超大型沉管隧道最終接頭對接合龍施工演練

吳鳳亮，李家林，李金峰

（1.中交第一航務工程局有限公司，天津 300461；2.中交一航局第二工程有限公司，山東 青島 266071）

0 引言

針對港珠澳大橋沉管隧道最終接頭水下合龍焊接施工環境復雜、空間狹小、工作量大、施工難度高、施工周期超短這一超級難題，為使現場施工各項工作能夠保質、保量、按時完成，在上海振華重工南通重型裝備制造基地進行最終接頭現場合龍施工的模擬演練工作。

1 演練必要性

1）最終接頭的現場合龍施工是整個沉管隧道工程中施工風險最大、難度最高的工程[1-2]。施工作業環境處于GINA止水帶的臨時止水狀態下，未有相關施工經驗，必須通過模擬演練形成安全保障機制、提高現場施工效率，降低施工風險。

2） 鋼接頭箱體內部作業受到嚴重的空間限制，施工人員長時間處于非常狹小的空間中施工，必須通過演練，掌握施工人員的適應能力和承受能力，并解決在狹小空間內作業工效難題、施工安全問題及交叉作業問題等。

3）HSE管理與保障難度非常大。最終接頭兩側結合腔內面臨通風差、濕度高、封閉箱體內作業、高空作業、立體交叉作業、長時間輪班作業都給HSE現場管理帶來前所未有的挑戰。

4）現場焊接工作量巨大，焊縫總長度超過2 000 m，全部為熔透焊，必須通過UT/MT探傷檢測，施工難度非常高，特別是仰焊和立焊作業返修風險極大。必須經過演練找出最可行、最合適、風險最小的焊接施工工藝，提高一次合格率。

5）鋼接頭接合腔內運輸連接板數量多，且在狹小空間內運輸受到很大限制，同時需將施工工具、設備、HSE等大量物資運輸至結合腔內，而起重設備無法穿越封門人孔，只能依靠人力搬運。為保證工效，降低人員勞動強度，提高施工安全系數，必須進行模擬演練。

6） 考慮到鋼接頭內部合龍作業過程中的通風、職業健康及安全保障風險極大，而且由于工程總工期的局限，對施工效率的期望值非常高。必須通過演練分析、方案比選和評價，優化施工工效，形成最佳方案。

2 演練目的

為應對最終接頭水下合龍焊接施工難題，對施工方案進行演練、驗證和優化，以確保港珠澳大橋島隧工程安全、環保、高效完成。

1）模擬施工現場實際作業環境，通過演練驗證各項HSE措施的可行性與可靠性，發現并修正HSE應急預案的操作性和執行程序中的缺陷，保持預案的科學性和有效性。

2）驗證鋼接頭現場焊接施工方案的可行性，在演練施工過程中不斷優化施工方案。

3）研究實現“超短周期完成鋼接頭焊接”工效目標，通過多方案專項焊接演練，選擇最可行、最高效方案。

4）實現培訓。讓每一位進入接合腔內進行鋼接頭焊接的施工人員熟悉施工環境、工作內容和工作要求，做到專人專事、職責分明；做到演練內容與實際情況完全相同，確保每位施工人員在正式作業時有條不紊地完成鋼接頭的焊接作業。

5）驗證施工過程中人、機、料、法、環等要素正確性、合理性，演練完成后進行分析、總結、評價及完善，確保最終接頭現場對接施工能順利完成。

3 演練模型

3.1 模型設計

1）模型設計滿足演練目的，能夠充分還原現場施工環境和作業狀態。

2）從結構形式上分析，最終接頭截面形狀成“回”字形，且結構對稱。

3）施工人員和相應設施、機具主要集中在鋼接頭內、外圈對接區域。

4）模型設計形式盡可能簡約，便于模擬演練前的短周期制備。

綜合考慮上述因素，以最終接頭與管節鋼帽對接區域為藍本[3]，選取鋼接頭1/3結構部分進行等比例設計；同時在確保順利模擬現場合龍全流程施工的前提下，對鋼接頭模型的結構形式進行了適當簡化，如圖1所示。

圖1 演練模型Fig.1 Exercise model

3.2 模型結構

為保證本演練能夠真實體現現場實際作業，演練模型采用1∶1比例制作成最終接頭橫斷面尺寸的2/3，長度25 m，立面高度11.4 m，寬度4 m，總重約160 t。本體主要由頂部結構、側墻結構、底部結構、中墻、封墻及端封門組成，形成近似于鋼接頭實物2/3的模擬段。其中，頂部結構、側墻結構和底部結構均采用箱體結構的設計形式，材質均為Q235；封墻和端封門采用板件附帶加勁肋的設計形式，加勁肋采用槽鋼和角鋼，材質亦為Q235。

