內(nèi)河大型沉管隧道基槽浚挖施工技術(shù)

□文/徐 捷 王朝輝

內(nèi)河大型沉管隧道基槽浚挖施工技術(shù)

□文/徐 捷 王朝輝

基于我國高震區(qū)第一條內(nèi)河沉管隧道，天津中央大道海河隧道工程為研究背景。該沉管隧道處在內(nèi)河上施工[1]，浚挖量達(dá)53萬m3，深度達(dá)20 m，河床多年未進(jìn)行清淤工作，而且河道每日通航，施工難度大。通過施工技術(shù)研究，解決了河床淤泥土質(zhì)導(dǎo)致邊坡穩(wěn)定性差以及需要交叉作業(yè)施工通航等施工技術(shù)與施工安全難題。

內(nèi)河；大型沉管隧道；基槽；浚挖；邊坡穩(wěn)定

中央大道海河隧道全長4.2 km，穿越海河采用沉管法施工，管段分為3節(jié)，每節(jié)長85 m，管段寬度為46.6 m，高度為9.65 m，采用“三孔二管廊”形式設(shè)置，雙向6車道。管段基槽浚挖是管段沉放前的重要分項(xiàng)工程，其作業(yè)質(zhì)量是管段安放成功的前提條件之一，所以保證沉管基槽質(zhì)量，即邊坡穩(wěn)定性，是基槽浚挖施工的關(guān)鍵。

1 工程概況

管槽浚挖范圍，底邊線為管段外側(cè)墻邊線向外2 m，總長243.8 m?？Ｍ诿娴讟?biāo)高為-19.512～-22.209 m，為減少基槽回淤量，適當(dāng)放緩表層淤泥層范圍內(nèi)基槽邊坡，坡比按1∶8開挖，適時(shí)在河道上下游基槽浚挖附近設(shè)置2條回淤槽，其他土層邊坡按1∶4設(shè)置，設(shè)2級平臺，平臺寬2 m?？Ｍ诹?3萬m3左右?？Ｍ谥猎O(shè)計(jì)標(biāo)高后，鋪設(shè)60 cm厚碎石基礎(chǔ)。沉管隧道浚挖見圖1，基槽剖面見圖2。水平面標(biāo)高大約為1.2 m，實(shí)際施工標(biāo)高測量以大沽高程為基準(zhǔn)點(diǎn)。

圖1 沉管隧道浚挖平面

2 技術(shù)要求

1）基槽浚挖達(dá)到設(shè)計(jì)的基槽幾何尺寸要求，保證管段底面和基槽底之間的距離≮1 m，不得留有淺點(diǎn)；同時(shí)，保證基槽底邊至隧道中心軸線的距離≮20.3 m。

2）基槽邊坡應(yīng)有足夠的穩(wěn)定安全度且應(yīng)采取措施防止坡面的淤泥滑入槽底。

3）管段沉放前，應(yīng)采取可靠措施清除沉放區(qū)域槽底的淤泥[2]且不得破壞槽底原狀土，不得傷害已沉放的管段。清淤結(jié)束后，槽底以上10 m范圍內(nèi)的水體平均重度應(yīng)≯10.05 kN/m3。

4）管段沉放前，應(yīng)采取可信手段測量槽深、槽寬和沉放區(qū)域槽底以上10 m范圍內(nèi)豎向每隔1.5 m的水體密度，以此檢測浚挖和清淤的質(zhì)量。

5）基槽開挖面的底面平整度為0～±50 cm。

3 總體方案

施工機(jī)械安排，根據(jù)浚挖工程量與現(xiàn)場施工條件及工期要求，施工設(shè)備采用2 500 m3/h絞吸船1艘，1艘13 m3抓斗船[3]并配備2艘2 000 m3自卸泥駁船以及一些輔助船舶完成基槽浚挖及土方吹填設(shè)備。

浚挖施工，采用半幅通航、半幅施工的航道疏導(dǎo)方案，根據(jù)實(shí)際水深情況分區(qū)進(jìn)行。將海河寬度范圍分為5個(gè)施工區(qū)域先后進(jìn)行施工。每個(gè)區(qū)域分層進(jìn)行開挖，確保區(qū)與區(qū)之間搭接處無淺點(diǎn)。同時(shí)浚挖期間，絞吸船配套的排泥區(qū)管線的鋪設(shè)應(yīng)遵循加長泥漿流程安排適宜，減少泥漿砂粒流失和對環(huán)境影響的原則。

