顧巍冬

（中石化上海工程有限公司，上海 200120）

1 背景概述

中國石化產(chǎn)業(yè)在空間布局上，呈現(xiàn)著“沿海強(qiáng)、內(nèi)陸弱”“北方強(qiáng)、南方弱”的格局特征，石油化工廠以往大多都是聚集性地建設(shè)，諸如長三角地區(qū)、環(huán)渤海地區(qū)、珠三角地區(qū)等，靠近原料及上下游產(chǎn)品的供應(yīng)，且物流方便，可以節(jié)約企業(yè)的運(yùn)行成本；以上地區(qū)均屬于平原地區(qū)，企業(yè)的建設(shè)成本相對(duì)少許多。但隨著全國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的全面發(fā)展，西南等多山地條件的省份，原本被視作“不適宜”大規(guī)模建設(shè)石化產(chǎn)業(yè)的地區(qū)，如今的石化工廠也在如火如荼地建設(shè)著。

在山地條件下建設(shè)石化工廠，總平面布置受地形、地勢(shì)、地質(zhì)、氣象、水文、交通等多方面的自然條件影響和制約。要布置好全廠總平面，就需要掌握好場地的特點(diǎn)，結(jié)合工廠生產(chǎn)工藝流程、原料/產(chǎn)品運(yùn)輸方式及路線，尤其需綜合考慮廠區(qū)豎向設(shè)計(jì)。本文以西南某省山區(qū)新建石化廠項(xiàng)目為例，針對(duì)總圖豎向設(shè)計(jì)方面涉及的問題進(jìn)行研究探討。

2 石化企業(yè)豎向設(shè)計(jì)的意義

石化企業(yè)的豎向設(shè)計(jì)是總體布局和總圖運(yùn)輸設(shè)計(jì)的一部分。除了使用坐標(biāo)來確定建筑物和道路的平面位置外，還應(yīng)使用豎向標(biāo)高來確定立面的位置。建筑物、構(gòu)筑物、道路等位置是固定的，合理的豎向設(shè)計(jì)節(jié)省了土地，減少了基礎(chǔ)設(shè)施投資和建設(shè)進(jìn)度，也為石化企業(yè)的安全生產(chǎn)經(jīng)營管理帶來了顯著的效益。合理最大化和改造原有的自然地形，根據(jù)石化工藝的需要、建筑物和構(gòu)筑物的布局以及消防和運(yùn)輸?shù)缆返囊螅梢愿淖儚?fù)雜的位置。豎向設(shè)計(jì)對(duì)山坡等原始自然地形和沖溝進(jìn)行設(shè)計(jì)，這將成為化工企業(yè)的合適生產(chǎn)區(qū)。通過合理確定石化企業(yè)場地的豎向標(biāo)高，可以減少土方量，保證廠區(qū)安全生產(chǎn)。場地平整后，如果設(shè)計(jì)的豎向標(biāo)高過低或高于原始自然地形標(biāo)高，則土方工作量會(huì)增加。工程量影響建設(shè)進(jìn)度，增加基礎(chǔ)設(shè)施投資。因此，化工企業(yè)場地的豎向高程精度不僅是對(duì)總體布局合理性的考驗(yàn)，也是減少石化企業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施投資的重要環(huán)節(jié)。

3 項(xiàng)目廠址特點(diǎn)

本項(xiàng)目位于西南某山區(qū)省份。廠址用地為高原山丘地帶，主廠區(qū)規(guī)劃用地約440公頃，主要包括管理區(qū)用地、輔助生產(chǎn)區(qū)用地、主要生產(chǎn)區(qū)用地和火炬設(shè)施區(qū)用地。整個(gè)項(xiàng)目建設(shè)用地總結(jié)下來，有如下幾個(gè)特點(diǎn)：

1）廠址范圍地勢(shì)起伏大，東側(cè)和中部低，最低標(biāo)高約1 215m，西側(cè)和南北兩側(cè)高，最高標(biāo)高約1 320m，絕對(duì)高差約100m。地勢(shì)起伏多變，山高谷深坡度大，導(dǎo)致土石方工程量居高不下，超高邊坡支護(hù)工程不可避免。

