珠江三角洲大徑流對港珠澳大橋沉管隧道施工的影響

宿發(fā)強(qiáng)，李進(jìn)，寧進(jìn)進(jìn)，張建軍

（中交一航局第二工程有限公司，山東 青島 266071）

珠江三角洲大徑流對港珠澳大橋沉管隧道施工的影響

宿發(fā)強(qiáng)，李進(jìn)，寧進(jìn)進(jìn)，張建軍

（中交一航局第二工程有限公司，山東 青島 266071）

目前正在施工的港珠澳大橋沉管隧道位于珠江三角洲徑流的影響范圍內(nèi)，為了掌握大徑流對沉管安裝的影響，開展了潮位、流場和海水密度等一系列實時觀測。通過現(xiàn)場實測，珠江三角洲汛期帶來的大徑流，一方面影響流速，另一方面影響海水密度和濁度等。大徑流對沉管施工影響顯著，尤其對沉管浮運拖航和沉放對接等關(guān)鍵工序影響極大。

港珠澳大橋；沉管；徑流；潮位；流速

1 概述

伶仃洋是一個寬而淺的喇叭狀海灣，它匯集了珠江八大口門中的東部4個口門的來水來沙。進(jìn)入伶仃洋的平均流量約5 663 m3/s，徑流總量約1 792億m3/a，近年來其出流量約占珠江出?？偭康?5%，洪季徑流量占全年的80%，枯季的徑流量僅占20%。

2014—2015年珠江三角洲三大口門（高要、石角、博羅）日徑流量在4月至9月顯示出明顯的洪季特征，大約占年徑流總量的80%，特別是在6月至8月，流量急劇增大，3個月占年徑流量的50%以上，而從10月開始到次年3月則為枯季[1]。

港珠澳大橋島隧工程沉管隧道穿越珠江口廣州、深圳西部港區(qū)出海主航道，沉管段長5 664m，共有沉管33節(jié)。沉管截面采用兩孔一管廊形式，標(biāo)準(zhǔn)沉管長180m，寬37.95 m，單節(jié)重75 000 t。珠江三角洲的南江、北江和西江3個口門距離施工區(qū)的直線距離約為170 km、180 km和120 km。

該項目的沉管是目前世界上體量、重量最大的預(yù)制鋼筋混凝土構(gòu)件，沉管迎流面積大，最大迎流面積超過2 000 m2。為了降低施工風(fēng)險，沉管浮運安裝只能在小潮汛期進(jìn)行，并在沉管浮運和安裝過程中對現(xiàn)場流速有嚴(yán)格的限制。施工區(qū)進(jìn)入汛期后，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場實測流速存在一定變化，為此開展了汛期徑流對施工區(qū)影響的研究。本文主要分析小潮汛期施工區(qū)徑流引起潮位和流速的變化情況。

伶仃洋潮汐類型屬于不規(guī)則的半日混合潮。從實測潮位過程曲線分析，不等現(xiàn)象明顯，其中大潮期間日潮現(xiàn)象較明顯，小潮期間半日潮現(xiàn)象顯著，中潮介于兩者之間。漲潮的流向以偏N為主，落潮的流向多為偏S。

工程水域高潮位由外海向珠江口內(nèi)逐漸增大，低潮位由外海向珠江口逐漸降低，潮差也有由外海向珠江口內(nèi)逐漸增大的趨勢[1-2]。

2 2015年5月份與2014年同期實測數(shù)據(jù)對比

2015年5月22日—26日（四月初五—初九）和2014年5月3日—7日（四月初五—初九）為小潮汛期，觀測期三大口門徑流情況統(tǒng)計見圖1。2015年5月22日—26日日徑流量均超過35 000 m3/s，比2014年同期增大超27 000m3/s。

圖1 2015年5月份與2014年同期實測徑流情況對比圖Fig.1 Com parison of themeasured runoff conditionsover thesame period in May 2015 and 2014

2.1 潮位對比

從2015年5月22日—26日小潮汛期與2014年同期的潮位比較看，二者的潮位波形接近，2015年整體潮位偏高；2015年的高高潮的漲潮、落潮潮差較2014年同期大，落潮最大潮差較2014年大約0.20 m，漲潮最大潮差較2014年大約0.15m；小潮汛期的次高潮漲潮落潮和2014年變化不明顯。潮位對比情況見圖2。

圖2 2015年5月份與2014年同期實測潮位情況對比圖Fig.2 Com parison of themeasured tide conditionsover the same period in M ay 2015 and 2014

2.2 表層流速對比

從2015年5月22日—26日小潮汛期與2014年同期的表層2～3 m流速比較看，二者的流速相差較大，平均偏大近20 cm/s；其中2015年高高潮落極流速增大較多，最大流速超過120 cm/s。表層流速對比情況見圖3。

圖3 2015年5月份與2014年同期實測表層流速情況對比圖Fig.3 Com parison of themeasured surface current speed conditions over the sam e period in M ay 2015 and 2014

2.3 平均流速對比

從2015年5月22日—26日小潮汛期與2014年同期的表層10m平均流速比較看，二者的流速相差較大，平均偏大近8 cm/s；其中2015年高高潮落極流速增大較多，最大流速超過100 cm/s。表層10m平均流速對比情況見圖4。

