透空式进海路平面布置及结构设计研究

摘要

随着世界人口和经济的快速增长，能源、矿产资源的需求急剧增加，大陆资源的开发已日益不能适应这种增长速度，海洋石油资源的开发利用规模迅速扩大。滩海地区分布着丰富的石油资源，在该地区建设进海路，端头连接人工岛成为新的油田开发模式。滩海地区海洋地质条件较差，在荷载的作用下地基沉降量大，建筑物的稳定性差。我国现有进海路多为实体结构，在一定范围内改变原有的潮流流场，影响泥沙运动，从而发生不同程度的冲淤。
　　 透空式结构属轻型结构，能显著减小由海洋环境带来的动力荷载和对周围岸滩演变的影响。因此通过研究得到一种安全、经济、适用且满足相关标准要求的透空式进海路新型式，使滩海油田能尽快安全、经济、高效的投入开发，对油田稳产增产具有十分重要的意义，滩海透空式进海路的研究具有一定的推广前景。
　　 本文结合胜利油田青东5井区水深2.1m至3.5m段拟建进海路型式进行研究，具体考虑两种结构型式：桩板组合涵洞式进海路和箱涵式进海路，主要研究工作包括：
　　 (1)通过收集工程区域的资料，运用专业软件M1KE21对透空式进海路进行流场数值模拟，得出透空式的结构型式相对于实体对工程流场影响更小，进海路透空率的增加有利于抑制进海路两侧的冲刷，建议在工程建设中加强进海路北侧坝根和人工岛周边的加固防护；
　　 (2)进行了桩板组合涵洞进海路模型试验，检验了进海路上部结构的稳定性，测量了上部结构的浮托力。试验考虑了3.5m宽和7.0m宽两种上部结构，+1.00m～+3.55m共7种水位，采用极限破碎波高。稳定性试验发现：各水位下，上部结构在垂直方向上均保持稳定；7m宽路面的最不利工况是+2.20米水位，上部结构在水平方向发生侧移；3.5m宽路面的最不利工况是+3.00米水位，上部结构在水平方向发生较小侧移。浮托力测量试验发现：在各水位条件下，3.5m宽路面浮托力的最大值均小于上部桥面结构的净重；7m宽路面在+3.55m水位时浮托力最大值为1419.7kN，大于桥面结构的净重1185.2 kN，但此时桥面承受较大的垂直向下的动水压力，试验中并未测量计入。建议在设计和施工中注意加强抱箍的强度；
　　 (3)综合分析了国内外冰荷载计算方法，最后采用我国2010版的《港口工程荷载规范》来计算透空式结构的冰荷载。壁厚为30cm和40cm的每个箱涵式结构侧壁承受的冰荷载分别为376.7kN和449.97kN；桩板组合涵洞侧壁承受的冰荷载为1632.96kN；每延米透空式进海路上部结构承受的冰荷载为388.8 kN。建议工程区域采用箱涵式进海路结构型式。