廣西沿海港口散貨堆場封閉方案的選擇分析

摘要：文章以廣西北海某碼頭為例，結(jié)合項(xiàng)目工藝具體要求，從結(jié)構(gòu)形式、施工方法、環(huán)保、安全性及經(jīng)濟(jì)性等方面，總結(jié)分析了目前沿海港口采用的堆場形式，并著重對比了其中兩種方案，為同類型散貨堆場封閉方案的選擇提供借鑒。

關(guān)鍵詞：沿海港口；堆場封閉方案；優(yōu)缺點(diǎn)；選擇因素

中圖分類號：U653.7? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1673-4874（2024）04-0217-03

0 引言

隨著港口規(guī)模的擴(kuò)大，大宗散貨業(yè)務(wù)成為北部灣港最主要的貨物來源，主要以煤炭、金屬礦石為主，而大宗散貨的堆放區(qū)也是港口主要的生產(chǎn)用地及污染源。因此，大型港口散貨堆場的裝卸工藝方案選擇不僅關(guān)系到廣西港口整體土地利用的效益，還極大地影響廣西沿海的環(huán)境條件。

在此背景下，文章以廣西北海某碼頭為例，針對貨種易污染、堆存容量需求大的項(xiàng)目特點(diǎn)，對比目前沿海港口采用的堆場方案優(yōu)缺點(diǎn)及選擇因素，為同類型散貨堆場的封閉方案選擇提供借鑒。

1 工程概況

1.1 自然氣候

項(xiàng)目位于廣西北海市合浦縣白沙鎮(zhèn)近岸海域，在規(guī)劃中的北海港鐵山港東港區(qū)沙尾作業(yè)區(qū)內(nèi)。地處北回歸線以南低緯度地區(qū)，屬亞熱帶海洋性氣候，港區(qū)風(fēng)向季節(jié)性變化顯著，冬季盛行北風(fēng)，夏季盛行東南風(fēng)。

1.2 建設(shè)規(guī)模

項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模為2個(gè)20萬噸級散貨泊位，設(shè)計(jì)吞吐量為1 900×104 t，貨種主要為進(jìn)口煤炭、金屬礦石。

1.3 平面布置方案

碼頭作業(yè)平臺布置2個(gè)泊位，每個(gè)泊位前沿布置3臺2 500 t/h橋式抓斗卸船機(jī)，泊位端部設(shè)置約1 km長的引橋與后方陸域連接，沿引橋上敷設(shè)皮帶機(jī)系統(tǒng)。

后方陸域分為堆存區(qū)和生產(chǎn)輔助作業(yè)區(qū)，堆存區(qū)的散貨堆場與碼頭前沿線成夾角106°斜向布置，散貨堆場共分為4塊條形堆場區(qū)域，水平運(yùn)輸由固定式皮帶機(jī)完成，北側(cè)的2個(gè)堆場（1#、2#）每個(gè)配置2臺斗輪堆取料機(jī)，南側(cè)的2個(gè)堆場（3#、4#）每個(gè)配置1臺斗輪堆取料機(jī)完成堆取作業(yè)。北側(cè)的2個(gè)堆場之間布置火車裝車區(qū)，鐵路路線平行進(jìn)入1#堆場與2#堆場間，并在鐵路裝卸線處配置1臺3 600 t/h火車裝車樓。碼頭布置圖見圖1。

1.4 項(xiàng)目特點(diǎn)

項(xiàng)目位于沿海區(qū)域，風(fēng)向季節(jié)性變化顯著，風(fēng)速大于6級的大風(fēng)平均每年出現(xiàn)11.1 d；主要貨種揚(yáng)塵較大，尤其是煤炭，容易對周邊環(huán)境及村戶造成污染；陸域邊界不平整，需要考慮110～120 m跨度而長度各不相同的條形堆場；堆存容量需求較大，約為155萬t；港區(qū)考慮火車及汽車兩種裝車方式，鐵路裝卸線僅覆蓋北側(cè)兩個(gè)條形堆場。