圖4 2015年5月份與2014年同期實測10m平均流速情況對比圖Fig.4 Com parison of themeasured 10m average speed conditions over the sam e period in M ay 2015 and 2014

3 海水濁度、密度變化

3.1 濁度變化

通過現(xiàn)場實測，2015年5月海水濁度明顯提高，濁度是2014年同期的4～5倍。高渾濁帶位于水面下5～20m區(qū)域，最大濁度約為45 NTU。

3.2 密度變化

從現(xiàn)場實測的海水密度看，落潮期海水表層10 m幾乎為淡水；在水深10 m處存在強(qiáng)的密度躍層，10 m以下為海水。

4 大徑流對沉管安裝的影響分析

2015年6月在日徑流量近15 000 m3/s的情況下進(jìn)行了一節(jié)沉管的浮運安裝，施工中發(fā)現(xiàn)徑流對沉管安裝影響巨大，增加了沉管安裝期間的施工難度和風(fēng)險。

沉管出塢浮運期間，尤其高潮的落極時，實測流速遠(yuǎn)超過預(yù)報值，沉管出塢和拖航難度增大，現(xiàn)場只得進(jìn)行抗流等待。

大徑流引起海水渾濁增大，對潛水作業(yè)水下可視距離、探摸檢查、測量結(jié)果造成直接影響；影響水下可視化系統(tǒng)效果；對深水定位系統(tǒng)的精度造成影響；增加基槽的回淤量。

由于海水密度存在較大變化，沉管在沉放過程中需要不斷調(diào)整壓載水和纜繩，以控制沉管姿態(tài)，增加多個施工步驟，施工難度明顯加大。

5 應(yīng)對措施

針對沉管浮運、安裝特點和大徑流對浮運安裝影響制定相應(yīng)措施，主要為：

1）選擇合適的作業(yè)窗口。

2）在浮運、安裝關(guān)鍵區(qū)域設(shè)置現(xiàn)場測流船、海水密度測量設(shè)備，實時了解現(xiàn)場流速、密度等情況。

3）增加拖輪，保證沉管浮運安全。

4）沉放過程中注意觀察負(fù)浮力變化，及時進(jìn)行壓載水調(diào)整。

5）制定大徑流應(yīng)急預(yù)案。

6 結(jié)語

通過現(xiàn)場實測潮位、流速的對比分析，珠江三角洲的大徑流對施工現(xiàn)場的流場影響明顯，特別是對落極流速影響較大。從實測海水鹽度和濁度數(shù)據(jù)看，大徑流期間海水濁度、密度變化顯著，對沉管安裝、基礎(chǔ)回淤影響較大。

針對大徑流對沉管施工的影響，項目部制定了一系列應(yīng)急措施，盡最大努力將施工風(fēng)險降到可接受狀態(tài)。

[1] 陳志民，蔡南樹，辛文杰.珠江口伶仃洋航道的回淤分析[J].海洋工程，2002（20）：61-68. CHENZhi-min,CAINan-shu,XINWen-jie.Analysison the sedimentation of the Lingdingyang channel in the Zhujiang estuary[J]. The Ocean Engineering,2002(20):61-68.

[2]陳相銓，朱良生，王青，等.珠江伶仃洋余流垂向分布的季節(jié)變化及其與徑流的關(guān)系研究[J].熱帶海洋學(xué)報，2010（29）：24-28. CHEN Xiang-quan,ZHU Liang-sheng,WANG Qing,et al.Seasonal variation of vertical profiles of residual currents in the Lingdingyang Estuary and its correlation with runoff of the Pearl River[J].Journalof TropicalOceangraphy,2010(29):24-28.

[3] 岳遠(yuǎn)征，寧進(jìn)進(jìn)，湯慧馳.珠江三角洲強(qiáng)降雨對伶仃洋海域潮汐、海流的影響淺析[J].中國水運，2014，14（11）：197-198. YUE Yuan-zheng,NING Jin-jin,TANG Hui-chi.Influence of Pearl River Delta＇s heavy rainfall of on tide and current of Lingdingyang[J].ChinaWater Transport,2014,14(11):197-198.

Influence of Pearl River Delta＇s large runoff on the Hongkong-Zhuhai-M acao Bridge immersed tunnel construction

SU Fa-qiang,LIJin,NING Jin-jin,ZHANG Jian-jun
（No.2 Eng.Co.,Ltd.ofCCCCFirstHarbor Engineering Co.,Ltd.,Qingdao，Shandong 266071,China）

The Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge immersed tunnel projectunder construction is in the range of the influence of Pearl River Delta＇s runoff.In order to get the large runoff effects on immersed tube installation,we carried on a series of observation and research on tide,current,and seawater density.The large runoff from Pearl River Delta flood season has influence on current,seawater density and turbiditywithin actualmeasurement.Ithas agreat influence on the immersed tunnel construction,especially on the key processesof immersed tube floating and sinking.

Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge；immersed tube;runoff；tide level；current

U455.2

A

2095-7874（2015）11-0001-03

10.7640/zggw js201511001

2015-10-19

宿發(fā)強(qiáng)（1962— ），男，山東青島市人，副總經(jīng)理，一航局副總工，港口工程機(jī)械專業(yè)，主要從事工程施工及技術(shù)管理。E-mail：635945636@qq.com