深中通道鋼殼沉管浮運(yùn)安裝決策系統(tǒng)

宿發(fā)強(qiáng)

（中交第一航務(wù)工程局有限公司，天津 300461）

0 引言

深中通道地處珠江口核心區(qū)域，北距虎門大橋約30 km，南距港珠澳大橋約38 km，項(xiàng)目起于廣深沿江高速機(jī)場(chǎng)互通立交，西至中山馬鞍島，終于橫門互通立交，主體工程全長(zhǎng)約24.0 km。海中沉管隧道設(shè)計(jì)時(shí)速100 km/h、雙向八車道建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，采用兩孔一管廊橫斷面結(jié)構(gòu)。隧道全長(zhǎng)6 845 m，其中沉管隧道全長(zhǎng)5 035 m，由32個(gè)管節(jié)組成，標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)長(zhǎng)165 m，最終接頭設(shè)置在E22與E23之間[1]。

1 沉管浮運(yùn)安裝的特點(diǎn)

1.1 技術(shù)含量高

用預(yù)制管節(jié)沉放法修建水下隧道，在工程環(huán)境、施工工藝、工序銜接、精度控制等方面都是土木工程建設(shè)中最復(fù)雜、最困難的[2]。

1.2 無(wú)規(guī)范可循

因?yàn)槌凉芩淼澜ㄔ旒夹g(shù)具有跨專業(yè)、跨行業(yè)、跨學(xué)科的特點(diǎn)，至今還沒(méi)有一套完整的、適用的沉管隧道專業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范或規(guī)程可供參照，亦即沉管隧道工程是在解決一系列難題的過(guò)程中建設(shè)完成的。

1.3 影響面廣

沉管隧道尤其是跨海隧道涉及環(huán)保、航運(yùn)等外部環(huán)境的制約因素，又涉及政府、企業(yè)等社會(huì)方面的關(guān)聯(lián)因素，諸多方面的訴求需要協(xié)調(diào)和妥善處理，其中影響最嚴(yán)重的為社會(huì)航道占用，由于深中通道沉管浮運(yùn)長(zhǎng)度接近50 km，浮運(yùn)需要占用榕樹頭航道、伶仃航道和礬石水道，且占用時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)廣州港運(yùn)營(yíng)造成一定影響。

1.4 高風(fēng)險(xiǎn)

由于巖土和地下工程系統(tǒng)的固有特性（如水文地質(zhì)條件、周邊環(huán)境和施工技術(shù)等信息的不可預(yù)見(jiàn)性、多變性、不完整性和不確定性）和沉管隧道的行業(yè)特性以及人為因素等，導(dǎo)致各種風(fēng)險(xiǎn)事故頻繁發(fā)生[3-5]。僅以近年來(lái)新建的沉管隧道工程來(lái)看，出現(xiàn)基槽回淤、管節(jié)上浮、接縫漏水、浮運(yùn)中管節(jié)受損以及突發(fā)情況導(dǎo)致各類事故時(shí)有發(fā)生。

1.5 作業(yè)氣象窗口要求高

作業(yè)氣象窗口是指一個(gè)連續(xù)的時(shí)間段，在此期間水文、波浪、氣象條件滿足浮運(yùn)安裝作業(yè)要求。日本川崎港隧道、港珠澳大橋、深中通道沉管浮運(yùn)安裝均給出了明確的作業(yè)窗口限制條件[6-7]。港珠澳給出的作業(yè)窗口條件詳見(jiàn)表1。除了考慮風(fēng)浪流影響外，像深中通道、港珠澳大橋采用先鋪法基礎(chǔ)施工的，還需要考慮與回淤有關(guān)的因素影響，如徑流、含沙量等。

表1 浮運(yùn)作業(yè)窗口Table 1 Floating operation window

2 沉管浮運(yùn)安裝工藝簡(jiǎn)介

2.1 碎石墊層

深中通道項(xiàng)目沉管采用先鋪法碎石基床，碎石墊層采用橫向壟溝式結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，第1條壟中心線距離對(duì)接端3.4 m。

