港珠澳大橋沉管隧道深基槽開挖典型施工分析

陳 東

（中交廣州航道局有限公司,廣州 510221）

港珠澳大橋沉管隧道深基槽開挖典型施工分析

陳 東

（中交廣州航道局有限公司,廣州 510221）

港珠澳大橋橫跨珠江口海域，沉管隧道基槽基本與水流垂直，基槽開挖具有斷面復(fù)雜、水流急，挖深大的特點(diǎn)，基槽最大開挖深度達(dá)48m，最大開挖泥層厚度約30m。施工過程中，為確保基槽開挖的平整度，需根據(jù)管節(jié)分段、縱坡、土質(zhì)、水深、季節(jié)等因素布置了多個原位典型施工。本文通過分析在水深大于40m以上及土質(zhì)為粘土、砂的施工工況下，抓斗挖泥船“金雄”輪的船舶適應(yīng)性及施工質(zhì)量，為深基槽段精挖施工及類似工程提供參考。

港珠澳大橋;隧道基槽;抓斗船;金雄;精挖

1 工程概況

港珠澳大橋島隧工程，起于粵港分界線（K5+972.454），沿23DY 錨地北側(cè)向西，穿越珠江口銅鼓航道、伶仃西航道，止于西人工島結(jié)合部非通航孔橋西端（K13+413），全長7440.546m。

圖1 港珠澳大橋平面布置示意圖

沉管隧道基槽長5664m，底寬41.95m，底標(biāo)高-16.3～-48.5m；橫向按1：2.5、1：3、1：5、1：7等不同坡比放坡，縱向采用3.098%、2.996%、1.613%、1.49%、0.3%等多種坡率組合，呈W 型布置，相對于一般為平底的疏浚工程，施工難度極大。

隧道基槽開挖分粗挖和精挖，粗挖為基槽底面以上2m處至海床面之間的部分，精挖為剩余部分。為確保基槽精挖質(zhì)量，保證基礎(chǔ)穩(wěn)定性，需根據(jù)管節(jié)分段、縱坡、土質(zhì)、水深、季節(jié)等因素布置了多個原位典型施工。（見圖2）

2 典型施工區(qū)域

根據(jù)項(xiàng)目進(jìn)度要求，計劃2012年7月上旬開始E11-E15管節(jié)段精挖作業(yè)，此施工區(qū)域?yàn)楸竟こ趟淼阑圩畲笏铋_挖段，土質(zhì)為粘土、砂。為此，項(xiàng)目部選取精挖典型施工范圍為：K10+843.00～K10+803.00，全長40m，寬度為51.95m，縱坡比為0.77%。根據(jù)縱坡變化以及船舶特性我們將該區(qū)域分為2條條形區(qū)域，每條條形區(qū)域?qū)挒?0m，開挖厚度為1m。

圖2 沉管隧道基槽縱向剖面圖

圖3 施工平面圖

3 精挖典型施工簡介

3.1 施工設(shè)備

本次典型施工設(shè)備為抓斗挖泥船“金雄”輪，總長68m，型寬25m，挖泥時吃水2.8m，斗容30m3，斗臂長28m，挖泥半徑14.9～21.4m，最大挖深75m。

圖4 “金雄”輪施工示意圖

3.2 施工過程

2012年6月28日，“金雄”輪開始進(jìn)行E11管節(jié)精挖典型施工。

精挖典型施工時間：2012年6月28日～29日；

精挖典型施工面積為： 51.95m×20m×2＝2078m2；

精挖開挖范圍及高程：K10+843.00～K10+823.00段開挖底標(biāo)高為44.01m，K10+823.00～K10+803.00開挖底標(biāo)高為44.16m（1985國家高程基準(zhǔn)，下同）；

水深檢測：精挖完成后立即對精挖典型施工區(qū)域進(jìn)行多波束測量；

平面控制：采用雙RTK接收器和船用姿態(tài)傳感器實(shí)現(xiàn)船舶的平面及姿態(tài)控制；

高程控制：利用挖泥船抓斗垂直方向上的桁架位置安放RTK接收器實(shí)現(xiàn)高程控制。

3.3 施工工藝簡述

施工前將擬開挖區(qū)域及標(biāo)高形成電子導(dǎo)航文件輸入船舶DDS系統(tǒng)。

（1）船舶根據(jù)導(dǎo)航文件實(shí)現(xiàn)就位，實(shí)時接收RTK信號進(jìn)行挖泥操作。

（2）為了避免漏挖現(xiàn)象的發(fā)生，抓斗船排斗時，條與條之間搭接寬度為1米。同時，相鄰斗之間搭接寬度為1/3的斗長或斗寬，如圖5所示。

圖5 “金雄”輪精挖平面布置圖

（3）施工過程中DDS系統(tǒng)自動實(shí)現(xiàn)對開挖過程的軌跡及施工數(shù)據(jù)記錄。

（4）完成開挖后對施工區(qū)域進(jìn)行檢測。

（5）根據(jù)檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，與原始施工數(shù)據(jù)記錄進(jìn)行比對，進(jìn)行施工工藝定型。