2）項(xiàng)目廠址中部有縱向環(huán)評(píng)控制線穿越。環(huán)評(píng)控制線以西，即可以布置工藝裝置的區(qū)域呈兩山夾一溝的地形，場地平整工程量大；環(huán)評(píng)控制線以東，地形相對(duì)平坦，但是只能布置輔助設(shè)施，不能布置主體裝置。

3）水治理及防山洪工程復(fù)雜：廠區(qū)周圍的四面雨水均匯向廠區(qū)，只有一個(gè)出口，威脅廠區(qū)安全，再加上至少兩處（西南+東南）涌出的地下水需要引流，導(dǎo)致截排洪工程十分復(fù)雜。

4）地下水污染防治任務(wù)重：廠址周邊具有喀斯特地貌，地下水情況復(fù)雜。中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部對(duì)本項(xiàng)目環(huán)境評(píng)價(jià)報(bào)告的批復(fù)意見要求采取多級(jí)防滲措施，嚴(yán)防污染地下水。而且明確要求：環(huán)保工程驗(yàn)收不合格，項(xiàng)目不得開工。

5）邊坡支護(hù)方案問題突出：勘察資料顯示，西北側(cè)山體坡陡山高，且土質(zhì)松軟，為確保廠區(qū)安全，不適宜建設(shè)高邊坡，只能通過避讓，加大廠內(nèi)設(shè)計(jì)坡度的方式，減少邊坡工程，從而給總平面和豎向設(shè)計(jì)帶來諸多困難。

以上特點(diǎn)均為本項(xiàng)目在山區(qū)建廠下的不利條件，使得本項(xiàng)目與其他建設(shè)項(xiàng)目相比，在建設(shè)條件方面具有明顯劣勢(shì)，它們帶來的影響最終主要體現(xiàn)在投資和安全方面。在總圖設(shè)計(jì)的過程中，豎向方案的研究探討以及不斷優(yōu)化，也是本項(xiàng)目的重中之重。

4 豎向設(shè)計(jì)方案研究

4.1 場地平整

一般情況下，平坦地區(qū)的場地總體布局比較靈活、相對(duì)容易，但山區(qū)的總體布局受地形、地勢(shì)、地質(zhì)等條件的影響。在選擇生產(chǎn)過程的布局時(shí)，要充分考慮豎向特點(diǎn)。同時(shí)，研究利用山地坡度，使生產(chǎn)順暢而有助于建筑物的布局并節(jié)省投資。山地工廠的總體布局往往沿山坡成群排列，但同時(shí)建筑布局盡量沿等高線布置，將主要生產(chǎn)車間和受交通方式限制的建構(gòu)筑物優(yōu)先布置在地勢(shì)比較開闊、地形比較平坦和地質(zhì)條件比較好的地段，保證物料進(jìn)出方便；對(duì)不受交通方式限制的輕型建構(gòu)筑物、堆場等，在滿足生產(chǎn)使用的條件下，可布置在場地的填方地段和廠區(qū)合適地方。

山區(qū)建廠的主要特點(diǎn)之一，就是具有陡坡和大的高差，整個(gè)廠區(qū)的豎向設(shè)計(jì)就需要調(diào)整土石方工程量，不斷地進(jìn)行挖、填方的驗(yàn)算與調(diào)配，以達(dá)到廠區(qū)內(nèi)部場地平整的最優(yōu)方案。根據(jù)以往的工程建廠設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，主要的生產(chǎn)裝置避免布置在填方過深的區(qū)段，以避免建構(gòu)筑物的基礎(chǔ)太深，增加工程投資費(fèi)用。另外，挖方略多于填方對(duì)整個(gè)工程建設(shè)較為有利，一方面可以省去外買石料的費(fèi)用；另一方面，余土除去場地表層棄土以及淤泥之外，剩余的也可作為廠內(nèi)外的道路路基使用等。