圖1 碎石墊層結(jié)構(gòu)示意圖（m）Fig.1 Schematic diagram of gravel cushion structure(m)

碎石墊層施工前后，需分別對(duì)基槽回淤情況進(jìn)行確認(rèn)，滿足以下要求方可進(jìn)行后續(xù)施工，清淤標(biāo)準(zhǔn)為：密度＞1.26 g/cm3的回淤沉積物厚超過(guò)4 cm，或者密度＞1.15 g/cm3的回淤沉積物厚超過(guò)8 cm；監(jiān)測(cè)頻率為：管節(jié)沉放前每2～5 d一次；探摸每個(gè)管節(jié)不少于10個(gè)壟/溝。

2.2 二次舾裝

二次舾裝施工主要包括管頂、管內(nèi)舾裝件的安裝及沉管浮運(yùn)安裝系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)聯(lián)試工作。

2.3 浮運(yùn)安裝

在碎石墊層和二次舾裝完成后，經(jīng)過(guò)決策后進(jìn)行管節(jié)的浮運(yùn)安裝作業(yè)。

深中通道沉管采用浮運(yùn)安裝一體船“一航津安1”進(jìn)行浮運(yùn)安裝，一體船是集沉管浮運(yùn)、定位、沉放和安裝等綜合作業(yè)于一體的專業(yè)沉管施工船舶。結(jié)合一體船的特點(diǎn)，在航道寬度較為富裕的航段采用“手動(dòng)操舵”方式，在寬度較為狹窄的航段采用“DP自動(dòng)循跡”方式浮運(yùn)。

浮運(yùn)管節(jié)至系泊位置系泊等待，通過(guò)錨纜絞移至安裝位置，壓載下沉。管節(jié)安裝通過(guò)一體船的沉放系統(tǒng)進(jìn)行作業(yè)，管節(jié)頂部安裝2個(gè)測(cè)量塔用于測(cè)控定位，管節(jié)對(duì)接通過(guò)水下千斤頂拉合和水力壓接共同完成。

3 沉管浮運(yùn)安裝決策體系

基床整平、沉管浮運(yùn)安裝之前，需要通過(guò)管節(jié)浮運(yùn)安裝決策體系確定作業(yè)窗口，并按照施工準(zhǔn)備、回淤預(yù)判、氣象預(yù)報(bào)和海事協(xié)調(diào)等項(xiàng)目的確認(rèn)情況，判斷是否可以開展下一步施工，為此，組建管節(jié)浮運(yùn)安裝決策體系，通過(guò)簽字確認(rèn)和會(huì)議紀(jì)要的形式確定是否作業(yè)[8]。

3.1 組成單位

按照不同的分工，沉管施工決策體系由各方參加單位組成，職能分工見(jiàn)表2，組織架構(gòu)見(jiàn)圖2。

表2 參與單位主要決策職能Table 2 Main decision-making functions of involved units

圖2 決策體系及流程示意圖Fig.2 Decision-making system and flow chart

3.2 決策流程

以會(huì)議的形式完成沉管施工決策流程，決策會(huì)議主要分為兩部分，包括海事[9]方面決策會(huì)和施工決策會(huì)，具體決策會(huì)議安排見(jiàn)表3、表4。

表3 海事工作布置會(huì)表Table 3 Maritime work arrangement meeting table

表4 沉管安裝施工決策會(huì)統(tǒng)計(jì)表Table 4 Statistical table of decision-making meeting for immersed tube installation construction

4 E5管節(jié)決策實(shí)施情況

以2020年11月9日施工的E5管節(jié)為例說(shuō)明決策流程實(shí)施情況。

4.1 E5管節(jié)特點(diǎn)

E5為標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)，長(zhǎng)165 m，寬46 m，高10.6 m，重約8萬(wàn)t，是深中通道沉管隧道西島側(cè)斜坡段最后一節(jié)沉管，也是首個(gè)基礎(chǔ)過(guò)渡段管節(jié)，前147 m為DCM（水下深層水泥攪拌）復(fù)合地基，后18 m為天然地基。

