深中通道钢壳沉管浮运安装决策系统

宿发强

（中交第一航务工程局有限公司，天津 300461）

0 引言

深中通道地处珠江口核心区域，北距虎门大桥约30 km，南距港珠澳大桥约38 km，项目起于广深沿江高速机场互通立交，西至中山马鞍岛，终于横门互通立交，主体工程全长约24.0 km。海中沉管隧道设计时速100 km/h、双向八车道建设标准，采用两孔一管廊横断面结构。隧道全长6 845 m，其中沉管隧道全长5 035 m，由32个管节组成，标准管节长165 m，最终接头设置在E22与E23之间[1]。

1 沉管浮运安装的特点

1.1 技术含量高

用预制管节沉放法修建水下隧道，在工程环境、施工工艺、工序衔接、精度控制等方面都是土木工程建设中最复杂、最困难的[2]。

1.2 无规范可循

因为沉管隧道建造技术具有跨专业、跨行业、跨学科的特点，至今还没有一套完整的、适用的沉管隧道专业设计规范或规程可供参照，亦即沉管隧道工程是在解决一系列难题的过程中建设完成的。

1.3 影响面广

沉管隧道尤其是跨海隧道涉及环保、航运等外部环境的制约因素，又涉及政府、企业等社会方面的关联因素，诸多方面的诉求需要协调和妥善处理，其中影响最严重的为社会航道占用，由于深中通道沉管浮运长度接近50 km，浮运需要占用榕树头航道、伶仃航道和矾石水道，且占用时间较长，对广州港运营造成一定影响。

1.4 高风险

由于岩土和地下工程系统的固有特性（如水文地质条件、周边环境和施工技术等信息的不可预见性、多变性、不完整性和不确定性）和沉管隧道的行业特性以及人为因素等，导致各种风险事故频繁发生[3-5]。仅以近年来新建的沉管隧道工程来看，出现基槽回淤、管节上浮、接缝漏水、浮运中管节受损以及突发情况导致各类事故时有发生。

1.5 作业气象窗口要求高

作业气象窗口是指一个连续的时间段，在此期间水文、波浪、气象条件满足浮运安装作业要求。日本川崎港隧道、港珠澳大桥、深中通道沉管浮运安装均给出了明确的作业窗口限制条件[6-7]。港珠澳给出的作业窗口条件详见表1。除了考虑风浪流影响外，像深中通道、港珠澳大桥采用先铺法基础施工的，还需要考虑与回淤有关的因素影响，如径流、含沙量等。

表1 浮运作业窗口Table 1 Floating operation window

2 沉管浮运安装工艺简介

2.1 碎石垫层

深中通道项目沉管采用先铺法碎石基床，碎石垫层采用横向垄沟式结构，具体结构见图1，第1条垄中心线距离对接端3.4 m。

图1 碎石垫层结构示意图（m）Fig.1 Schematic diagram of gravel cushion structure(m)

碎石垫层施工前后，需分别对基槽回淤情况进行确认，满足以下要求方可进行后续施工，清淤标准为：密度＞1.26 g/cm3的回淤沉积物厚超过4 cm，或者密度＞1.15 g/cm3的回淤沉积物厚超过8 cm；监测频率为：管节沉放前每2～5 d一次；探摸每个管节不少于10个垄/沟。

2.2 二次舾装

二次舾装施工主要包括管顶、管内舾装件的安装及沉管浮运安装系统的联调联试工作。

2.3 浮运安装

在碎石垫层和二次舾装完成后，经过决策后进行管节的浮运安装作业。

深中通道沉管采用浮运安装一体船“一航津安1”进行浮运安装，一体船是集沉管浮运、定位、沉放和安装等综合作业于一体的专业沉管施工船舶。结合一体船的特点，在航道宽度较为富裕的航段采用“手动操舵”方式，在宽度较为狭窄的航段采用“DP自动循迹”方式浮运。

