大连港调查报告

西部交通建设科技项目协议号：-328-832-51大连湾近岸工程建设关键技术问题研究研究汇报（简本）承担单位：大连理工大学参与单位：大连港集团有限企业辽宁省交通厅港航管理局大连市港口与口岸局7月

大连湾近岸工程建设关键技术问题研究研究汇报（简本）1、项目研究意义与概况党中央、国务院在我国进入新的发展时期做出了“振兴东北老工业基地”的重大战略布署，10月又提出了为深入扩大开放，要充足运用东北地区既有港口条件和优势，把大连建设成为东北亚重要的国际航运中心。面对这一历史发展机遇，大连港明确提出了“建设全方位、多功能、现代化国际大港”的战略发展目的。为了实现这一发展目的，大连港集团在“十五、“十一五”期间总投资规模将到达270亿元，重点在以大孤山半岛、大窑湾、大连湾、鲇鱼湾为中心的”一岛三湾’”区域推进十个重要重点工程建设项目。到，依托大型专业化深水泊位建设成油品、集装箱、粮食、汽车、杂货、散矿等六大转运分拨中心。从大连东北亚重要国际航运中心港口工程建设的技术角度考虑，伴随建设的码头泊位吨级越来越大，掩护条件较为理想的岸线、海湾资源越来越少。因此绝大部分的大型泊位不可防止地要建设在开敞和半开敞的深水水域，除投资额十分巨大外，随之也带来了在建与拟建的深水大型和超大型泊位工程的安全、经济、环境保护等诸多亟需处理的关键技术难题。为此，交通部西部交通建设科技项目中安排了“大连湾近岸工程建设关键技术问题研究”的课题（协议编号：-328-832-51）。10月通过了可行性研究汇报审查，1月完毕了项目研究工作大纲审查，7月完毕了项目的验收鉴定工作，历时二年半。本项目承担单位为大连理工大学，参与单位有大连港集团有限企业、辽宁省交通厅港航管理局和大连市港口与口岸局。本项目的总体目的是为大连东北亚重要国际航运中心建设国际一流的港口基础设施提供技术支持。优化设计方案，节省工程造价、缩短建设周期，加速大连湾深水港口的建设和发展步伐，增进东北老工业基地的振兴。并通过将研究成果推广应用到我国其他大型深水泊位工程的建设，提高我国深水港口设计和施工的技术水平，适应目前我国港口工程建设向大型化、深水化、专业化以及与自然相友好的发展需求。2、项目重要研究内容与成果本项目重要是以目前在大连大孤山半岛、大窑湾、大连湾、鲇鱼湾为中心的“一岛三湾”区域推进的十个重要重点建设工程为背景，提出了如下3个研究专题：（1）深水码头新型构造优化及设计参数研究；（2）大型船舶靠、离泊合理作业方式和断缆防护对策研究；（3）深水港建设对海洋环境和构造物的危害与对策研究。3个专题的重要研究内容与获得的重要研究成果简述如下。专题1：深水码头新型构造优化及设计参数研究专题1依托工程大连港15万吨级矿石转水码头位于已建成的30万吨级矿石码头西侧的平行位置，4月正式动工建设。基于该矿石转水码头工程所在海区的波浪条件和海底地质条件等，以及装卸工艺规定码头面高程不能太高的考虑，提出了中间部分为矩形（8.9m×14.1m）、两端为半圆形（半径7.05m）的准椭圆型沉箱新构造型式，并在试验室的海洋环境水槽（长50m，宽3m，深1.0m）和大港池（长40m，宽24m，深1.0m）中进行了构造单体试验和构造墩群试验研究工作。给出了准椭圆型沉箱构造波浪力和波浪壅高与波浪周期，波向，墩间距以及开孔状况等原因之间的关系。