石化厂区在山地条件下的总图竖向设计思考

顾巍冬

（中石化上海工程有限公司，上海 200120）

1 背景概述

中国石化产业在空间布局上，呈现着“沿海强、内陆弱”“北方强、南方弱”的格局特征，石油化工厂以往大多都是聚集性地建设，诸如长三角地区、环渤海地区、珠三角地区等，靠近原料及上下游产品的供应，且物流方便，可以节约企业的运行成本；以上地区均属于平原地区，企业的建设成本相对少许多。但随着全国经济建设的全面发展，西南等多山地条件的省份，原本被视作“不适宜”大规模建设石化产业的地区，如今的石化工厂也在如火如荼地建设着。

在山地条件下建设石化工厂，总平面布置受地形、地势、地质、气象、水文、交通等多方面的自然条件影响和制约。要布置好全厂总平面，就需要掌握好场地的特点，结合工厂生产工艺流程、原料/产品运输方式及路线，尤其需综合考虑厂区竖向设计。本文以西南某省山区新建石化厂项目为例，针对总图竖向设计方面涉及的问题进行研究探讨。

2 石化企业竖向设计的意义

石化企业的竖向设计是总体布局和总图运输设计的一部分。除了使用坐标来确定建筑物和道路的平面位置外，还应使用竖向标高来确定立面的位置。建筑物、构筑物、道路等位置是固定的，合理的竖向设计节省了土地，减少了基础设施投资和建设进度，也为石化企业的安全生产经营管理带来了显著的效益。合理最大化和改造原有的自然地形，根据石化工艺的需要、建筑物和构筑物的布局以及消防和运输道路的要求，可以改变复杂的位置。竖向设计对山坡等原始自然地形和冲沟进行设计，这将成为化工企业的合适生产区。通过合理确定石化企业场地的竖向标高，可以减少土方量，保证厂区安全生产。场地平整后，如果设计的竖向标高过低或高于原始自然地形标高，则土方工作量会增加。工程量影响建设进度，增加基础设施投资。因此，化工企业场地的竖向高程精度不仅是对总体布局合理性的考验，也是减少石化企业基础设施投资的重要环节。

3 项目厂址特点

本项目位于西南某山区省份。厂址用地为高原山丘地带，主厂区规划用地约440公顷，主要包括管理区用地、辅助生产区用地、主要生产区用地和火炬设施区用地。整个项目建设用地总结下来，有如下几个特点：

1）厂址范围地势起伏大，东侧和中部低，最低标高约1 215m，西侧和南北两侧高，最高标高约1 320m，绝对高差约100m。地势起伏多变，山高谷深坡度大，导致土石方工程量居高不下，超高边坡支护工程不可避免。

2）项目厂址中部有纵向环评控制线穿越。环评控制线以西，即可以布置工艺装置的区域呈两山夹一沟的地形，场地平整工程量大；环评控制线以东，地形相对平坦，但是只能布置辅助设施，不能布置主体装置。

3）水治理及防山洪工程复杂：厂区周围的四面雨水均汇向厂区，只有一个出口，威胁厂区安全，再加上至少两处（西南+东南）涌出的地下水需要引流，导致截排洪工程十分复杂。

4）地下水污染防治任务重：厂址周边具有喀斯特地貌，地下水情况复杂。中华人民共和国环境保护部对本项目环境评价报告的批复意见要求采取多级防渗措施，严防污染地下水。而且明确要求：环保工程验收不合格，项目不得开工。

5）边坡支护方案问题突出：勘察资料显示，西北侧山体坡陡山高，且土质松软，为确保厂区安全，不适宜建设高边坡，只能通过避让，加大厂内设计坡度的方式，减少边坡工程，从而给总平面和竖向设计带来诸多困难。

以上特点均为本项目在山区建厂下的不利条件，使得本项目与其他建设项目相比，在建设条件方面具有明显劣势，它们带来的影响最终主要体现在投资和安全方面。在总图设计的过程中，竖向方案的研究探讨以及不断优化，也是本项目的重中之重。

4 竖向设计方案研究

4.1 场地平整

一般情况下，平坦地区的场地总体布局比较灵活、相对容易，但山区的总体布局受地形、地势、地质等条件的影响。在选择生产过程的布局时，要充分考虑竖向特点。同时，研究利用山地坡度，使生产顺畅而有助于建筑物的布局并节省投资。山地工厂的总体布局往往沿山坡成群排列，但同时建筑布局尽量沿等高线布置，将主要生产车间和受交通方式限制的建构筑物优先布置在地势比较开阔、地形比较平坦和地质条件比较好的地段，保证物料进出方便；对不受交通方式限制的轻型建构筑物、堆场等，在满足生产使用的条件下，可布置在场地的填方地段和厂区合适地方。

山区建厂的主要特点之一，就是具有陡坡和大的高差，整个厂区的竖向设计就需要调整土石方工程量，不断地进行挖、填方的验算与调配，以达到厂区内部场地平整的最优方案。根据以往的工程建厂设计经验，主要的生产装置避免布置在填方过深的区段，以避免建构筑物的基础太深，增加工程投资费用。另外，挖方略多于填方对整个工程建设较为有利，一方面可以省去外买石料的费用；另一方面，余土除去场地表层弃土以及淤泥之外，剩余的也可作为厂内外的道路路基使用等。