4 施工技術(shù)

采用“先絞吸船粗挖，后抓斗船與絞吸船精挖”的施工原則[4]。為保證基槽邊坡開挖能夠滿足設(shè)計(jì)邊坡需要，施工工藝采用分條、分層進(jìn)行，邊坡采用矩形階梯開挖，進(jìn)行上欠下超式開挖。

4.1 絞吸式挖泥船開挖

絞吸式挖泥船水上開挖為4個(gè)區(qū)，見圖3。施工區(qū)域水面南北平均長215.0 m，東西平均寬166.0 m，平均土層厚度為15 m，河底隧道基槽挖寬為40.6 m。

圖3 浚挖施工順序分區(qū)

4.1.1 施工順序

采用南北軸向開挖，施工順序?yàn)橄乳_挖1區(qū)，再開挖2區(qū)，然后開挖3區(qū)，最后開挖4區(qū)。具體做法，將挖泥船移至開挖起點(diǎn)E處，自南向北沿著開挖線進(jìn)行開挖，同時(shí)接水上浮管150 m，1區(qū)完成后移船至2區(qū)起點(diǎn)F處自南向北進(jìn)行開挖；同樣2區(qū)完成后移船至3區(qū)起點(diǎn)E處，自北向南沿著開挖線進(jìn)行開挖，同時(shí)水上浮管最長增至300 m，3區(qū)完成后移船至4區(qū)起點(diǎn)F處，自北向南沿著開挖線進(jìn)行開挖，在挖泥船進(jìn)行開挖過程中，水上浮管要拋錨固定，防止在水面上擺動。

4.1.2 邊坡控制

根據(jù)該工程地質(zhì)資料分析，工程范圍土質(zhì)較軟，通過基槽浚挖試驗(yàn)回淤量檢測分析，為減少基槽回淤量，適當(dāng)放緩表層淤泥層范圍內(nèi)基槽邊坡，坡比可取1∶8，其他土層按1∶4坡度開挖，基槽兩側(cè)邊坡的控制可采用階梯開挖方式進(jìn)行。階梯開挖原理：上欠下超，超欠平衡。這樣可達(dá)到設(shè)計(jì)邊坡要求。

4.1.3 挖深控制

根據(jù)該工程地質(zhì)資料分析，開挖區(qū)土層厚度平均約16 m，為控制邊坡，總體放坡3臺階，進(jìn)行開挖，見圖4。

首先按1區(qū)→2區(qū)→3區(qū)→4區(qū)順序開挖第一層土體至-12.209 m，再按以上順序開挖至-18.209 m，最后按以上順序清底至設(shè)計(jì)標(biāo)高-19.512～-22.209 m。細(xì)部邊坡處開挖時(shí)，可根據(jù)實(shí)際情況，在總體放坡3臺階基礎(chǔ)上才分8級開挖，開挖深度在2 m以內(nèi)。

用挖機(jī)破除南北兩岸塢口頂面混凝土、挖除素填土、鑿除混凝土圈梁及擋墻、板樁(采用強(qiáng)力高頻液壓振動樁錘)，待障礙物清除后，絞吸船進(jìn)場對南北兩岸部分土體進(jìn)行補(bǔ)挖并挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

4.2 抓斗船開挖方法

基槽兩岸靠近圬口處的廢舊碼頭及障礙物用破碎機(jī)及挖掘機(jī)剝離拆除后，用挖掘機(jī)開挖南北兩岸水上土體至水下2 m深處后，抓斗船進(jìn)場施工。

先進(jìn)行南岸區(qū)域開挖，再進(jìn)行北岸區(qū)域開挖，自東向西劃分5個(gè)小的區(qū)域，見圖5。

圖5 抓斗船浚挖施工順序

每區(qū)挖寬約40 m，由于近岸土層較厚，分4層開挖，開挖順序?yàn)椋孩賲^(qū)第1層開挖至-6.209 m→②區(qū)第1層開挖至-6.209 m→③區(qū)第1層開挖至-6.209 m→④區(qū)第1層開挖至-6.209m→⑤區(qū)第1層開挖至-6.209 m，同樣第2層繼續(xù)分區(qū)開挖至-12.209 m，第3層分區(qū)開挖至-17.209 m，第4層分區(qū)開挖至-20.841 m，達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高（水平面標(biāo)高大約為+1.2 m，實(shí)際施工標(biāo)高測量以大沽高程為基準(zhǔn)點(diǎn)）。

