超大型沉管隧道最终接头对接合龙施工演练

吴凤亮，李家林，李金峰

（1.中交第一航务工程局有限公司，天津 300461；2.中交一航局第二工程有限公司，山东 青岛 266071）

0 引言

针对港珠澳大桥沉管隧道最终接头水下合龙焊接施工环境复杂、空间狭小、工作量大、施工难度高、施工周期超短这一超级难题，为使现场施工各项工作能够保质、保量、按时完成，在上海振华重工南通重型装备制造基地进行最终接头现场合龙施工的模拟演练工作。

1 演练必要性

1）最终接头的现场合龙施工是整个沉管隧道工程中施工风险最大、难度最高的工程[1-2]。施工作业环境处于GINA止水带的临时止水状态下，未有相关施工经验，必须通过模拟演练形成安全保障机制、提高现场施工效率，降低施工风险。

2） 钢接头箱体内部作业受到严重的空间限制，施工人员长时间处于非常狭小的空间中施工，必须通过演练，掌握施工人员的适应能力和承受能力，并解决在狭小空间内作业工效难题、施工安全问题及交叉作业问题等。

3）HSE管理与保障难度非常大。最终接头两侧结合腔内面临通风差、湿度高、封闭箱体内作业、高空作业、立体交叉作业、长时间轮班作业都给HSE现场管理带来前所未有的挑战。

4）现场焊接工作量巨大，焊缝总长度超过2 000 m，全部为熔透焊，必须通过UT/MT探伤检测，施工难度非常高，特别是仰焊和立焊作业返修风险极大。必须经过演练找出最可行、最合适、风险最小的焊接施工工艺，提高一次合格率。

5）钢接头接合腔内运输连接板数量多，且在狭小空间内运输受到很大限制，同时需将施工工具、设备、HSE等大量物资运输至结合腔内，而起重设备无法穿越封门人孔，只能依靠人力搬运。为保证工效，降低人员劳动强度，提高施工安全系数，必须进行模拟演练。

6） 考虑到钢接头内部合龙作业过程中的通风、职业健康及安全保障风险极大，而且由于工程总工期的局限，对施工效率的期望值非常高。必须通过演练分析、方案比选和评价，优化施工工效，形成最佳方案。

2 演练目的

为应对最终接头水下合龙焊接施工难题，对施工方案进行演练、验证和优化，以确保港珠澳大桥岛隧工程安全、环保、高效完成。

1）模拟施工现场实际作业环境，通过演练验证各项HSE措施的可行性与可靠性，发现并修正HSE应急预案的操作性和执行程序中的缺陷，保持预案的科学性和有效性。

2）验证钢接头现场焊接施工方案的可行性，在演练施工过程中不断优化施工方案。

3）研究实现“超短周期完成钢接头焊接”工效目标，通过多方案专项焊接演练，选择最可行、最高效方案。

4）实现培训。让每一位进入接合腔内进行钢接头焊接的施工人员熟悉施工环境、工作内容和工作要求，做到专人专事、职责分明；做到演练内容与实际情况完全相同，确保每位施工人员在正式作业时有条不紊地完成钢接头的焊接作业。

5）验证施工过程中人、机、料、法、环等要素正确性、合理性，演练完成后进行分析、总结、评价及完善，确保最终接头现场对接施工能顺利完成。

3 演练模型

3.1 模型设计

1）模型设计满足演练目的，能够充分还原现场施工环境和作业状态。

2）从结构形式上分析，最终接头截面形状成“回”字形，且结构对称。

3）施工人员和相应设施、机具主要集中在钢接头内、外圈对接区域。

4）模型设计形式尽可能简约，便于模拟演练前的短周期制备。

综合考虑上述因素，以最终接头与管节钢帽对接区域为蓝本[3]，选取钢接头1/3结构部分进行等比例设计；同时在确保顺利模拟现场合龙全流程施工的前提下，对钢接头模型的结构形式进行了适当简化，如图1所示。

图1 演练模型Fig.1 Exercise model

3.2 模型结构

为保证本演练能够真实体现现场实际作业，演练模型采用1∶1比例制作成最终接头横断面尺寸的2/3，长度25 m，立面高度11.4 m，宽度4 m，总重约160 t。本体主要由顶部结构、侧墙结构、底部结构、中墙、封墙及端封门组成，形成近似于钢接头实物2/3的模拟段。其中，顶部结构、侧墙结构和底部结构均采用箱体结构的设计形式，材质均为Q235；封墙和端封门采用板件附带加劲肋的设计形式，加劲肋采用槽钢和角钢，材质亦为Q235。