针对本项目而言，经过总平面竖向方案的不断优化，充分结合地形条件、细化各功能区块设计、优化竖向标高，使土石方工程总量尽可能少。由于厂区北侧的山坡较陡，因此对北侧场地平整的范围进行整体内移；厂区东北侧部分形成挖方高边坡，经反复研究讨论，存在一定的安全隐患，因此也将东北侧的场平边界内移。本着土石方工程尽量平衡或挖方略多于填方的原则，将南侧的场平边界也进行优化处理。本项目针对的石化厂区主要条件如下：

（1）主厂区场地平整面积约267公顷，其中，环评控制线范围以内177公顷，环评控制线范围以外90公顷；主厂区场地平整范围内（不含厂外边坡）平均填方深度约16m，平均挖方高度约13m；最高填方深度约49m，位于厂区东南侧的铁路装卸线中部区域；最大挖方深度约52m，位于厂区南部区域。

（2）主厂区场地平整土方工程量（其中包含边坡工程的土方量）：挖方1 783万m3，填方1 773万m3，包括清淤、弃方工程量在内。

4.2 台阶、平坡混合式竖向设计

在山地建设化工厂区的过程中，竖向设计是重点和难点问题之一，与总体布局密切相关，包括道路运输和厂区排水的方方面面。相对于平坦地区总平布局采用单一的平坡布局，山区竖向设计侧重于根据工艺特点和场地的自然地形条件提出相应的解决方案减少土方工程，改善交通条件。本项目采用两种布局方式：台阶式和平坡式。生产区或主生产车间尽量同处于一个台阶标高，或者处于相邻的两个台地，因地制宜、结合运输方式布置，形成工艺流程和物流无缝衔接的系统。污水处理、雨水收集等辅助设施则布置在厂区的相对低处。

4.3 边坡支护工程

石化厂建设将包括开挖深基坑，并进行边坡支护工程，确保边坡安全稳定。现阶段，建设单位应采取边坡支护措施，并结合工程特点、地质条件和场地限制等具体选择，认真分析、科学考虑，选择最合适的一种边坡支护方案。本项目拟采用排桩支护形式。排桩支护法主要是建立支桩的形状，沿基坑周边打桩，利用固定件形成支护结构，以达到稳定边坡的目的。使用排桩支护对基坑的深度有一定的要求，当基坑深度在6m以上时，一般采用热桩锚固的边坡支护方式。目前，常见的桩型分为间隙放置、在线放置、交错切向放置等。可根据不同的土壤质量和地下水防渗要求等选择不同的放置方式。支座控制变形量，满足相应的技术条件。

4.4 生产装置与竖向设计相结合

在山区条件下，厂区与外界、工作场所和厂区内建筑物之间的物料运输路线通常可以通过公路、管道、起重或物流运输方式相结合的方式解决。对于一些可以直接通过公路的工作场所，物料运输可以是公路运输，也可以与管道、吊装等其他运输方式相结合。对于一些道路运输难以直接进入人们工作场所，只能使用管道、起重设备等运输材料。本项目拟利用公路+铁路相结合的方式进行总图运输。公路系统沿用厂区周边的道路标高，顺坡进入厂区内部，竖向设计合理衔接；而布置在厂区东南侧的铁路系统，则充分利用铁路站台（1 275m标高）与储煤仓（1 250m标高）接近25m的高差，形成一个天然的运煤卸车过桥点，节约了能耗。

4.5 总平面方案考虑的主要因素

本项目在实际设计过程中，总平面的优化进程，实际上也是竖向方案的不断优化，结合上述几项竖向影响因素，总平面的设计考量综合如下：

（1）压缩用地面积，减少场平工程量。在用地范围的北、西、南三侧将场地平整边界线向内收缩，减少高边坡治理的工程量和费用。其中，北侧后退15~100m；西侧后退80~140m；南侧后退15m。厂区东南侧用地边界完全避让大龙井出水口和以冲沟泄水通道，取消大龙井水系治理工程。

（2）经过土方平衡计算，对场地平整工程采用的台地数量进行了比选，经测算，三个台地的方案比两个台地的方案减少土方量约60万m3，节约场地平整费用约3 000万元。

（3）主要生产装置集中布置，物料流程短捷；同时，所占场地大部分位于挖方区和浅填方区，有利于节约建设投资，也有利于避免深填方区地面沉降给装置生产带来的安全隐患；

（4）空分设施布置于厂区中北部，位于主导风向的上风向，空分吸入口处空气质量较好，有利于生产安全。

（5）中控室和消防站等人员集中场所，远离生产装置布置于东部的厂区边缘地块内，可以满足设计规范对人员集中场所安全布置的严格要求，有利于保障员工的人身安全和身体健康。

（6）原煤输送路线在西侧和南侧，成品运输路线在北侧，人流路线在厂区中部，做到黑白分离、人货分流、互不干扰。

5 结束语

在山区选址的情况下，厂区规划设计要充分分析场地的条件和特点、生产过程与地形利用的关系，解决山区设计中的具体问题，建立工厂并采用适当的技术方案来解决问题，使相应设计既满足了工艺流程和生产管理的需要，又因地制宜，降低了成本，成为经济合理的杰作。