浮运管节至系泊位置系泊等待，通过锚缆绞移至安装位置，压载下沉。管节安装通过一体船的沉放系统进行作业，管节顶部安装2个测量塔用于测控定位，管节对接通过水下千斤顶拉合和水力压接共同完成。

3 沉管浮运安装决策体系

基床整平、沉管浮运安装之前，需要通过管节浮运安装决策体系确定作业窗口，并按照施工准备、回淤预判、气象预报和海事协调等项目的确认情况，判断是否可以开展下一步施工，为此，组建管节浮运安装决策体系，通过签字确认和会议纪要的形式确定是否作业[8]。

3.1 组成单位

按照不同的分工，沉管施工决策体系由各方参加单位组成，职能分工见表2，组织架构见图2。

表2 参与单位主要决策职能Table 2 Main decision-making functions of involved units

图2 决策体系及流程示意图Fig.2 Decision-making system and flow chart

3.2 决策流程

以会议的形式完成沉管施工决策流程，决策会议主要分为两部分，包括海事[9]方面决策会和施工决策会，具体决策会议安排见表3、表4。

表3 海事工作布置会表Table 3 Maritime work arrangement meeting table

表4 沉管安装施工决策会统计表Table 4 Statistical table of decision-making meeting for immersed tube installation construction

4 E5管节决策实施情况

以2020年11月9日施工的E5管节为例说明决策流程实施情况。

4.1 E5管节特点

E5为标准管节，长165 m，宽46 m，高10.6 m，重约8万t，是深中通道沉管隧道西岛侧斜坡段最后一节沉管，也是首个基础过渡段管节，前147 m为DCM（水下深层水泥搅拌）复合地基，后18 m为天然地基。

E5管节计划在11月中旬施工，气象保障单位从历史实况资料分析，11月影响施工区的主要天气系统为冷空气、冷高压后部回流天气、台风外围环流。施工环境还受到季风、台风的影响，特别是19号“天鹅”、20号“艾莎尼”以及21号“艾涛”，气象条件有较大的不确定性，台风路线图见图3。

图3 台风路线图Fig.3 Typhoon route map

4.2 决策流程

E5管节碎石垫层铺设、浮运安装在三重台风之间（图3），为了抢抓窗口期，保证施工安全，相关单位按照计划启动决策体系。受台风影响及台风引起的波浪掀沙回淤强度变大影响，在常规决策会的基础上，10月29日—11月5日增加召开5次临时气象水文决策会，专业预报保障团队利用“外海沉管保障海洋预报系统”，经过大量的资料分析、专家组会商及跟踪预测，给出了精准的安装窗口期天气、海浪、海流条件预报，确保了E5管节施工窗口的高效选择。

4.3 现场施工情况

在10月29日召开的第1次决策会上，拟定从30日开始每日增加气象水文决策会，密切关注台风情况，指导现场施工，根据11月1日的台风进展情况，已进场的整平船暂不开展施工，原地进行防台。11月3日台风过后，开展现场的整平施工，11月8日完成碎石垫层铺设施工。11月9日开展E5管节浮运安装施工，施工过程中，在管节出坞、沉放、水力压接前，召开现场施工的决策会，各项施工数据满足要求后，决策开展后续施工，施工全过程在沉管浮运安装决策系统的辅助下有序推进，于11月10日凌晨顺利完成E5管节沉放对接。

5 结语

经过深中通道E1—E5沉管浮运安装作业，通过决策流程使项目各参与方更加深入了解待安管节的特点及风险点，并通过气象预报、回淤预警等专业单位技术支持，提前15 d对碎石垫层施工、浮运安装作业有了更加准确的把控，海事单位同步结合施工计划对航道使用情况进行合理规划。从目前实施情况看，深中通道沉管浮运安装决策体系改变传统的决策方式，最大限度发挥参与方的积极性，极大的保证深中通道沉管浮运安装的安全，同时也为国内甚至世界上的沉管、沉箱浮运施工决策提供参考。