挖泥作業(yè)時(shí)，自東向西開挖，分3層-12.209、-17.209、-22.209 m，每層按照10 m×10 m的方格網(wǎng)分塊進(jìn)行施工，根據(jù)每格土質(zhì)和泥層厚度，確定下斗的間距并考慮水流情況，避免漏斗、疊斗。每開挖一塊都進(jìn)行水深自檢。完成一個(gè)方格后，再依次移至下一方格。

抓斗船就位時(shí)在船艏拋八字錨，前左（右）錨作為控制前移方向，所拋方向與基槽方向夾角在35°～45°。前右（左）錨為控制船艏橫移方向，所拋方向與挖槽方向＞45°船艉拋交叉錨，控制船艉橫移方向。將船的左（右）舷對挖槽導(dǎo)向標(biāo)，船艏對挖槽里程標(biāo)進(jìn)行精確定位。

邊坡的坡度為1∶4，邊坡位置處開挖時(shí)，分階梯進(jìn)行，高差2 m以內(nèi)，即每分條挖寬約20 m；以船的中心線為基準(zhǔn)，將船艏挖寬控制分為4等分并于船艏作上標(biāo)記，控制小區(qū)域下斗的深度；一般以基槽外側(cè)向內(nèi)側(cè)排斗，每增加一梯級深度減少20 m的挖寬。

4.3 浚挖質(zhì)量控制

4.3.1 浚挖前測量

隧道基槽浚挖前，在交通艇上使用GPS配合測深儀測繪出開挖區(qū)水深圖。

4.3.2 挖深控制

絞吸船機(jī)械檢驗(yàn)，開工前要求對深度指示器進(jìn)行校驗(yàn)。施工中各船密切注意絞刀電流或油壓表的變化，與軟硬土分界標(biāo)高圖進(jìn)行比對，以確定軟硬土分界標(biāo)高并適當(dāng)調(diào)整絞刀下放深度。

1）挖泥船根據(jù)施工設(shè)計(jì)要求，根據(jù)潮位和絞刀深度指示設(shè)備，適時(shí)調(diào)整絞刀下放深度，施工過程中定期校驗(yàn)并做好校驗(yàn)記錄[5]。

2）根據(jù)施工土質(zhì)和潮位變化情況，駕駛員及時(shí)調(diào)整絞刀橫移速度，以便減少施工較硬土質(zhì)的殘留層。

3）施工下層時(shí)為確保驗(yàn)收，底層施工超深按0.3～0.5 m控制。

4）嚴(yán)格執(zhí)行“一崗三測”制度[6]，認(rèn)真做好記錄；根據(jù)砣測自檢深度與測深儀測深度誤差規(guī)律，一般砣測水深比測深儀深0.2～0.3 m左右，因此要求自檢超深按0.3 m控制并及時(shí)與測深儀檢測圖對比調(diào)整，總結(jié)挖深控制規(guī)律。

5）上層施工根據(jù)施工情況及時(shí)安排檢測，下層施工1～2 d進(jìn)行一次檢測，及時(shí)掌握船舶挖深情況，以便進(jìn)行調(diào)整，出圖后由疏浚工程師及時(shí)送船指導(dǎo)施工。

4.3.3 挖寬控制

1）浚挖船只駕駛員利用DGPS顯示控制定位施工，導(dǎo)航人員按規(guī)定定期校核DGPS，確保儀器定位精度。

2）每崗接班時(shí)候，應(yīng)校核船位，保證鋼樁在挖條中心線上，按GPS設(shè)定寬度并施工到位，為減少邊坡塌方對邊線質(zhì)量的影響，擺到邊線后應(yīng)多吸一會兒再回?cái)[。

3）挖槽邊線超寬及分條接茬重合量按3 m控制。挖泥船長(或駕駛員）根據(jù)檢測圖反映情況不斷總結(jié)邊線控制規(guī)律，及時(shí)調(diào)整擺寬控制參數(shù)。

