内河大型沉管隧道基槽浚挖施工技术

□文/徐 捷 王朝辉

内河大型沉管隧道基槽浚挖施工技术

□文/徐 捷 王朝辉

基于我国高震区第一条内河沉管隧道，天津中央大道海河隧道工程为研究背景。该沉管隧道处在内河上施工[1]，浚挖量达53万m3，深度达20 m，河床多年未进行清淤工作，而且河道每日通航，施工难度大。通过施工技术研究，解决了河床淤泥土质导致边坡稳定性差以及需要交叉作业施工通航等施工技术与施工安全难题。

内河；大型沉管隧道；基槽；浚挖；边坡稳定

中央大道海河隧道全长4.2 km，穿越海河采用沉管法施工，管段分为3节，每节长85 m，管段宽度为46.6 m，高度为9.65 m，采用“三孔二管廊”形式设置，双向6车道。管段基槽浚挖是管段沉放前的重要分项工程，其作业质量是管段安放成功的前提条件之一，所以保证沉管基槽质量，即边坡稳定性，是基槽浚挖施工的关键。

1 工程概况

管槽浚挖范围，底边线为管段外侧墙边线向外2 m，总长243.8 m。浚挖面底标高为-19.512～-22.209 m，为减少基槽回淤量，适当放缓表层淤泥层范围内基槽边坡，坡比按1∶8开挖，适时在河道上下游基槽浚挖附近设置2条回淤槽，其他土层边坡按1∶4设置，设2级平台，平台宽2 m。浚挖量53万m3左右。浚挖至设计标高后，铺设60 cm厚碎石基础。沉管隧道浚挖见图1，基槽剖面见图2。水平面标高大约为1.2 m，实际施工标高测量以大沽高程为基准点。

图1 沉管隧道浚挖平面

2 技术要求

1）基槽浚挖达到设计的基槽几何尺寸要求，保证管段底面和基槽底之间的距离≮1 m，不得留有浅点；同时，保证基槽底边至隧道中心轴线的距离≮20.3 m。

2）基槽边坡应有足够的稳定安全度且应采取措施防止坡面的淤泥滑入槽底。

3）管段沉放前，应采取可靠措施清除沉放区域槽底的淤泥[2]且不得破坏槽底原状土，不得伤害已沉放的管段。清淤结束后，槽底以上10 m范围内的水体平均重度应≯10.05 kN/m3。

4）管段沉放前，应采取可信手段测量槽深、槽宽和沉放区域槽底以上10 m范围内竖向每隔1.5 m的水体密度，以此检测浚挖和清淤的质量。

5）基槽开挖面的底面平整度为0～±50 cm。

3 总体方案

施工机械安排，根据浚挖工程量与现场施工条件及工期要求，施工设备采用2 500 m3/h绞吸船1艘，1艘13 m3抓斗船[3]并配备2艘2 000 m3自卸泥驳船以及一些辅助船舶完成基槽浚挖及土方吹填设备。

浚挖施工，采用半幅通航、半幅施工的航道疏导方案，根据实际水深情况分区进行。将海河宽度范围分为5个施工区域先后进行施工。每个区域分层进行开挖，确保区与区之间搭接处无浅点。同时浚挖期间，绞吸船配套的排泥区管线的铺设应遵循加长泥浆流程安排适宜，减少泥浆砂粒流失和对环境影响的原则。

4 施工技术

采用“先绞吸船粗挖，后抓斗船与绞吸船精挖”的施工原则[4]。为保证基槽边坡开挖能够满足设计边坡需要，施工工艺采用分条、分层进行，边坡采用矩形阶梯开挖，进行上欠下超式开挖。

4.1 绞吸式挖泥船开挖

绞吸式挖泥船水上开挖为4个区，见图3。施工区域水面南北平均长215.0 m，东西平均宽166.0 m，平均土层厚度为15 m，河底隧道基槽挖宽为40.6 m。

图3 浚挖施工顺序分区

4.1.1 施工顺序

采用南北轴向开挖，施工顺序为先开挖1区，再开挖2区，然后开挖3区，最后开挖4区。具体做法，将挖泥船移至开挖起点E处，自南向北沿着开挖线进行开挖，同时接水上浮管150 m，1区完成后移船至2区起点F处自南向北进行开挖；同样2区完成后移船至3区起点E处，自北向南沿着开挖线进行开挖，同时水上浮管最长增至300 m，3区完成后移船至4区起点F处，自北向南沿着开挖线进行开挖，在挖泥船进行开挖过程中，水上浮管要抛锚固定，防止在水面上摆动。

