中国离岸深水港技术取得重大进展

2013-5-02 11:01 来源: 中国科学报
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  2012年,世界10大港口中,中国占据7席。强劲的国际贸易,让中国经济格外引人瞩目。在其背后,国家适度超前的港口基础建设起到了支撑作用。

  世纪之初,中国近海岸线上建设大型专业化深水码头的空间告罄。经过科研人员10年的研究与实践,我国破解了这一难题。

  “离岸深水港建设关键技术,让中国有了在世界任何地方建设港口的实力。”该项目总负责人、中国交通建设股份有限公司总工程师孙子宇说。

突破浅水深港建设禁区

  2006年,在国务院颁布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》中,离岸深水港与跨海湾通道等交通基础设施建设关键技术及装备被列为优先发展的主题项目。

  “离岸深水港建设关键技术研究”旨在通过开敞海域建港、岛群或人工岛建港、长导堤码头、长航道浅水深用码头等离岸深水港建设,破解资源环境制约。

  “离岸深水港概念的提出,需要重新认识和理解新环境下水动力、地基的特性及其与工程结构物之间相互作用的规律。”该项目技术总负责人、中国工程院院士谢世楞说。

  理论认识的突破来自正反两个方面的经验及教训。

  2012年,天津港货物吞吐量完成4.76亿吨,位居全球港口货物吞吐量第4名。这是一个典型的浅水深用的例子。

  天津港处在海河淤泥质河口,并不具备建设世界级大港的条件。然而,当20万吨级航道暨25万吨级航道竣工后,天津港一跃成为世界最高等级的人工港,开创了在淤泥质海滩建设世界级深水港的先例。然而,同处渤海湾、距离天津港100多公里的黄骅港,却未能复制天津港的成功。2003年10月,一场50年一遇的大风寒潮,一夜之间把刚刚一期工程挖好的航道全部淤平了,北煤南运的大船被憋在港里。

  难道是航道方位、走向有问题?但此后换个角度重挖一条航道还是不行。

  “当时人们对淤泥和粉沙认识上不透彻。天津港属于淤泥质海岸,较少出现骤淤,黄骅港属于粉沙质海岸,有着截然不同的新特点。”交通运输部科技司司长赵冲久告诉记者。

  在揭示了粉沙质海岸骤淤机理的基础上,时任交通部天津水运工程科学研究所所长赵冲久和他的研究团队,在世界上首次创立了粉沙质泥沙运动的“三层模式理论”,并与中交一航院、中交水规院、神华黄骅港务公司确定了黄骅港建成双堤环抱式布置的防沙堤措施。

  国外实践认为粉沙质海岸是“建港的禁区”,但自项目在黄骅港实现突破之后,我国河北、山东等地区的粉沙质海岸,相继成功建成了数个大中型海港。

攻克软黏土动力软化难题

  深水建港,面临的一个难题是,软黏土地基在波浪动力作用下强度可能降低,从而危及工程结构物的稳定。

  在长江口深水航道一个试验工程中,巨大的混凝土半圆体安放就位后,大家都觉得应该很坚固,但大浪来袭,这个大块头一夜之间被拍入海底一米多。

  “是因为上面太重,还是波浪的动荷载太大?没人能回答这个问题。我们要找到一个平衡点——多大的波浪下土不会滑走、地基又能承受得住。”中交一航院教授级高工李元音说。

  波浪—防波堤—地基相互作用问题研究成为项目的一个重点。

  “简单说,如果近岸软黏土的承载力是1的话,那受波浪影响的深海软黏土的承载力就要打折扣,在长江口应该是0.36,天津港是0.42。”谢世楞告诉记者,依据这个相对精确的数值,可以评估水下软土地基加固的成本,既保障安全,又避免浪费。

洋山港演绎“天方夜谭”

  上海洋山港处于岛礁群海域,该海域潮流较强、水体含沙量较大,如果建设码头把岛礁连起来,水流就会因此发生变化,港区可能被完全淤死。

  争论的焦点就是泥沙问题,最后专家的结论是,基于充分的模型试验,这里可以建设港口。

  设计方案巧妙地使部分岛屿连起来形成陆域,而在个别岛屿之间留下泥沙通道。经过多年实践证明,洋山港运行比预测还好。

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