4 測試結(jié)果及數(shù)據(jù)處理

4.1 挖泥船錨固系統(tǒng)的穩(wěn)定性

參考潮汐預(yù)測表，以選取潮差較大的時段進(jìn)行穩(wěn)定性測試，本次測試日期為2012年6月28日，當(dāng)日最大潮位發(fā)生在下午13：00左右，在13：00～20：30時間段為退潮時段，潮差約為1.65m。選取潮流流速最大的時段，進(jìn)行RTK-GPS的平面點(diǎn)位信號采集，信號采集間隔為30s，共采集了435個點(diǎn)，測試“金雄”輪的錨固系統(tǒng)的穩(wěn)定性，平面點(diǎn)位見圖6。

根據(jù)采集的RTK-GPS平面點(diǎn)位數(shù)據(jù)信號可知，X坐標(biāo)中誤差為0.424m，Y坐標(biāo)中誤差為0.236m。表明該船在最大流速時，能保證船體穩(wěn)定，符合精挖要求。

4.2 定深平挖系統(tǒng)性能測試

4.2.1 開挖高程圖

精挖施工后的進(jìn)行多波束水深檢測，得到水深圖如圖7：

圖6 RTK-GPS平面點(diǎn)位圖

圖7 精挖典型施工高程圖

施工高程圖的高程數(shù)據(jù)按不同顏色進(jìn)行區(qū)分，劃分原則：根據(jù)島隧工程隧道基槽精挖的質(zhì)量要求，基槽槽底標(biāo)高允許偏差為-60cm～+40cm，偏差范圍介于-85cm～-60cm和+40cm～ +65cm的測點(diǎn)數(shù)量不超過20%。。基于此原則，劃分如下：

（1）偏差值介于+40cm～+65cm之間：粉色顯示，表示開挖深度不足，須控制數(shù)據(jù)比例；

（2）偏差值介于-60cm～+40cm之間：綠色顯示，表示在允許的超深范圍內(nèi)，符合設(shè)計要求；

（3）偏差值介于-85cm～-60cm之間：藍(lán)色顯示，表示開挖深度過大，須控制數(shù)據(jù)比例。

4.2.2 精挖高程的散點(diǎn)圖

圖8 精挖高程時間序列圖（44.01m）

圖9 精挖高程時間序列圖（44.16m）

由圖8可知，在269個測量數(shù)據(jù)中，絕大多數(shù)的測量數(shù)據(jù)偏差分布在-60cm～+40cm內(nèi)，少量數(shù)據(jù)在+40cm～+65cm之內(nèi)。

由圖9可知，在265個測量數(shù)據(jù)中，絕大多數(shù)的測量數(shù)據(jù)偏差值分布在-60cm～+40cm以內(nèi)，少量數(shù)據(jù)在+40cm～+65cm及-85cm～-60cm之內(nèi)。

4.2.3 精挖高程的餅圖

圖10 精挖高程餅圖（44.01m）

圖11 精挖高程餅圖（44.16m）

由圖10可知，精挖高程滿足設(shè)計要求的數(shù)據(jù)比例為100%，其中偏差值分布在-60cm～+40cm之內(nèi)的數(shù)據(jù)比例為98.8%，偏差值在+40cm～+65cm之內(nèi)的數(shù)據(jù)比例為1.2%。

由圖11可知，精挖高程滿足設(shè)計要求的數(shù)據(jù)比例為100%，其中偏差值分布在-60cm～+40cm之內(nèi)的數(shù)據(jù)比例為98.1%，偏差值在+40cm～+65cm之內(nèi)的數(shù)據(jù)比例為1.5%，偏差值在-85cm～-60cm之內(nèi)的數(shù)據(jù)比例為0.4%。

4.2.4 質(zhì)量分布圖（直方圖+正態(tài)分布圖）

圖12 水深點(diǎn)直方圖及正態(tài)圖（44.01m）

圖13 水深點(diǎn)直方圖及正態(tài)圖（44.16m）

從圖12、13可看出，精挖后的高程值分布較為集中，其中，精挖高程數(shù)據(jù)的σ（標(biāo)準(zhǔn)差）都非常小，分別為0.1273和0.1362，證明了“金雄”輪精挖系統(tǒng)開挖質(zhì)量穩(wěn)定，離散性小。

5 結(jié)論

（1）在潮流流速最大時，“金雄”輪的平面點(diǎn)位變化幅度很小，證明其錨固系統(tǒng)是穩(wěn)定的，可滿足本工程的定位精度要求。

（2）通過分析精挖后高程數(shù)據(jù)圖、散點(diǎn)圖、餅圖、質(zhì)量分布圖可知，在外界信號穩(wěn)定的條件下， “金雄”輪精挖系統(tǒng)比較穩(wěn)定，離散性小，施工工藝可行。

綜上，在水深大于40m以及土質(zhì)為粘土、砂的施工工況下，按照設(shè)計開挖標(biāo)高進(jìn)行高程控制得到的測定結(jié)果能滿足設(shè)計要求，可為本工程深基槽段精挖施工及類似工程提供參考。

[1]中交廣州航道局有限公司.抓斗挖泥船高精度開挖外海深水基槽施工工法.中交廣州航道局有限公司.SYGF-1-003-2012[S].

[2]中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計研究院有限公司.港珠澳大橋主體工程島隧工程施工圖設(shè)計第四篇隧道第二冊沉管段第三分冊《基礎(chǔ)施工圖（E6-S2-E23管節(jié)）》[K].2012(07).

[3]JTS257-2008,水運(yùn)工程質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[S].

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.22.073

陳東（1989-）,男,廣東廣州人,助理工程師,主要從事港口與航道工程施工管理。