針對(duì)本項(xiàng)目而言，經(jīng)過總平面豎向方案的不斷優(yōu)化，充分結(jié)合地形條件、細(xì)化各功能區(qū)塊設(shè)計(jì)、優(yōu)化豎向標(biāo)高，使土石方工程總量盡可能少。由于廠區(qū)北側(cè)的山坡較陡，因此對(duì)北側(cè)場地平整的范圍進(jìn)行整體內(nèi)移；廠區(qū)東北側(cè)部分形成挖方高邊坡，經(jīng)反復(fù)研究討論，存在一定的安全隱患，因此也將東北側(cè)的場平邊界內(nèi)移。本著土石方工程盡量平衡或挖方略多于填方的原則，將南側(cè)的場平邊界也進(jìn)行優(yōu)化處理。本項(xiàng)目針對(duì)的石化廠區(qū)主要條件如下：

（1）主廠區(qū)場地平整面積約267公頃，其中，環(huán)評(píng)控制線范圍以內(nèi)177公頃，環(huán)評(píng)控制線范圍以外90公頃；主廠區(qū)場地平整范圍內(nèi)（不含廠外邊坡）平均填方深度約16m，平均挖方高度約13m；最高填方深度約49m，位于廠區(qū)東南側(cè)的鐵路裝卸線中部區(qū)域；最大挖方深度約52m，位于廠區(qū)南部區(qū)域。

（2）主廠區(qū)場地平整土方工程量（其中包含邊坡工程的土方量）：挖方1 783萬m3，填方1 773萬m3，包括清淤、棄方工程量在內(nèi)。

4.2 臺(tái)階、平坡混合式豎向設(shè)計(jì)

在山地建設(shè)化工廠區(qū)的過程中，豎向設(shè)計(jì)是重點(diǎn)和難點(diǎn)問題之一，與總體布局密切相關(guān)，包括道路運(yùn)輸和廠區(qū)排水的方方面面。相對(duì)于平坦地區(qū)總平布局采用單一的平坡布局，山區(qū)豎向設(shè)計(jì)側(cè)重于根據(jù)工藝特點(diǎn)和場地的自然地形條件提出相應(yīng)的解決方案減少土方工程，改善交通條件。本項(xiàng)目采用兩種布局方式：臺(tái)階式和平坡式。生產(chǎn)區(qū)或主生產(chǎn)車間盡量同處于一個(gè)臺(tái)階標(biāo)高，或者處于相鄰的兩個(gè)臺(tái)地，因地制宜、結(jié)合運(yùn)輸方式布置，形成工藝流程和物流無縫銜接的系統(tǒng)。污水處理、雨水收集等輔助設(shè)施則布置在廠區(qū)的相對(duì)低處。

4.3 邊坡支護(hù)工程

石化廠建設(shè)將包括開挖深基坑，并進(jìn)行邊坡支護(hù)工程，確保邊坡安全穩(wěn)定?，F(xiàn)階段，建設(shè)單位應(yīng)采取邊坡支護(hù)措施，并結(jié)合工程特點(diǎn)、地質(zhì)條件和場地限制等具體選擇，認(rèn)真分析、科學(xué)考慮，選擇最合適的一種邊坡支護(hù)方案。本項(xiàng)目擬采用排樁支護(hù)形式。排樁支護(hù)法主要是建立支樁的形狀，沿基坑周邊打樁，利用固定件形成支護(hù)結(jié)構(gòu)，以達(dá)到穩(wěn)定邊坡的目的。使用排樁支護(hù)對(duì)基坑的深度有一定的要求，當(dāng)基坑深度在6m以上時(shí)，一般采用熱樁錨固的邊坡支護(hù)方式。目前，常見的樁型分為間隙放置、在線放置、交錯(cuò)切向放置等?？筛鶕?jù)不同的土壤質(zhì)量和地下水防滲要求等選擇不同的放置方式。支座控制變形量，滿足相應(yīng)的技術(shù)條件。