提供了大连港矿石转水码头工程的码头面高程由原设计的+15.0m减少到+12.6m的科学决策根据。准椭圆型沉箱初次在大连港矿石转水码头工程中得到很好的应用，获得了减少码头面高程2.4m、减小工程投资、缩短施工工期和以便营运的明显效果。大连新30万吨级进口原油码头工程位于大连新港沙坨子附近，目前工程前期填海工程已靠近尾声，正在研究总平面布置的安全问题。针对现阶段普遍采用的开方孔的沉箱构造存在方孔角点处附近由于应力集中出现裂缝影响构造耐久性的问题，提出了在大连新30万吨级原油码头工程中采用开圆孔的圆型沉箱新构造（工作平台群墩构造调整方案为4个16.75m直径圆沉箱，每个圆沉箱上部开3排圆形孔），并在试验室的大波流水槽（长69m，宽2m，深1.8m）中进行了系统的模型试验研究工作。获得了工作平台新型开圆孔沉箱群墩构造上承受的总波浪力，工作平台上部构造承受的波浪力以及工作平台群墩周围的波浪壅高状况等试验成果。假定圆沉箱为弹性薄壁圆柱壳，采用大型有限元分析程序ANSYS中的三维弹性壳单元来计算孔口附近的薄膜应力，在有限元法数值建模中采用了开孔局部区域的4级网格剖分措施。通过网格逐层细化，处理了矩形孔角点处的应力计算值不收敛，无法得到此处的应力精确值的问题。通过系列数值计算得到了不一样开孔形状、开孔间距下构造的应力集中系数，总结出影响应力集中的重要原因及其变化规律。基于试验研究和有限元数值计算成果，大连新30万吨级进口原油码头工程设计中初次应用了开圆孔沉箱新构造。开圆孔的圆型沉箱新构造在波浪反射和构造物所受的波浪力方面与老式开方孔的圆型沉箱构造差异很小，其明显的特点是可有效地处理以往采用开方孔的沉箱构造存在方孔角点处附近由于应力集中而轻易产生裂缝的问题。专题2：大型船舶靠、离泊合理作业方式和断缆防护对策研究依托大连港矿石转水码头工程、大连港已建30万吨级原油码头工程和拟建新30万吨级原油码头工程，在试验室的多功能综合水池（长55m，宽34m，深1.0m）和大港池（长40m，宽24m，深1.0m）中进行了15万吨级和10万吨级矿石船舶的系靠泊模型试验研究，45万吨级油轮和15万吨级油轮系靠泊模型试验研究，已建30万吨级原油码头兼靠45万吨级ULCC油轮系靠泊模型试验研究。重要研究内容有在波浪、时尚、风等动力要素作用下，码头水工构造承受的船舶撞击力、撞击能量及其在各个护舷位置的分布；每根缆绳的张力和合理的缆绳布置方式；船舶6个自由度的运动分量。给出了满足船舶安全停靠及系缆规定的工程设计参数、由船舶运动量控制的作业原则和合理的缆绳布置形式等研究成果。对已建成的大连港30万吨级矿石码头和30万吨级原油码头现场系泊船作业状况进行了多次实地的考察和调研，综合考虑现场环境条件、船舶作业安全、测量系统安装以便等原因，确定了采用振动法进行现场的缆力测量。采购了用于现场测量的仪器和设计了传感器的安装方案并付诸实行。应用该系统对大连港30万吨原油码头上的系泊船进行了缆力测试和分析，获得了实船系缆力的原型测试资料。基于系泊船物理模型试验缆绳张力测量的试验成果，结合国内大连30万吨级矿石码头、30万吨级原油码头、上海马迹山矿石码头等的断缆实际状况调查和有关资料分析，参照大连30万吨级原油进口码头缆力现场观测数据，提出了大型开敞式深水泊位防护断缆的指导性提议：（1）系靠泊时对于缆绳相对长度较小的缆绳应减小其初张力，甚至预留合适赋予长度，使得缆绳受力更为合理（防止横缆和倒缆断缆）；（2）对于工程水域流速较大（不小于1.5m/s）的状况，码头泊位长度不适宜偏小（防止首尾缆断缆）；（3）在风浪较小而船舶产生较大运动时，预示着涌浪的存在，宜停止作业并放松缆绳，必要时离开泊位；（4）有条件状况下，应设计迅速脱缆钩；（5）对于水动力条件恶劣的海域，宜增设缆绳张力检测系统，及时调整缆绳张力。

