华能唐山港曹妃甸港区煤码头工程设计

（2022～2023年度第一批优秀设计一等奖）

申报单位  中交第一航务工程勘察设计院有限公司

一、项目基本情况

本项目位于唐山港曹妃甸港区，已建的国投煤码头煤堆场以南，防波堤外侧的无掩护区域。工程建设2个10万吨级、2个7万吨级和1个5万吨级煤炭装船泊位及相关的配套设施，其中码头东侧450m岸线水工结构按靠泊15万吨级船舶设计，其余泊位水工结构均按靠泊10万吨级散货船舶设计。码头岸线长度1428m，堆场总容量为353万吨，设计年通过能力5000万吨。

二、技术难点和特点

本工程是国内规模最大、等级最高的开敞式煤炭装船码头，主要设计难点和特点如下：

1. 曹妃甸港区一港池内已无建设空间，本工程只能开敞式建设。设计中需要解决潮流、泥沙淤积、泊位条件等一系列问题。

2. 堆场区、翻车机房区陆域狭小，需与已建工程衔接，工艺设计难度大。受唐山港曹妃甸港区总体规划限制，本工程堆场陆域总体宽度只有670m，工艺设计需要在满足翻车堆存、取料装船作业线的基础上，尽量增大堆场煤炭堆存量，优化整体工艺设计，而且需与国投煤码头起步工程预留的一线翻车机同时建设，共用一个围护结构，工艺设计更加复杂。

3. 码头开敞式布置，码头结构设计应适应开敞式码头的波浪、潮流、冰等荷载情况。同时，码头结构选择应尽可能减少码头建设对周边流场的影响，改善泊稳条件。为减小外海波浪对梁板的浮托力，码头面高程较高，码头设双层系缆，满足1.5万吨级～15万吨级煤炭船泊在不同水位的系缆要求。

4．存在深基坑、大跨度网壳等结构设计难点。翻车机房深基坑设计施工既要考虑承压水的不利影响，又要保证了周边已建铁路设施、办公楼等建构筑物的结构安全。煤炭条形料仓跨度103m，采用螺栓球节点正放四角锥双层三心圆柱面网壳结构，适应跨度大、地基条件复杂、风荷载较大的沿海港口环境。

5. 对标技术前沿，建设绿色、智慧煤炭码头。本工程通过条形料仓、防风网、干式除尘系统、湿式除尘系统、雨污水回收、处理、回用设施等，满足环保设计要求。工艺系统采用堆场大机自动化、翻车机和装船机远程操控技术；控制及计算机管理系统具有流程作业监控、作业实时管理、智能绿色能源控制管理、智能排产等功能，初步实现智能化操作，具备升级为智慧化码头的基础条件。

三、创新点

1.科学选址，总体布局合理。

2.装卸工艺流程和工艺设备先进，达到世界先进水平。

（1）翻车系统采用“两线四翻”方案，配备2台“O”型转子四翻翻车机，单台额定能力可达7780t/h，为国内效率最高的翻车机单线卸车能力。

（2）本工程卸车系统与国投煤码头续建工程卸车系统相结合，“三线四翻”翻车机的工艺系统、铁路系统、基坑维护及主体结构整体布置，统一建设，单独管理。既降低了工程投资，实现了土地集约化利用，又解决了与周边铁路及辅建设施相互影响的矛盾。

（3）堆场采用“3堆+2堆取+2取”的组合布置模式，在有效利用陆域场地、扩大煤炭堆存容量、满足作业线数要求的基础上，充分发挥取料机的功能，减少了堆料和取料作业冲突，保证了码头装船机作业效率，提高了工艺系统总体运输能力。

（4）取装线采用“双线双取料机”方案，取装线上可利用同轨道梁上2台取料机进行混配煤作业，也可进行跨线混配，轨道梁布设有2条取料皮带机，相当于一条轨道梁上可提供2条取料作业线，混配作业更为灵活。

（5）部分机房转接采用先进的移动伸缩给料方案，与传统分叉溜槽方案相比，降低物料转接高度3.75m，可极大减少生产能耗和粉尘污染，达到节能减排目的。

（6）码头装船采用“待泊”泊位方案，4台装船机服务5个泊位装船作业，减少在装船过程中等待压舱水时间，充分发挥装船机6000t/h的装船能力。

（7）系统设计充分考虑了商业化运作要求，在卸车、堆取、装船流程中设置除铁装置、计量装置、在线采制样等设施，工艺系统功能更加完善。

3. 码头结构采用墩台段和梁板段结合的形式，经济合理、装配化水平高。码头端部及装船机检修位置采用高桩墩台式结构，满足设备埋件埋设及两端墩台抵御冰荷载作用要求；其余结构采用大跨度高桩梁板结构，排架间距10m，以减少桩基和梁板安装数量，工程投资较低。码头采用Φ1200钢管桩，标准段上部预制预应力横梁、轨道梁、连系梁、面板，均为预制场预制，现场打设及浇筑钢筋混凝土接头连接成整体码头结构，装配化水平较高，易于保证施工质量，缩短工期，适应外海施工作业条件。

4．陆域形成及地基处理方案投资低，工期短。陆域形成采用吹填方式，吹填厚度6～16m。有组织的选取颗粒级配好、淤泥含量低的粉细砂作为吹填料，辅以精细的现场施工方案，达到土层均匀、泥面平整的效果，为降低地基处理费用和土建结构费用奠定了基础。煤炭堆存区域及辅建区采用无填料振冲地基处理方案，轨道梁、转接机房及廊道区域采用振冲碎石桩方案。该方案处理深度可达20m，具有对砂性土液化处理效果好，承载力高、残余沉降小、工期短、造价低的特点。

5. 采用多种措施，优化建构筑结构设计。翻车机房基坑设计施工考虑承压水的不利影响，采取设置防渗墙+井点降水的措施，保证了周边已建铁路设施、办公楼等建构筑物的结构安全。转接机房及皮带机廊道部分采用清水混凝土结构，属第一次在港口煤炭码头项目中应用，具有耐久性好、后期维护量小、造价低的优势。

6. 多重措施并举，建设绿色、智慧煤炭码头。

四、成果应用

本设计成果已应用于华能唐山港曹妃甸港区煤码头的工程建设。码头公司按照设计提出的使用要求制定了生产管理制度，在设备磨合期，加强设备的调试和保养，码头和设备始终处于良性状态，未发生任何安全事故，功能满足设计既定目标。

五、经济和社会效益

本工程每年可以出口煤炭5000万吨，按现行煤炭包干费率计算，企业财务效益指标较好，全部投资税前和税后财务内部收益率分别为9.38%、8.13%，大于8%的港口基准收益率；资本金财务内部收益率为9.17%，项目本身具有较好的盈利能力，并且具有一定的抗风险能力。本工程一方面可以打通煤炭运输瓶颈，保障未来煤炭稳定供应，促进国民经济增长；另一方面又可有效缓解华能南方火电企业煤炭供应紧张的状况，充分保障煤炭供应。

图1 工程总体鸟瞰图

图2  工程现状图