《港航工程与规划》课程设计.docx
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《港航工程与规划》课程设计
《港航工程与规划》课程设计
【摘要】建设本集装箱码头工程，符合国务院关于《长江三角洲、珠江三角洲、渤海湾三区域沿海港口建设规划（2004年－2010年）》，是适应港口集装箱吞吐量快速增长、提高港口国际竞争力、促进区域经济协调发展的需要，是建设上海国际航运中心、尽快形成我国合理集装箱运输体系和适应集装箱船舶大型化发展的需要，是适应长江三角洲地区城市一体化发展趋势的要求。
【关键字】集装箱；码头；布局；规划；
课程设计要求：
通过分析本案例中集装箱码头工程的自然条件和国内外集装箱码头建设情况及发展趋势，对工程总平面布置进行优化研究，力图把集装箱码头工程设计成高效、系统最优的高品质岛屿式的国际一流港口。
1、总体指导思想
本集装箱码头工程平面布置在遵循紧凑合理、环保、车流和工艺流程通畅等原则的前提下，根据本工程建设场区地形、地物的具体情况，应力求最大程度上保留工程区北侧、东侧既有民用建筑、码头和水利设施，减少动迁量，降低工程建设投资。
因此，平面布置考虑对应于码头的布置将陆域布置在排水河以南（并预留其拓宽的需要）、南侧山体以北、规划环岛公路以西地域。
在前述码头、陆域大体布置的前提下，综合考虑港区吞吐量需求、公路运输及其发展需要等因素，提出总平面布置方案如下：
在经济合理的前提下，结合工程区近岸水深条件，将码头尽量布置在较外海水深处，减小两端泊位受湾口两侧岬角处复杂的地形和水流的影响，减小水下挖泥及挖泥对岬角水域环境的影响，减小营运期的码头水深维护；陆域集装箱大门分开布置，减小港区进出口车流的相互影响，提高港区今后泊位分码头公司独立经营管理的适应性。
根据测流资料，5个集装箱泊位顺岸连续布置在海湾-18m等深线附近，距离湾顶既有岸堤约530m，码头前沿线走向为N150°30′，岸线总长1774m，由北向南布置3个70000DWT和2个100000DWT泊位；船舶回旋水域布置在泊位的正前方，直径为870m，泊位区和港池水域设计底标高均为-17.0m，泊位区只有南端局部水深稍浅，疏浚工程量约0.5万m3；码头拟采用高桩梁板结构型式，码头面标高为7.5m，码头和后方陆域以引桥相通。
码头平台（前沿作业）宽度为55m，采用30m跨距的岸桥装卸作业，岸桥后轨后侧为21.5m宽的集装箱船舶舱盖板堆放区。
工作船码头及其场区（码头建设期兼作施工用地）拟改造北侧现有的客货码头区，改造后工作船码头总长200m。
根据规划和海湾口地形、水深等条件，综合考虑引桥、护岸的建设及形成陆域等经济因素，陆域布置北起北侧排水河南至南侧山体、东起规划环岛公路西至既有大堤海侧-2～-5m水深附近拟建的大堤。
本工程东西向陆域纵深约960～1100m，陆域南侧需要进行部分开山形成较为规整的堆场陆域边界，陆域南北长约2072m，项目红线占地总面积约243万m2（含北侧拟改造的既有码头区，而不含码头前沿和引桥面积，下同）。
陆域堆场和码头以引桥相通，引桥与码头和陆域均为正交相连，长度均为182m。
本工程陆域范围内大都为盐田、农田或围塘，需要由吹填海砂和南侧开山回填形成，陆域回填总量约790万m3。
陆域布置沿纵深方向大体分为两大区块，较前方588.4m范围布置为堆场堆箱区块，平行于码头方向以道路分隔为7个箱区块，后方区块主要布置为辅助生产、生活区及一些堆箱区。
前方堆箱区布置了17排重箱箱区和2～3排空箱箱区。