2 堆存方案的選擇

目前，廣西沿海港口大宗散貨的堆場主要有4種堆存形式：（1）露天分貨種堆存的塊狀堆場，通常搭配自卸車、裝載機(jī)、推耙機(jī)等流動設(shè)備進(jìn)行作業(yè)；（2）露天條形堆場，通常利用固定式皮帶機(jī)系統(tǒng)完成水平運(yùn)輸，配套斗輪式堆取料機(jī)作業(yè)線，以上兩種堆場形式，均需在堆場周圍建設(shè)防塵網(wǎng)，其中露天堆場占廣西港口已建散貨堆場80%以上；（3）鋼結(jié)構(gòu)堆棚，整體剛度大，屬于不燃材料，通過防腐處理后，后期維護(hù)量較少，技術(shù)成熟應(yīng)用廣泛，但難以做到全封閉；（4）氣膜結(jié)構(gòu)堆棚，氣膜結(jié)構(gòu)是近年興起的一種新型封閉結(jié)構(gòu)，基本可實(shí)現(xiàn)全封閉，環(huán)保效果好，但后期維護(hù)量大。隨著近年來地方對環(huán)保要求的提高，鋼結(jié)構(gòu)堆棚與氣膜結(jié)構(gòu)堆棚，也在廣西海港得到逐步應(yīng)用。

本文依托項(xiàng)目具有堆存容量需求大、貨種易揚(yáng)塵的特點(diǎn)，且堆場位置周邊有村莊，環(huán)保要求較高，因此在堆存方案不考慮露天堆存的方式，將進(jìn)一步對鋼結(jié)構(gòu)堆棚與氣膜結(jié)構(gòu)堆棚進(jìn)行全面的對比分析。

2.1 鋼結(jié)構(gòu)堆棚方案

大跨度空間結(jié)構(gòu)（即120 m以上跨距）通常采用管桁架結(jié)合網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)形式，整體空間受力，傳力路線簡潔可靠，具有良好的抗震性能，能充分發(fā)揮材料強(qiáng)度。堆棚上部采用拱形桁架加網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，山墻結(jié)構(gòu)采用鋼桁架形式，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)則能夠顯著減少自重和用鋼量。

本方案擬建設(shè)4個(gè)鋼結(jié)構(gòu)堆棚（2個(gè)110×755 m、110×560 m、110×402 m），建筑高度均為30 m，主出入口位于堆棚東側(cè)和西側(cè)，南、北兩側(cè)設(shè)置次要疏散出入口，皮帶機(jī)和運(yùn)輸車從堆棚東側(cè)進(jìn)入，完成卸料后再從西側(cè)主出入口出去。堆棚使用單層壓型鋼板封閉，沿封閉堆棚跨度設(shè)置若干壓型鋼板采光帶，以便于內(nèi)部采光。堆棚下部各設(shè)兩道通長百葉窗，頂部天窗兩側(cè)設(shè)置通長洞口，滿足自然進(jìn)、排風(fēng)要求。卸煤溝蓋棚采用門式鋼框架結(jié)構(gòu)。消防車道與運(yùn)煤車行駛線路一致。

鋼結(jié)構(gòu)堆棚上部結(jié)構(gòu)采用空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，在縱向適當(dāng)位置設(shè)置兩道溫度縫，干堆棚堆料高度5 m范圍內(nèi)的鋼結(jié)構(gòu)采取涂刷防火涂料的防火保護(hù)措施，其耐火極限≥1 h，屋面采用壓型鋼板圍護(hù)并有可靠的抗風(fēng)固定措施，壓型鋼板屋面中部采用具有透光性能的采光板，提高中間部位的天然采光照度。如圖2所示。

2.2 氣膜結(jié)構(gòu)堆棚方案

氣膜結(jié)構(gòu)是近年興起的一種新型封閉結(jié)構(gòu)，是用特殊的建筑膜材做外殼，配備一套智能化的機(jī)電設(shè)備在氣膜建筑內(nèi)部提供空氣的正壓，把建筑主體支撐起來的一種建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，跨度可實(shí)現(xiàn)數(shù)百米，長度不限。

本方案擬建設(shè)4個(gè)氣膜結(jié)構(gòu)堆棚（2個(gè)110 m×755 m，110 m×556 m，110 m×400 m各1個(gè)）將散貨堆場整體封閉。汽車主入口位于堆棚西南角（三進(jìn)一出備用），汽車主出口位于堆棚東北角（三出）；皮帶機(jī)從堆棚東側(cè)進(jìn)入，完成卸料后再從西側(cè)出去；人行出入口設(shè)置在堆棚西南角和東南角，其余四邊分散設(shè)置人行疏散口。