施工中，對疏浚區(qū)槽底平整、邊坡要求，開挖深度按超深0.4 m、每邊超寬3 m控制。為避免出現(xiàn)淺點(diǎn)，基槽驗(yàn)收采用測深儀加水鉈校對的方法。

4.4 回淤測量及基槽維護(hù)[7]

根據(jù)回淤試驗(yàn)得到的回淤速度數(shù)據(jù)及特點(diǎn)，為預(yù)防基槽回淤對于管段基礎(chǔ)質(zhì)量的影響，采取設(shè)置儲淤槽等措施，同時(shí)回淤清理，初步擬定清淤方式采用絞吸船清淤并平整基槽地面成型，二次清淤施工時(shí)間設(shè)在沉管段浮運(yùn)前，隧道基礎(chǔ)碎石攤鋪完成之后。

4.5 內(nèi)河浚挖通航疏導(dǎo)技術(shù)

為保證海河通航，制定通航期間避讓的航道疏導(dǎo)方案[8]，避讓時(shí)間與海河上提橋通航時(shí)間一致，通航期間將施工船只提前移至靠岸邊，保證施工區(qū)域的主航道寬度與原主航道一致。

施工期間，距基槽軸線上下游200 m處設(shè)置禁航警示標(biāo)志，劃定施工區(qū)為禁航區(qū)。為滿足夜間通航需要，在開挖區(qū)上下游航道內(nèi)設(shè)置反光航標(biāo)，以便夜間進(jìn)行導(dǎo)航。停工避讓期間，挖泥船、抓斗船及錨艇可打開停工避讓警示燈，水上浮管每節(jié)可設(shè)反光帶或停航指示燈，防止碰撞。與海事交管中心等有關(guān)部門保持聯(lián)系，挖泥船和錨艇自身配有海事高頻電話，并配置錨艇，在海河里可24 h待命，隨時(shí)應(yīng)對水上突發(fā)事件。

5 施工效果

通過內(nèi)河隧道浚挖技術(shù)研究，提出了3步臺階，“上超下欠，超欠平衡”的階梯式開挖技術(shù)并根據(jù)試驗(yàn)槽段浚挖，提出了科學(xué)、合理的綜合坡率，地質(zhì)淤泥層采用1∶8坡率，其他地質(zhì)層采用1∶4綜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層堆積較厚，避免發(fā)生邊坡塌陷事故。

同時(shí)制定內(nèi)河浚挖航道疏導(dǎo)與淤泥檢測方案，保證了河道施工安全以及隧道管段沉放對接質(zhì)量，為后續(xù)沉管隧道沉放、對接打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1]夏凱峰.基槽開挖技術(shù)在內(nèi)河碼頭建設(shè)中的應(yīng)用[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2009，（19）：53-54.

[2]曹慧江，肖烈兵.港珠澳大橋島隧工程沉管基槽開挖回淤強(qiáng)度研究[J].水運(yùn)工程，2012，（1）：12-17.

[3]賀少輝，張 彌，王 磊，等.長江沉管隧道基槽開挖過程泥砂沖淤對環(huán)境的影響[J].北方交通大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，（4）：56-60.

[4]孫素明.生物島～大學(xué)城沉管隧道基槽炸礁技術(shù)[J].內(nèi)江科技，2009，（7）：92-93.

[5]吳 蔚，馬新軍.管道深基槽開挖技術(shù)[J].廣東建材，2008(7)：3.

[6]李志堅(jiān).過河管基槽開挖及基礎(chǔ)處理的技術(shù)要點(diǎn)[J].中國給水排水，2011，（12）：1-4.

[7]王照田.浮泥觀測在港珠澳大橋試挖槽中的應(yīng)用[J].人民珠江，2010，（5）：7-9.

[8]左東啟.機(jī)械浚挖與河道整治[J].人民黃河，1997，（9）：5-8.

□王朝輝/中鐵十八局集團(tuán)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

□課題項(xiàng)目：住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科研項(xiàng)目（2012-S3-09）

2013-03-19

徐 捷/男，1963年出生，高級工程師，天津海河下游開發(fā)有限公司，從事工程技術(shù)管理工作。