E5管節(jié)計(jì)劃在11月中旬施工，氣象保障單位從歷史實(shí)況資料分析，11月影響施工區(qū)的主要天氣系統(tǒng)為冷空氣、冷高壓后部回流天氣、臺(tái)風(fēng)外圍環(huán)流。施工環(huán)境還受到季風(fēng)、臺(tái)風(fēng)的影響，特別是19號(hào)“天鵝”、20號(hào)“艾莎尼”以及21號(hào)“艾濤”，氣象條件有較大的不確定性，臺(tái)風(fēng)路線圖見(jiàn)圖3。

圖3 臺(tái)風(fēng)路線圖Fig.3 Typhoon route map

4.2 決策流程

E5管節(jié)碎石墊層鋪設(shè)、浮運(yùn)安裝在三重臺(tái)風(fēng)之間（圖3），為了搶抓窗口期，保證施工安全，相關(guān)單位按照計(jì)劃啟動(dòng)決策體系。受臺(tái)風(fēng)影響及臺(tái)風(fēng)引起的波浪掀沙回淤?gòu)?qiáng)度變大影響，在常規(guī)決策會(huì)的基礎(chǔ)上，10月29日—11月5日增加召開5次臨時(shí)氣象水文決策會(huì)，專業(yè)預(yù)報(bào)保障團(tuán)隊(duì)利用“外海沉管保障海洋預(yù)報(bào)系統(tǒng)”，經(jīng)過(guò)大量的資料分析、專家組會(huì)商及跟蹤預(yù)測(cè)，給出了精準(zhǔn)的安裝窗口期天氣、海浪、海流條件預(yù)報(bào)，確保了E5管節(jié)施工窗口的高效選擇。

4.3 現(xiàn)場(chǎng)施工情況

在10月29日召開的第1次決策會(huì)上，擬定從30日開始每日增加氣象水文決策會(huì)，密切關(guān)注臺(tái)風(fēng)情況，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，根據(jù)11月1日的臺(tái)風(fēng)進(jìn)展情況，已進(jìn)場(chǎng)的整平船暫不開展施工，原地進(jìn)行防臺(tái)。11月3日臺(tái)風(fēng)過(guò)后，開展現(xiàn)場(chǎng)的整平施工，11月8日完成碎石墊層鋪設(shè)施工。11月9日開展E5管節(jié)浮運(yùn)安裝施工，施工過(guò)程中，在管節(jié)出塢、沉放、水力壓接前，召開現(xiàn)場(chǎng)施工的決策會(huì)，各項(xiàng)施工數(shù)據(jù)滿足要求后，決策開展后續(xù)施工，施工全過(guò)程在沉管浮運(yùn)安裝決策系統(tǒng)的輔助下有序推進(jìn)，于11月10日凌晨順利完成E5管節(jié)沉放對(duì)接。

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)深中通道E1—E5沉管浮運(yùn)安裝作業(yè)，通過(guò)決策流程使項(xiàng)目各參與方更加深入了解待安管節(jié)的特點(diǎn)及風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，并通過(guò)氣象預(yù)報(bào)、回淤預(yù)警等專業(yè)單位技術(shù)支持，提前15 d對(duì)碎石墊層施工、浮運(yùn)安裝作業(yè)有了更加準(zhǔn)確的把控，海事單位同步結(jié)合施工計(jì)劃對(duì)航道使用情況進(jìn)行合理規(guī)劃。從目前實(shí)施情況看，深中通道沉管浮運(yùn)安裝決策體系改變傳統(tǒng)的決策方式，最大限度發(fā)揮參與方的積極性，極大的保證深中通道沉管浮運(yùn)安裝的安全，同時(shí)也為國(guó)內(nèi)甚至世界上的沉管、沉箱浮運(yùn)施工決策提供參考。