专题3：深水港建设对海洋环境和构造物的危害与对策研究依托大窑湾整体工程，在试验室的多功能综合水池（长55m，宽34m，深1.0m）中进行了大窑湾港区半整体波浪物理模型试验研究。重要研究内容有天然状况（无北防波堤和北航道没有开挖）和北航道开挖后状况，大窑湾口门周围水域的波浪状况和防波堤轴线处的设计波浪要素；不一样开挖地形方案，对大窑湾口门周围水域的波浪状况和防波堤轴线处的设计波浪要素的影响。应用丹麦水力研究所开发的MIKE21软件中的波浪模型进行了航道和双突堤条件下波浪变形数值计算。重要计算内容有：航道和双突堤状况下港内波浪传播变形规律；进港航道对防波堤设计波浪要素的影响；大窑湾北航道开挖状况下，不一样方向波浪入射时，北防波堤及岛堤周围水域的波浪分布状况等。基于物模试验和数值计算得出的北航道的开挖对已建南防波堤没有影响，但对已建岛堤和拟建北防波堤影响较为严重的结论（岛堤和北防波堤设计波高可分别增大概25%和20%），提出了在北航道口门附近采用挖泥消波的方案并进行了方案优化工作。推荐在北防波堤工程建设阶段采用小挖泥消波、在北航道建设阶段采用大挖泥消波的方案，有效地指导了大窑湾航道改扩建工程以及配套中、西段围堰工程建设，获得了节省工程建设资金和加紧工程建设进度的明显效果。应用丹麦水力研究所开发的MIKE21软件中的时尚数学模型、波浪数学模型和泥沙数学模型，对大窑湾规划方案、规划方案和北岸取直新规划方案进行了全场时尚场、波浪场和泥沙冲淤状况的数值计算。获得了不一样工况时全湾水域的时尚场和波浪场；工程各控制点位处的最大流速、流向、设计波浪要素与泊稳状况；北防波堤建设对流态的影响程度和范围；各规划开挖方案实行后第一年至第二十年的全大窑湾冲淤状况与大窑湾湾底汽车码头工程前沿冲淤状况等成果。通过对数模计算成果的系统分析，推荐大窑湾北岸顺直岸线方案在岸线运用、船舶靠离、生产作业、尤其是陆域布置方面有突出的优势，为大窑湾港区规划方案优化、控制性详细规划编制和工程建设提供了科学根据。3、项目重要技术特性与总体性能指标系统研究了准椭圆型沉箱水工构造的水动力特性，提供了大连港矿石转水码头工程的码头面高程由原设计的+15.0m减少到+12.6m的科学决策根据，到达了减少码头面高程2.4m并满足大跨度装卸设备布置规定，获得了减少工程投资和提高码头装卸效率的明显效果。系统研究了开圆孔的圆筒沉箱新构造的水动力特性和圆筒沉箱开孔区域在不一样条件下的应力分布状况。研究成果在大连港新30万吨级原油码头工程调整方案设计中被采纳，可有效处理老式开方孔的沉箱构造存在方孔角点处附近由于应力集中而轻易产生裂缝的技术难题，对提高码头主体构造的耐久性和减少维护费将起到明显的作用。通过在风、浪、流组合状况下，对不一样船型、不一样载量的系泊船舶动态特性的深入研究，提出了由船舶运动量控制的大型矿石船舶和超大型油轮的作业原则，30万吨级原油码头兼靠45万吨级ULCC油轮的码头使用提议，开敞水域20万吨级以上船舶的防护断缆对策提议等成果，对发挥大连港矿石码头和原油码头的潜在效益具有重要的指导意义。