结合集装箱大门分开布置的方式及其位置（见下一段），后方陆域区块大门以内布置了停车场、集装箱调箱门区、公路拆装箱库、部分空箱和修箱、机修、污水处理等辅助生产建筑物，在最南侧山坳处布置了特殊品箱区。
本工程堆场重箱区本阶段考虑采用23.47m跨距的轮胎式龙门起重机作业，空箱区采用空箱堆高机作业，特殊品箱区采用正面吊作业，堆场面积约111.5万m2，在重箱堆场内布置了4个前方变配电所。
结合有利地形，在陆域西南角布置了大件箱区、#2场桥维修车间及其场地。
为使港区集疏运便捷、通畅，减小港区进出口车流的相互影响，拟将集装箱进口大门和出口大门分别正对堆场第2、5条纵向路布置在后方陆域区块内，大门外道路和环岛公路相接，进而通达跨海大桥。
港外集疏运车辆行车路线为环岛公路、进口大门、港区送（取）箱、出口大门、环岛公路，整个行进车流为逆时针方向，与码头区装卸车流顺时针方向相协调。
集装箱进口大门布置了12闸道（含2个超高车道），大门前留有约210×70m车辆等候进闸的缓冲停车段，车辆进入大门后停在港内停车场内（可停集装箱拖挂车110多辆）等候指令、进入堆场作业。
出口大门布置闸道数为9道，在出口大门南侧也布置了出港车辆缓冲停车场。
堆场内道路宽为25m或30m，道路转弯半径均为18m，呈环网布置。
生活管理区和辅助生产建筑物主要布置在港区陆域的东侧和北侧，总占地面积约48.8万m2。
综合楼、生活楼、总降压站、消防站、给水调节站布置在进口大门两侧的辅建区内。
在堆场北侧不规则狭长区内布置有港内加油站、#1场桥维修间及其场地、岸桥维修间和前方候工室。
本工程现有南北两条主要进港航道，南航道由现虾峙门航道和规划条帚门航道组成。
虾峙门内航道全长54km，航道宽度在740～5500m之间，水深一般在-20m以上；虾峙门外航道为虾峙门以外，有长约12km水深不足-20m的相对浅段，最浅点水深-18.2m，该航道水深条件良好，航政设施齐全，15万吨级以下船舶可自由进出，能满足本工程大型集装箱船舶进出港的要求。
北航道由金塘水道或册子水道进入杭州湾，经灰鳖洋、玉盘洋、大戢洋到达上海、长江沿线及北方诸港；航道最浅处底标高-7.0m，可乘潮通航2.5万吨级船舶。
现有南航道由于水深较好，目前进出宁波港的大型船舶均通过此航道，随着宁波港的快速发展和本工程的建设，航道逐渐繁忙，需要新开辟进港航道。
规划条帚门航道位于虾峙岛和六横岛之间，外与虾峙门外航道重合，内接佛渡水道和螺头水道，全长19.2km，最小航宽590m，最浅点水深-17.6m，通航能力基本与现虾峙门航道相同；
本工程南边的宁波港是我国深水良港，港区附近有七里锚地、金塘锚地、马峙锚地、虾峙锚地等，锚泊区海底地形较为平坦，地质适宜，水域开阔且避风条件好；另外，虾峙门外还有水深条件较好的引检锚地。
为有利于本工程船舶安全、方便地停泊，本次设计中考虑将规划中的虾峙门北锚地增加6个停泊锚位，底标高为-17.0～-20.0m，以满足本工程到港船舶锚泊的需要。
2、船型论证
预测每年到集装箱码头工程的各类船舶为2944艘次，进、出港（单向）船舶数均为2944艘次，平均每天到港的船舶为8.4艘次，集装箱码头工程通航船舶〔集装箱船，双向〕为16.8艘/天，到港船舶的不均衡系数取1.50，高峰小时进出港（双向）船舶〔集装箱船〕数量为1.05艘次。
到港船舶艘次预测结果如下：
类别
承运量
到港船舶
数量（万TEU）
比例
艘次
比例
远洋
5000TEU及以上
120
48.0%
769
26.1%
2500～4999TEU
60
24.0%