4.4 生產(chǎn)裝置與豎向設(shè)計(jì)相結(jié)合

在山區(qū)條件下，廠區(qū)與外界、工作場所和廠區(qū)內(nèi)建筑物之間的物料運(yùn)輸路線通?？梢酝ㄟ^公路、管道、起重或物流運(yùn)輸方式相結(jié)合的方式解決。對(duì)于一些可以直接通過公路的工作場所，物料運(yùn)輸可以是公路運(yùn)輸，也可以與管道、吊裝等其他運(yùn)輸方式相結(jié)合。對(duì)于一些道路運(yùn)輸難以直接進(jìn)入人們工作場所，只能使用管道、起重設(shè)備等運(yùn)輸材料。本項(xiàng)目擬利用公路+鐵路相結(jié)合的方式進(jìn)行總圖運(yùn)輸。公路系統(tǒng)沿用廠區(qū)周邊的道路標(biāo)高，順坡進(jìn)入廠區(qū)內(nèi)部，豎向設(shè)計(jì)合理銜接；而布置在廠區(qū)東南側(cè)的鐵路系統(tǒng)，則充分利用鐵路站臺(tái)（1 275m標(biāo)高）與儲(chǔ)煤倉（1 250m標(biāo)高）接近25m的高差，形成一個(gè)天然的運(yùn)煤卸車過橋點(diǎn)，節(jié)約了能耗。

4.5 總平面方案考慮的主要因素

本項(xiàng)目在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，總平面的優(yōu)化進(jìn)程，實(shí)際上也是豎向方案的不斷優(yōu)化，結(jié)合上述幾項(xiàng)豎向影響因素，總平面的設(shè)計(jì)考量綜合如下：

（1）壓縮用地面積，減少場平工程量。在用地范圍的北、西、南三側(cè)將場地平整邊界線向內(nèi)收縮，減少高邊坡治理的工程量和費(fèi)用。其中，北側(cè)后退15~100m；西側(cè)后退80~140m；南側(cè)后退15m。廠區(qū)東南側(cè)用地邊界完全避讓大龍井出水口和以沖溝泄水通道，取消大龍井水系治理工程。

（2）經(jīng)過土方平衡計(jì)算，對(duì)場地平整工程采用的臺(tái)地?cái)?shù)量進(jìn)行了比選，經(jīng)測算，三個(gè)臺(tái)地的方案比兩個(gè)臺(tái)地的方案減少土方量約60萬m3，節(jié)約場地平整費(fèi)用約3 000萬元。

（3）主要生產(chǎn)裝置集中布置，物料流程短捷；同時(shí)，所占場地大部分位于挖方區(qū)和淺填方區(qū)，有利于節(jié)約建設(shè)投資，也有利于避免深填方區(qū)地面沉降給裝置生產(chǎn)帶來的安全隱患；

（4）空分設(shè)施布置于廠區(qū)中北部，位于主導(dǎo)風(fēng)向的上風(fēng)向，空分吸入口處空氣質(zhì)量較好，有利于生產(chǎn)安全。

（5）中控室和消防站等人員集中場所，遠(yuǎn)離生產(chǎn)裝置布置于東部的廠區(qū)邊緣地塊內(nèi)，可以滿足設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)人員集中場所安全布置的嚴(yán)格要求，有利于保障員工的人身安全和身體健康。

（6）原煤輸送路線在西側(cè)和南側(cè)，成品運(yùn)輸路線在北側(cè)，人流路線在廠區(qū)中部，做到黑白分離、人貨分流、互不干擾。

5 結(jié)束語

在山區(qū)選址的情況下，廠區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)要充分分析場地的條件和特點(diǎn)、生產(chǎn)過程與地形利用的關(guān)系，解決山區(qū)設(shè)計(jì)中的具體問題，建立工廠并采用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)方案來解決問題，使相應(yīng)設(shè)計(jì)既滿足了工藝流程和生產(chǎn)管理的需要，又因地制宜，降低了成本，成為經(jīng)濟(jì)合理的杰作。