大连港30万吨级矿石码头和30万吨级原油码头靠离泊作业时间和作业时的波浪条件的记录资料反应出，矿石码头接卸的船舶中有18艘船泊作业时的波高为，原油码头接卸的油轮中有9艘船泊作业时的波高为，到达了横浪作业原则由放宽到的性能指标。采用数模、物模试验对大窑湾整体规划调整方案进行科学论证，推荐大窑湾北岸顺直岸线方案在岸线运用、船舶靠离、生产作业、尤其是陆域布置方面有突出的优势。系统研究了大连大窑湾整体工程北航道口门附近采用不一样挖泥消波方案对拟建北防波堤和已建岛堤与南防波堤的设计波要素的影响，提出了在北防波堤工程建设阶段采用小挖泥消波，在北航道建设阶段采用大挖泥消波的方案，可实现将北航道周围已建构造物实际波浪的增大控制在原设计波浪原则许可范围内的目的，进而保证了这些建筑物的安全。推荐近期实行的小挖泥消浪方案，有效地指导了大窑湾航道改扩建工程以及配套工程中、西段围堰建设。综上所述，该研究项目依托大连港30万吨级矿石码头、30万吨级进口原油码头、大窑湾港区等重点建设工程，处理了建设中的关键技术问题，项目研究成果总体上到达国际先进水平。

4.经济社会效益与推广应用前景准椭圆型沉箱新型水工构造是初次提出并在大连港矿石转水码头工程中得到很好的应用，码头面高程由原设计的+15.0m减少到+12.6m并满足大跨度装卸设备布置。准椭圆沉箱适合预制巨型沉箱，使码头上部构造坐于一种沉箱基础上，很好处理了采用两个圆沉箱轻易产生前后不均匀沉降和码头面高程偏高的技术难题。大连港矿石转水泊位9月建成后，停靠在30万吨矿石码头的大型矿石船舶可以将铁矿石装载到15万吨如下的小船上，转运到渤海湾内的港口。为此转水码头泊位的建设使大连港的矿石吞吐能力增长900万吨，到达2400万吨。对拉动矿石吞吐量的增长，将30万吨矿石码头的分拨功能辐射到环渤海各个港口发挥着重要的作用。目前大连港通过开展矿石转水业务，深入奠定了其北方重要矿石分拨港的地位。开圆孔的圆筒沉箱新构造是初次提出并在大连港新30万吨级原油码头工程调整方案设计中被采纳。可有效处理老式开方孔的沉箱构造存在方孔角点处附近由于应力集中而轻易产生裂缝的技术难题，对提高码头主体构造的耐久性和减少码头运行期间的维护工作费用将起到明显的作用。目前前期填海工程已靠近尾声，600多米长的引桥陆基基本形成。这个可以兼靠45万吨级超大型油轮的大码头工程目前正在研究总平面布置的安全问题。提出了由船舶运动量控制的15万吨级和10万吨级矿石船舶、45万吨级和15万吨级油轮的作业原则，30万吨级原油码头兼靠45万吨级ULCC油轮的码头使用提议，开敞水域20万吨级以上船舶的防护断缆对策提议等成果已应用于依托工程。对处理开敞式码头面临的在恶劣天气状况下系泊船的安全以及与船舶运动有关的泊位运行效率的改善两个重要技术问题有重要借鉴作用。也为制定开敞式大型专用码头泊稳作业原则，在保证安全的条件下提高码头的作业天数提供了重要的基础数据。目前正在实行的大窑湾整体工程建设中应用了本项目提出的在北防波堤工程建设阶段采用小挖泥消波和北航道建设阶段采用大挖泥消波的研究成果。大窑湾北航道建成后，将与既有南航道连通，形成南北互通航道。建成后的北防波堤与已建成的南防波堤将对大窑湾南