563
19.1%
近洋
1500～3000TEU
24
9.6%
369
12.5%
1100～1499TEU
26
10.4%
473
16.1%
支线
500～1000TEU
20
8.0%
769
26.1%
合计
250
100%
2944
100%
注：
表中船舶艘次数据为到港船舶数量，进出港平衡。
根据本集装箱码头工程的运量预测和港口条件分析，结合国际航运市场发展趋势，考虑本工程承担的集装箱量以远洋为主，为满足船舶大型化对港口建设提出的新要求，推荐本工程的设计代表船型为7～10万吨级集装箱船。
本工程到港船型代表船型主尺度表
表1
船型
船舶吨级（t）
船型主尺度（m）
载箱量（TEU）
备注
总长
总宽
吃水
集装箱船
10000
147
22.6
8.2
471~830
内支线
20000
183
27.8
10.5
831~1900
近洋
50000
294
32.3
13.0
3101~4600
远洋
70000
300
40.3
14.0
4601~6000
远洋
100000
347
42.8
14.5
6001~8200
远洋
3、泊位计算
根据宁波港在长江三角洲地区集装箱运输和上海国际航运中心集装箱枢纽港中的定位，以及设计吞吐量预测和船型分析，结合港口岸线资源及港口工艺计算的可能，本集装箱码头工程的建设规模为5个7～10万吨级大型集装箱泊位，其中7万吨级泊位3个，10万吨级泊位2个，及相应水域、围堤、陆域形成、堆场道路、装卸工艺和配套的土建、给排水、消防、供电照明、自控、计算机、通信、环保等工程。
设计年吞吐量为250万TEU。
四、码头布置
根据测流资料，5个集装箱泊位顺岸连续布置在海湾-18m等深线附近，距离湾顶既有岸堤约530m，码头前沿线走向为N150°30′，岸线总长1774m，由北向南布置3个70000DWT和2个100000DWT泊位；船舶回旋水域布置在泊位的正前方，直径为870m，泊位区和港池水域设计底标高均为-17.0m，泊位区只有南端局部水深稍浅，疏浚工程量约0.5万m3；码头拟采用高桩梁板结构型式，码头面标高为7.5m，码头和后方陆域以引桥相通。
码头平台（前沿作业）宽度为55m，采用30m跨距的岸桥装卸作业，岸桥后轨后侧为21.5m宽的集装箱船舶舱盖板堆放区。
工作船码头及其场区（码头建设期兼作施工用地）拟改造北侧现有的客货码头区，改造后工作船码头总长200m。
4.1建筑物主尺度
⑴码头
码头平面尺度：
长1774m，宽55m，码头面标高7.50m，码头前沿设计底标高-17.00m。
⑵工作船码头
工作船码头平面尺度：
长200m，码头面标高6.00m，码头前沿设计底标高-8.00m。
五、装卸工艺
在项目工可研阶段，考虑采用岸边集装箱起重机－集装箱牵引半挂车－轮胎式场桥作业的集装箱码头装卸工艺模式。
5.1装卸船
专用集装箱码头装卸船通常都采用岸边集装箱装卸桥（简称岸桥）。
本工程设计前方装卸船在采用单小车岸桥的同时，考虑码头水工结构（主要是轮压）对双小车和双40’箱岸桥的适应性。
5.2堆场作业
轮胎式场桥方式国内使用较为普遍，技术成熟，使用经验丰富，因此在工可阶段，堆场作业考虑采用轮胎式场桥方案。
根据泊位后方陆域纵深的实际情况，堆场区前方分别布置17排采用轮胎场桥作业的重箱及冷藏箱堆场，后方布置采用堆高机作业的空箱堆场，拆装箱库场及危险品箱区采用正面吊及叉车作业。
5.3水平运输
大多数港口的水平运输是采用集装箱牵引车拖半挂车，本工程水平运输也采用集装箱牵引半挂车方式。