为确保演练效果的真实性，模拟设计了部分顶推小梁支撑和调节防撞结构。

4 演练策划

结合PDCA循环改进机制，将演练方案实施总体路线设定为：制定方案→方案演练并优化→优化后方案再演练。

通过演练和持续改进机制对方案进行优化并最终固化，确保在现场恶劣环境条件下可以安全、高效、保质保量的完成最终接头的现场合龙任务。

最终接头箱体内的作业人员布局及焊接顺序如图2所示。

图2 作业人员布局及焊接顺序示意图Fig.2 Workforce layout and welding order

5 演练内容

5.1 演练实施阶段

1）单项演练阶段。通过多种方法分别论证每一分项工作在狭小空间内的可操作性和相应工效，分析、比选出单项最佳方案。演练内容包括施工全流程中的清理准备、工装解绑及拆除、连接件搬运及装配、连接件测量与余量配切[4-5]、全位置焊接及检测、HSE管理与保障措施等各项工作。

2）综合优化演练阶段。主要模拟在既定施工流程、工效时间以及HSE组织要求下，验证各项施工交叉作业、穿插工序间相互配合默契程度；验证现场施工组织可行性；评估24 h连续作业情况下施工班次合理性，以及夜间施工人员的工作状态；对各项施工环节进行同步改善和优化，形成一整套可行、高效的施工方案。

3）系统培训演练。根据综合优化演练后总结出的详细施工步骤，组织施工人员进行系统培训演练。通过系统培训强化各工种施工人员作业水平、操作熟练度及安全意识；固化各项作业标准、操作流程和动作要素。通过专项考核机制确保全体人员从安全、质量、工效、施工组织等多方面达到演练预期要求，最终确立钢接头现场对接施工标准和专项机制。

4）总体实战演练。在系统培训演练完成后，临近钢接头实物现场施工之前开展实施。根据固化后的施工流程、作业标准和工效，设计、组织一次全流程、全员参与的现场模拟实战演练，系统验证各项施工组织、HSE保障措施及应急预案的可靠性。

5.2 演练内容

1）单项演练分类及演练内容、演练目标如表1所示。

表1 单项演练分类Table 1 Individual exercise categories

2） 综合优化演练

将单项演练阶段中各项环节的最佳施工方案进行组合后，按照全流程施工步骤进行一次或多次完整的全过程演练。

3） 系统培训演练

包括单项演练、综合演练过程中总结制定出的各项优化措施、操作步骤、作业方法、施工流程等要素。针对这些培训要素，通过制定考核评定机制，判断各类施工人员的作业水平和现场施工素养。

4） 总体实战演练

在综合演练、系统培训的基础上，结合超短周期完成最终接头现场合龙施工的目标要求，经过精心策划后进行一次或多次全流程和全员参与演练。所有赴现场进行最终接头安装施工的管理人员、作业人员、检验人员、后勤保障人员、医护人员等都应参与到总体演练中。

6 演练评价与总结

6.1 演练评价

为确定演练是否达到既定目标和要求，以及评价各项应急组织指挥人员、应急响应人员完成任务的能力，在演练覆盖区域的关键地点和各参演应急组织的关键岗位上，派驻公正的评价人员，全面、正确地评价演练效果。

评价人员主要是观察演练的进程，记录演习人员采取的每一项关键行动及其实施时间，访谈演习人员，要求参演组织提供文字材料，评价参演组织和演习人员的表现并反馈演习发现。

按对人员生命安全、施工的影响程度将演习发现划分为3个等级，从高到低分别为不足项（B）、整改项（Z）和改进项（G）。

6.2 演练总结

根据评价人员在演练过程中收集和整理的资料，以及从演练人员和总结会中获得的信息编写成演练总结报告。确定导致某问题的根本原因、纠正方法、纠正措施及完成时间，对演练中的不足项和整改项的纠正过程实施追踪，监督检查纠正措施的进展情况。

对演练过程中出现的人员组织问题，安全措施问题、工艺方案问题进行总结、分析，优化演练方案，组织进行二次演练。通过不断的演练、不断的方案优化制定最终的实施方案，确保在现场恶劣环境条件下可以安全、高效、保质保量的完成钢接头的焊接任务。

7 结语

港珠澳大桥沉管隧道最终接头水下合龙焊接施工演练是港航施工领域史无前例的一次伟大创举，按照演练人员即为参战人员和定点、定人、定岗、定时、定编（钢接头编号）原则，全员覆盖，历时3个月，严格考核，优胜劣汰，遴选出200余名优秀的焊接施工和管理人员参加水下施工，为港珠澳大桥岛隧工程的顺利贯通奠定了坚实的基础。