4.1.2 边坡控制

根据该工程地质资料分析，工程范围土质较软，通过基槽浚挖试验回淤量检测分析，为减少基槽回淤量，适当放缓表层淤泥层范围内基槽边坡，坡比可取1∶8，其他土层按1∶4坡度开挖，基槽两侧边坡的控制可采用阶梯开挖方式进行。阶梯开挖原理：上欠下超，超欠平衡。这样可达到设计边坡要求。

4.1.3 挖深控制

根据该工程地质资料分析，开挖区土层厚度平均约16 m，为控制边坡，总体放坡3台阶，进行开挖，见图4。

首先按1区→2区→3区→4区顺序开挖第一层土体至-12.209 m，再按以上顺序开挖至-18.209 m，最后按以上顺序清底至设计标高-19.512～-22.209 m。细部边坡处开挖时，可根据实际情况，在总体放坡3台阶基础上才分8级开挖，开挖深度在2 m以内。

用挖机破除南北两岸坞口顶面混凝土、挖除素填土、凿除混凝土圈梁及挡墙、板桩(采用强力高频液压振动桩锤)，待障碍物清除后，绞吸船进场对南北两岸部分土体进行补挖并挖至设计标高。

4.2 抓斗船开挖方法

基槽两岸靠近圬口处的废旧码头及障碍物用破碎机及挖掘机剥离拆除后，用挖掘机开挖南北两岸水上土体至水下2 m深处后，抓斗船进场施工。

先进行南岸区域开挖，再进行北岸区域开挖，自东向西划分5个小的区域，见图5。

图5 抓斗船浚挖施工顺序

每区挖宽约40 m，由于近岸土层较厚，分4层开挖，开挖顺序为：①区第1层开挖至-6.209 m→②区第1层开挖至-6.209 m→③区第1层开挖至-6.209 m→④区第1层开挖至-6.209m→⑤区第1层开挖至-6.209 m，同样第2层继续分区开挖至-12.209 m，第3层分区开挖至-17.209 m，第4层分区开挖至-20.841 m，达到设计标高（水平面标高大约为+1.2 m，实际施工标高测量以大沽高程为基准点）。

挖泥作业时，自东向西开挖，分3层-12.209、-17.209、-22.209 m，每层按照10 m×10 m的方格网分块进行施工，根据每格土质和泥层厚度，确定下斗的间距并考虑水流情况，避免漏斗、叠斗。每开挖一块都进行水深自检。完成一个方格后，再依次移至下一方格。

抓斗船就位时在船艏抛八字锚，前左（右）锚作为控制前移方向，所抛方向与基槽方向夹角在35°～45°。前右（左）锚为控制船艏横移方向，所抛方向与挖槽方向＞45°船艉抛交叉锚，控制船艉横移方向。将船的左（右）舷对挖槽导向标，船艏对挖槽里程标进行精确定位。

边坡的坡度为1∶4，边坡位置处开挖时，分阶梯进行，高差2 m以内，即每分条挖宽约20 m；以船的中心线为基准，将船艏挖宽控制分为4等分并于船艏作上标记，控制小区域下斗的深度；一般以基槽外侧向内侧排斗，每增加一梯级深度减少20 m的挖宽。

4.3 浚挖质量控制

4.3.1 浚挖前测量

隧道基槽浚挖前，在交通艇上使用GPS配合测深仪测绘出开挖区水深图。

4.3.2 挖深控制

绞吸船机械检验，开工前要求对深度指示器进行校验。施工中各船密切注意绞刀电流或油压表的变化，与软硬土分界标高图进行比对，以确定软硬土分界标高并适当调整绞刀下放深度。

1）挖泥船根据施工设计要求，根据潮位和绞刀深度指示设备，适时调整绞刀下放深度，施工过程中定期校验并做好校验记录[5]。

2）根据施工土质和潮位变化情况，驾驶员及时调整绞刀横移速度，以便减少施工较硬土质的残留层。

3）施工下层时为确保验收，底层施工超深按0.3～0.5 m控制。

4）严格执行“一岗三测”制度[6]，认真做好记录；根据砣测自检深度与测深仪测深度误差规律，一般砣测水深比测深仪深0.2～0.3 m左右，因此要求自检超深按0.3 m控制并及时与测深仪检测图对比调整，总结挖深控制规律。