5.4装卸工艺流程
装卸工艺流程表
表2
序号
操作工序
工艺流程
1
船堆场
岸桥拖挂车轮胎场桥
2
堆场公路疏运
轮胎场桥拖挂车港外
3
堆场拆装箱库
轮胎场桥拖挂车拆装箱库
4
拆装箱库场作业
正面吊、叉车
5
空箱堆取作业
空箱堆高机
6
堆场修洗箱场
空箱堆高机拖挂车空箱叉车
5.5主要装卸工艺设备的选用及配备
（1）岸边集装箱装卸桥（岸桥）
40′普通重箱最大重量30.5t，实际装卸超重箱重量可达35～36t；20′普通重箱最大重量24t，个别超重箱可达34t。
考虑双箱起吊，本工程岸桥吊具下额定起重量61t。
岸桥外伸距考虑今后集装箱船舶大型化发展的需要并考虑小车运行避开减速区的实际情况，确定最大外伸距为65m。
为保证码头上车流运行通畅，适应集装箱船舶大型化、装卸高效化的要求，岸桥轨距选取为30m。
码头作业平台宽度55m，其中岸桥海侧轨至码头前沿距离3.5m，陆侧轨至码头后沿距离21.5m，轨距30m，跨下可布置6条集装箱作业车道。
本工程共配置岸桥20台。
（2）轮胎式场桥
轮胎式场桥吊具下额定起重量正常为40t，考虑特重箱作业的需求，其中少量起重量增加为50t。
场桥按门架下堆存9′5″箱5层、通过6层考虑，起升高度为18m。
场桥跨距内布置6排集装箱和一条集装箱牵引半挂车通道，跨距为23.47m。
本工程轮胎式场桥方案配置轮胎场桥60台。
主要装卸设备明细表
表3
序号
设备名称
主要技术参数
数量（台）
1
岸边集装箱装卸桥
Q=61t,Lmax=65m,Lk=30m
20
2
轮胎式龙门起重机
Q=40t,Lk=23.47m,H=18m
55
3
轮胎式龙门起重机
Q=50t,Lk=23.47m,H=18m
5
4
集装箱正面吊运机
45t
7
5
集装箱牵引车
40'
100
6
集装箱半挂车
40'
150
7
空箱堆高机
8'6"箱堆高六层
15
8
叉车
16t
4
9
箱内叉车
3t
15
10
汽车衡
80t-20m×3.5m
11
11
检修车
5
12
加油车
5
13
液压渡板
25
泊位通过能力按《海港总平面设计规范》集装箱码头泊位通过能力公式计算。
计算得：
5个泊位年通过能力为254.5万TEU。
六、引桥布置
设计引桥长宽：
#1～#7引桥均为长182m，宽25m。
引桥与码头连接处的展宽角为10×10m。
与码头连接处的引桥桥面标高为7.50m，接岸处引桥桥面标高为6.35m。
7、陆域布置
7.1陆域范围及纵深
本工程陆域形成总面积243万m2，其中，填筑面积202万m2。
7.2陆域布局及功能分区
⑴跑道基础
轮胎式场桥跑道基础为集装箱堆场重要的基础之一，由于轮胎式场桥为堆场的主要流动机械，且轮压较大，对地基沉降变形控制要求较高，故采用C35钢筋混凝土条形基础。
⑵重箱、冷藏箱堆场
采用高强联锁块，不设箱角基础，可使堆箱荷载均匀分布在面层表面，减少集中荷载过大而导致面层的破坏，并可降低工程造价，便于今后面层结构的调整。
⑶空箱堆场、拆装箱库、预检场地、停车场及生产生活辅助区场地
7.3港区道路
港区道路承受流动机械荷载，路面使用频繁，平整度要求高。
在对陆域形成吹填砂地基采用强夯加固后，强夯影响深度地基表面形成一层能承受较大荷载的硬壳层，并且流动机械荷载对深层沉降影响不大。
故设计采用混凝土大板刚性铺面结构。
7.4集装箱大门布置
为使港区集疏运便捷、通畅，减小港区进出口车流的相互影响，拟将集装箱进口大门和出口大门分别正对堆场第2、5条纵向路布置在后方陆域区块内，大门外道路和环岛公路相接，进而通达跨海大桥。