為確保演練效果的真實性，模擬設計了部分頂推小梁支撐和調節防撞結構。

4 演練策劃

結合PDCA循環改進機制，將演練方案實施總體路線設定為：制定方案→方案演練并優化→優化后方案再演練。

通過演練和持續改進機制對方案進行優化并最終固化，確保在現場惡劣環境條件下可以安全、高效、保質保量的完成最終接頭的現場合龍任務。

最終接頭箱體內的作業人員布局及焊接順序如圖2所示。

圖2 作業人員布局及焊接順序示意圖Fig.2 Workforce layout and welding order

5 演練內容

5.1 演練實施階段

1）單項演練階段。通過多種方法分別論證每一分項工作在狹小空間內的可操作性和相應工效，分析、比選出單項最佳方案。演練內容包括施工全流程中的清理準備、工裝解綁及拆除、連接件搬運及裝配、連接件測量與余量配切[4-5]、全位置焊接及檢測、HSE管理與保障措施等各項工作。

2）綜合優化演練階段。主要模擬在既定施工流程、工效時間以及HSE組織要求下，驗證各項施工交叉作業、穿插工序間相互配合默契程度；驗證現場施工組織可行性；評估24 h連續作業情況下施工班次合理性，以及夜間施工人員的工作狀態；對各項施工環節進行同步改善和優化，形成一整套可行、高效的施工方案。

3）系統培訓演練。根據綜合優化演練后總結出的詳細施工步驟，組織施工人員進行系統培訓演練。通過系統培訓強化各工種施工人員作業水平、操作熟練度及安全意識；固化各項作業標準、操作流程和動作要素。通過專項考核機制確保全體人員從安全、質量、工效、施工組織等多方面達到演練預期要求，最終確立鋼接頭現場對接施工標準和專項機制。

4）總體實戰演練。在系統培訓演練完成后，臨近鋼接頭實物現場施工之前開展實施。根據固化后的施工流程、作業標準和工效，設計、組織一次全流程、全員參與的現場模擬實戰演練，系統驗證各項施工組織、HSE保障措施及應急預案的可靠性。

5.2 演練內容

1）單項演練分類及演練內容、演練目標如表1所示。

表1 單項演練分類Table 1 Individual exercise categories

2） 綜合優化演練

將單項演練階段中各項環節的最佳施工方案進行組合后，按照全流程施工步驟進行一次或多次完整的全過程演練。

3） 系統培訓演練

包括單項演練、綜合演練過程中總結制定出的各項優化措施、操作步驟、作業方法、施工流程等要素。針對這些培訓要素，通過制定考核評定機制，判斷各類施工人員的作業水平和現場施工素養。

4） 總體實戰演練

在綜合演練、系統培訓的基礎上，結合超短周期完成最終接頭現場合龍施工的目標要求，經過精心策劃后進行一次或多次全流程和全員參與演練。所有赴現場進行最終接頭安裝施工的管理人員、作業人員、檢驗人員、后勤保障人員、醫護人員等都應參與到總體演練中。

6 演練評價與總結

6.1 演練評價

為確定演練是否達到既定目標和要求，以及評價各項應急組織指揮人員、應急響應人員完成任務的能力，在演練覆蓋區域的關鍵地點和各參演應急組織的關鍵崗位上，派駐公正的評價人員，全面、正確地評價演練效果。

評價人員主要是觀察演練的進程，記錄演習人員采取的每一項關鍵行動及其實施時間，訪談演習人員，要求參演組織提供文字材料，評價參演組織和演習人員的表現并反饋演習發現。

按對人員生命安全、施工的影響程度將演習發現劃分為3個等級，從高到低分別為不足項（B）、整改項（Z）和改進項（G）。

6.2 演練總結

根據評價人員在演練過程中收集和整理的資料，以及從演練人員和總結會中獲得的信息編寫成演練總結報告。確定導致某問題的根本原因、糾正方法、糾正措施及完成時間，對演練中的不足項和整改項的糾正過程實施追蹤，監督檢查糾正措施的進展情況。

對演練過程中出現的人員組織問題，安全措施問題、工藝方案問題進行總結、分析，優化演練方案，組織進行二次演練。通過不斷的演練、不斷的方案優化制定最終的實施方案，確保在現場惡劣環境條件下可以安全、高效、保質保量的完成鋼接頭的焊接任務。

7 結語

港珠澳大橋沉管隧道最終接頭水下合龍焊接施工演練是港航施工領域史無前例的一次偉大創舉，按照演練人員即為參戰人員和定點、定人、定崗、定時、定編（鋼接頭編號）原則，全員覆蓋，歷時3個月，嚴格考核，優勝劣汰，遴選出200余名優秀的焊接施工和管理人員參加水下施工，為港珠澳大橋島隧工程的順利貫通奠定了堅實的基礎。