5）上层施工根据施工情况及时安排检测，下层施工1～2 d进行一次检测，及时掌握船舶挖深情况，以便进行调整，出图后由疏浚工程师及时送船指导施工。

4.3.3 挖宽控制

1）浚挖船只驾驶员利用DGPS显示控制定位施工，导航人员按规定定期校核DGPS，确保仪器定位精度。

2）每岗接班时候，应校核船位，保证钢桩在挖条中心线上，按GPS设定宽度并施工到位，为减少边坡塌方对边线质量的影响，摆到边线后应多吸一会儿再回摆。

3）挖槽边线超宽及分条接茬重合量按3 m控制。挖泥船长(或驾驶员）根据检测图反映情况不断总结边线控制规律，及时调整摆宽控制参数。

施工中，对疏浚区槽底平整、边坡要求，开挖深度按超深0.4 m、每边超宽3 m控制。为避免出现浅点，基槽验收采用测深仪加水铊校对的方法。

4.4 回淤测量及基槽维护[7]

根据回淤试验得到的回淤速度数据及特点，为预防基槽回淤对于管段基础质量的影响，采取设置储淤槽等措施，同时回淤清理，初步拟定清淤方式采用绞吸船清淤并平整基槽地面成型，二次清淤施工时间设在沉管段浮运前，隧道基础碎石摊铺完成之后。

4.5 内河浚挖通航疏导技术

为保证海河通航，制定通航期间避让的航道疏导方案[8]，避让时间与海河上提桥通航时间一致，通航期间将施工船只提前移至靠岸边，保证施工区域的主航道宽度与原主航道一致。

施工期间，距基槽轴线上下游200 m处设置禁航警示标志，划定施工区为禁航区。为满足夜间通航需要，在开挖区上下游航道内设置反光航标，以便夜间进行导航。停工避让期间，挖泥船、抓斗船及锚艇可打开停工避让警示灯，水上浮管每节可设反光带或停航指示灯，防止碰撞。与海事交管中心等有关部门保持联系，挖泥船和锚艇自身配有海事高频电话，并配置锚艇，在海河里可24 h待命，随时应对水上突发事件。

5 施工效果

通过内河隧道浚挖技术研究，提出了3步台阶，“上超下欠，超欠平衡”的阶梯式开挖技术并根据试验槽段浚挖，提出了科学、合理的综合坡率，地质淤泥层采用1∶8坡率，其他地质层采用1∶4综合坡率并合理利用浚挖船只布置，有效地控制了由于河床淤泥层堆积较厚，避免发生边坡塌陷事故。

同时制定内河浚挖航道疏导与淤泥检测方案，保证了河道施工安全以及隧道管段沉放对接质量，为后续沉管隧道沉放、对接打下了坚实的基础。

[1]夏凯峰.基槽开挖技术在内河码头建设中的应用[J].中国高新技术企业，2009，（19）：53-54.

[2]曹慧江，肖烈兵.港珠澳大桥岛隧工程沉管基槽开挖回淤强度研究[J].水运工程，2012，（1）：12-17.

[3]贺少辉，张 弥，王 磊，等.长江沉管隧道基槽开挖过程泥砂冲淤对环境的影响[J].北方交通大学学报，1999，（4）：56-60.

[4]孙素明.生物岛～大学城沉管隧道基槽炸礁技术[J].内江科技，2009，（7）：92-93.

[5]吴 蔚，马新军.管道深基槽开挖技术[J].广东建材，2008(7)：3.

[6]李志坚.过河管基槽开挖及基础处理的技术要点[J].中国给水排水，2011，（12）：1-4.

[7]王照田.浮泥观测在港珠澳大桥试挖槽中的应用[J].人民珠江，2010，（5）：7-9.

[8]左东启.机械浚挖与河道整治[J].人民黄河，1997，（9）：5-8.

□王朝辉/中铁十八局集团第五工程有限公司。

U459.5

C

1008-3197（2013）05-43-03

10.3969/j.issn.1008-3197.2013.05.017

□课题项目：住房和城乡建设部科研项目（2012-S3-09）

2013-03-19

徐 捷/男，1963年出生，高级工程师，天津海河下游开发有限公司，从事工程技术管理工作。