集装箱进口大门布置了12闸道（含2个超高车道），大门前留有约210×70m车辆等候进闸的缓冲停车段，车辆进入大门后停在港内停车场内（可停集装箱拖挂车110多辆）等候指令、进入堆场作业。
出口大门布置闸道数为9道，在出口大门南侧也布置了出港车辆缓冲停车场。
堆场内道路宽为25m或30m，道路转弯半径均为18m，呈环网布置。
7.5主要建筑物布置
生活管理区和辅助生产建筑物主要布置在港区陆域的东侧和北侧，总占地面积约48.8万m2。
综合楼、生活楼、总降压站、消防站、给水调节站布置在进口大门两侧的辅建区内。
在堆场北侧不规则狭长区内布置有港内加油站、#1场桥维修间及其场地、岸桥维修间和前方候工室。
8、水域布置
8.1航道
本工程与北仑港区进港航道基本相同，现有南北两条主要进港航道，南航道由现虾峙门航道和规划条帚门航道组成。
虾峙门内航道全长54km，航道宽度在740～5500m之间，水深一般在-20m以上；虾峙门外航道为虾峙门以外，有长约12km水深不足-20m的相对浅段，最浅点水深-18.2m，该航道水深条件良好，航政设施齐全，15万吨级以下船舶可自由进出，能满足本工程大型集装箱船舶进出港的要求。
北航道由金塘水道或册子水道进入杭州湾，经灰鳖洋、玉盘洋、大戢洋到达上海、长江沿线及北方诸港；航道最浅处底标高-7.0m，可乘潮通航2.5万吨级船舶。
现有南航道由于水深较好，目前进出宁波港的大型船舶均通过此航道，随着宁波港的快速发展和本工程的建设，航道逐渐繁忙，需要新开辟进港航道。
规划条帚门航道位于虾峙岛和六横岛之间，外与虾峙门外航道重合，内接佛渡水道和螺头水道，全长19.2km，最小航宽590m，最浅点水深-17.6m，通航能力基本与现虾峙门航道相同；
8.2锚地与回旋水域、港池
本工程南边的宁波港是我国深水良港，港区附近有七里锚地、金塘锚地、马峙锚地、虾峙锚地等，锚泊区海底地形较为平坦，地质适宜，水域开阔且避风条件好；另外，虾峙门外还有水深条件较好的引检锚地。
为有利于本工程船舶安全、方便地停泊，本次设计中考虑将规划中的虾峙门北锚地增加6个停泊锚位，底标高为-17.0～-20.0m，以满足本工程到港船舶锚泊的需要。
船舶回旋水域布置在泊位的正前方，直径为870m，泊位区和港池水域设计底标高均为-17.0m，泊位区只有南端局部水深稍浅，疏浚工程量约0.5万m3；
8.3大堤布置
根据海湾口地形、水深等条件，综合考虑引桥、护岸的建设及形成陆域等经济因素，陆域布置北起北侧排水河南至南侧山体、东起规划环岛公路西至既有大堤海侧-2～-5m水深附近拟建的大堤。
九、港口配套设施
9.1生产、生产辅助和生活辅助建筑物
港区内的生产建筑主要为2座拆装箱库，共12000m2；生产辅助和生活辅助建筑总面积38430m2，其中综合楼15000m2，生活楼5000m2。
9.2供电、照明
本工程拟新建110kV总降压站一座，为港区的四座独立变配电所和综合楼变电所供配电，110/10kV总降压站两路110kV电源引自市电。
堆场大面积照明采用35m高杆灯；码头、引桥及陆域部分道路照明分别采用16m或10m多边形锌钢杆路灯照明，光源均采用高效节能高压钠灯；室内照明则根据建筑物功能分别采用高压钠灯、节能型荧光灯等绿色节能光源。
室外照明采用自动控制系统，实现高杆灯分时、分区、分组及路灯定时的开启控制。
9.3通信
（1）港区有线通信
根据本工程码头的建设需要，在港区内将设置一套电话交换系统，或设置当地通信公司的远端交换模块。