運(yùn)煤車從封閉堆棚西側(cè)廠區(qū)駛?cè)耄?jīng)西南角主入口進(jìn)入堆棚，完成卸煤后再從東北角主出口駛出，過輸煤構(gòu)筑物北側(cè)，再經(jīng)堆棚西側(cè)場地過磅后出廠，保留原有卸煤溝頂部的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。氣膜結(jié)構(gòu)堆棚考慮采用斜向網(wǎng)格氣承膜，采用PVDF膜材拼裝成封閉的外殼，膜材表面配置斜向鋼網(wǎng)索，鋼纜采用鋼芯鋼絲繩，并外包PE保護(hù)層。采用風(fēng)機(jī)注入空氣保持穩(wěn)定的室內(nèi)外壓差，使氣膜受拉以保證剛度，同時(shí)維持形態(tài)，內(nèi)部的壓力可以根據(jù)天氣情況的變化進(jìn)行調(diào)整。整體結(jié)構(gòu)如圖3～5所示。

2.3 封閉堆棚方案比選

以上兩個(gè)方案都能滿足儲煤量的需求，從以下幾方面進(jìn)行比較，具體見表1。

2.4 項(xiàng)目堆棚方案選擇

通過上述比較，針對項(xiàng)目的實(shí)際情況采用氣膜結(jié)構(gòu)，主要考慮因素如下：

（1）氣候因素。廣西沿海屬于亞熱帶海洋性氣候，屬于潮濕高腐蝕性的工作環(huán)境。氣膜方案膜材料耐腐蝕，不易老化，適合沿海高腐蝕性的工作環(huán)境；其適應(yīng)的工作溫度為-40 ℃～70 ℃，斜向網(wǎng)狀鋼纜的設(shè)置使氣膜建筑能夠承受較大臺風(fēng)荷載。而鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)有的網(wǎng)架基本采用螺栓球連接，桿件數(shù)量多、節(jié)點(diǎn)多，防腐問題將會比較突出。

（2）環(huán)保因素。項(xiàng)目位于沿海區(qū)域，風(fēng)速大于6級的大風(fēng)平均每年出現(xiàn)11.1 d，而主要貨種揚(yáng)塵較大，尤其是煤炭，容易對周邊環(huán)境及村戶造成污染。氣膜方案真正做到全封閉，且配備智能風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，可長期保持堆棚內(nèi)的良好環(huán)境，最大程度較低污染，更符合當(dāng)下廣西沿海的環(huán)保要求趨勢。

（3）施工因素。氣膜方案施工快捷，周期短。設(shè)備基本在原廠已經(jīng)完成制備，運(yùn)抵現(xiàn)場后，一般在35～45 d完成主體建筑的施工，施工過程受廣西沿海多雨大風(fēng)的氣候影響較小。

（4）造價(jià)因素，本項(xiàng)目整體工程量較大，業(yè)主一次性投入的資金壓力較大。氣膜方案具有自重輕、基礎(chǔ)要求低，工程造價(jià)低，后期運(yùn)行費(fèi)用較高的特點(diǎn)，能減輕前期業(yè)主資金投入。

（5）智能化運(yùn)行因素，本文依托項(xiàng)目屬于沿海大型散貨專業(yè)化泊位，吞吐量大，勞動強(qiáng)度高。氣膜結(jié)構(gòu)方案全自動智能運(yùn)行，無須值守，可進(jìn)行無線遠(yuǎn)程操作。室內(nèi)外設(shè)置有多種探測及感應(yīng)器，可實(shí)現(xiàn)無線遠(yuǎn)程監(jiān)控，并按要求發(fā)送至相關(guān)負(fù)責(zé)人移動終端設(shè)備，有效保障整個(gè)港區(qū)生產(chǎn)輔助，并降低現(xiàn)場人員勞動強(qiáng)度。

3 結(jié)語

在電力行業(yè)、水泥行業(yè)、煤焦化行業(yè)，氣膜結(jié)構(gòu)已得到廣泛應(yīng)用。隨著環(huán)保意識不斷增強(qiáng)，廣西沿海港口大量的散貨露天堆場在不同程度上存在環(huán)保改造的需求，同時(shí)也將積極推進(jìn)新建港口對于煤炭、礦石等散貨堆場進(jìn)行全封閉設(shè)計(jì)建設(shè)，在對散貨堆場封閉形式的選用上應(yīng)根據(jù)各自堆場實(shí)際場地大小、環(huán)境條件、儲量及工藝要求等因素綜合考慮，擇優(yōu)確定，希望能為同類型散貨堆場的封閉方案選擇提供借鑒。

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作者簡介：李科夫（1988—），工程師，研究方向：港口規(guī)劃設(shè)計(jì)。