個約4880t泵房基礎）且結構復雜的異形預制構件，不能采用常規沉箱計算方法計算浮游穩定。由于泵房基礎干舷高度較小，基床頂標高較高，而泵房基礎及過濾涵吃水關系到下潛坑及出運航道的開挖以及選擇合適的出塢和安裝時間，因此需精確計算泵房基礎及過濾涵吃水。

解決方案：通過BIM技術建模，可以直接獲得浮游穩定計算所需要的各種參數，簡單易行，既省去了繁瑣的計算過程，又保證結果的準確性。

3.2泵房基礎及過濾涵重量重，預制場滿足上駁要求的潮位天數較少

由于本工程過濾涵及泵房基礎預制部分重量較大，施工現場附近不具備預制條件，因此選在甲湖灣預制場進行預制。泵房基礎及過濾涵出運上駁采用“南海號”半潛駁，潮高需要滿足1.3m以上。而甲湖灣預制場4-5月份滿足1.3m以上潮水的時間極少。

解決方案：減少出運時泵房基礎、過濾涵自身重量，選擇合適的潮位使半潛駁與出運碼頭對接就位。就位時的水位要與本地區的潮汐情況及半潛駁的吃水、干舷、型深、性能、碼頭的標高等有關。要求選擇潮水在上漲過程達到平均潮位時移駁就位，就位時必需有人專門指揮。

3.3 泵房基礎、過濾涵設置止水措施

泵房基礎、過濾涵與傳統箱涵、沉箱結構不同，預制完成后其結構為不封閉，需設置止水措施方可進行水上浮運及安裝工作。

解決方案：

①在構件預制時預埋拉緊螺栓便于后期鋼封門安裝加固;

②鋼封門與混凝土之間增設彈性止水帶，確保密封良好。

通過以上措施，很好的解決了取水口大型預制構件的出運、安裝等問題。下圖為取水口安裝就位后圖片。

4.結語

1）取水口結構采用與護岸同步施工，大型構件分期預制、安裝，逐步形成整體結構型式的方案，很好的解決了在水深浪大、工期緊張、干地施工造價高昂等帶來的諸多問題。

2）取水口結構計算工況的選取，以及計算模式的確定，需要對構件從預制到使用運營、檢修，并緊密結合施工過程進行分析。本工程采用國際通用有限元軟件對取水口結構在各種工況下的內力進行計算，取得了較好效果，為類似工程設計提供借鑒。

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