根据港口电话通信的发展规律以及建设规模，大约需要港口业务电话1000门左右。
无论是自建的电话交换系统还是设置当地通信公司的远端交换模块均需要接入当地的通信网络。
本工程接入通信网络的方案拟考虑采用微波传输系统接入北仑港区的宁波通信公司的通信网。
本港区将不考虑建设有线调度通信系统，目前宁波港北仑三期集装箱码头已建立800MHz数字集群调度通信系统，本工程可以利用该集群无线通信系统提供调度电话业务服务。
现在宁波港已有会议调度总机，主机在局机关，在各个港区安装会议调度终端设备。
在本期工程中也将配置2套会议调度终端设备，纳入宁波港的会议调度总机系统使用。
（2）无线通信
宁波海岸电台是我国华东沿海的一座重要海岸电台，隶属交通部宁波海事局。
该台可为进出宁波港的船舶提供海上中、远距离船岸通信业务。
VHF甚高频海岸电台主要为船舶进出港和停泊锚地时提供海上近距离船岸通信业务。
宁波港务局宁波信息通信中心设有VHF甚高频海岸电台，覆盖整个宁波地区及其附近海域。
本港区的码头正处于该VHF甚高频海岸电台的覆盖范围之内。
本期工程将配置2套台式甚高频无线终端和10套手持式无线终端设备，纳入宁波港的甚高频无线电台系统中一并运行。
本工程新建港区可以通过可靠的有线通信网络充分利用现有的无线通信设施，来满足船舶的船岸通信业务要求。
为了给集装箱码头的运营管理提供良好的无线调度通信，解决移动作业人员与调度人员间的通信联系，同时克服常规无线对讲机系统的弊端，提高无线频率的利用率，应该选用集群无线调度通信系统。
由于本港区位于北仑三期港区对岸，相距不远，北仑三期设置的数字集群无线调度系统可以覆盖本期工程港区，本工程将利用北仑三期的数字集群无线调度系统为港区生产调度与岸桥、龙门式起重机、牵引车等移动机械工作人员以及移动作业人员之间的通信服务。
本期工程将为移动机械和车辆配备800MHz无线集群调度通信双工车载式移动台130台，为流动作业人员配置手持式双工移动台200台。
无线集群移动通信系统可根据码头装卸工艺流程或业务的需要组合单独的小网的无线调度系统。
通过集群系统的组呼、单呼、全呼和紧急呼叫等功能，进行生产调度和日常业务的通信。
9.4给排水、消防
港区的用水包括生产、生活、消防、环保及未预见用水等，最大日用水量约为2880m3。
港区给水管网采用生产、生活、消防合一的给水系统，整个港区管网成环状敷设，堆场上的给水管主要敷设在雨水沟侧壁上，码头前沿设船舶供水栓。
港区排水体制采用雨、污分流制。
生产、生活辅建区的生活污水经管道收集后排至生活污水处理场，处理达标后排放。
港区雨水经管道、明沟收集后直接排入港区两侧的河渠中，同河渠中水经过水闸一同排放入海。
污水处理到达到标准后排放。
港区消防采用生产、生活、消防合一的低压制给水系统，由本期工程的给水调节站供水。
堆场及后方陆域生活、生产辅建区按规范沿道路设置室外地下或地上式消火栓，码头后沿设室外地上式消火栓。
十、集疏运条件
公路：
本港区经舟山大陆连岛工程与宁波、舟山本岛相连，而后经沪-杭-甬高速公路、同三国道主干线、宁杭高速公路、甬-台-温高速公路、甬-金等高速公路及其国省道与腹地内其它地区沟通。
水路：
可连接沿海各港口，并通过江海联运与长江、京杭大运河联系，直接覆盖整个华东及经济发达的长江流域。
铁路：
宁波北仑港区铁路集装箱站已正式开办海铁集装箱联运业务，本工程经舟山大陆连岛工程至北仑港区与内陆省市通过铁路进行转口贸易十分便捷。
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