內河大型沉管隧道基槽浚挖施工技術

□文/徐 捷 王朝輝

內河大型沉管隧道基槽浚挖施工技術

□文/徐 捷 王朝輝

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

內河；大型沉管隧道；基槽；浚挖；邊坡穩定

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，每節長85 m，管段寬度為46.6 m，高度為9.65 m，采用“三孔二管廊”形式設置，雙向6車道。管段基槽浚挖是管段沉放前的重要分項工程，其作業質量是管段安放成功的前提條件之一，所以保證沉管基槽質量，即邊坡穩定性，是基槽浚挖施工的關鍵。

1 工程概況

管槽浚挖范圍，底邊線為管段外側墻邊線向外2 m，總長243.8 m。浚挖面底標高為-19.512～-22.209 m，為減少基槽回淤量，適當放緩表層淤泥層范圍內基槽邊坡，坡比按1∶8開挖，適時在河道上下游基槽浚挖附近設置2條回淤槽，其他土層邊坡按1∶4設置，設2級平臺，平臺寬2 m。浚挖量53萬m3左右。浚挖至設計標高后，鋪設60 cm厚碎石基礎。沉管隧道浚挖見圖1，基槽剖面見圖2。水平面標高大約為1.2 m，實際施工標高測量以大沽高程為基準點。

圖1 沉管隧道浚挖平面

2 技術要求

1）基槽浚挖達到設計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；同時，保證基槽底邊至隧道中心軸線的距離≮20.3 m。

2）基槽邊坡應有足夠的穩定安全度且應采取措施防止坡面的淤泥滑入槽底。

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

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

5）基槽開挖面的底面平整度為0～±50 cm。

3 總體方案

施工機械安排，根據浚挖工程量與現場施工條件及工期要求，施工設備采用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備。

浚挖施工，采用半幅通航、半幅施工的航道疏導方案，根據實際水深情況分區進行。將海河寬度范圍分為5個施工區域先后進行施工。每個區域分層進行開挖，確保區與區之間搭接處無淺點。同時浚挖期間，絞吸船配套的排泥區管線的鋪設應遵循加長泥漿流程安排適宜，減少泥漿砂粒流失和對環境影響的原則。

4 施工技術

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計邊坡需要，施工工藝采用分條、分層進行，邊坡采用矩形階梯開挖，進行上欠下超式開挖。

4.1 絞吸式挖泥船開挖

絞吸式挖泥船水上開挖為4個區，見圖3。施工區域水面南北平均長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

4.1.1 施工順序

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

4.1.2 邊坡控制

根據該工程地質資料分析，工程范圍土質較軟，通過基槽浚挖試驗回淤量檢測分析，為減少基槽回淤量，適當放緩表層淤泥層范圍內基槽邊坡，坡比可取1∶8，其他土層按1∶4坡度開挖，基槽兩側邊坡的控制可采用階梯開挖方式進行。階梯開挖原理：上欠下超，超欠平衡。這樣可達到設計邊坡要求。

4.1.3 挖深控制

根據該工程地質資料分析，開挖區土層厚度平均約16 m，為控制邊坡，總體放坡3臺階，進行開挖，見圖4。

首先按1區→2區→3區→4區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計標高-19.512～-22.209 m。細部邊坡處開挖時，可根據實際情況，在總體放坡3臺階基礎上才分8級開挖，開挖深度在2 m以內。

用挖機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(采用強力高頻液壓振動樁錘)，待障礙物清除后，絞吸船進場對南北兩岸部分土體進行補挖并挖至設計標高。

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及挖掘機剝離拆除后，用挖掘機開挖南北兩岸水上土體至水下2 m深處后，抓斗船進場施工。

先進行南岸區域開挖，再進行北岸區域開挖，自東向西劃分5個小的區域，見圖5。

圖5 抓斗船浚挖施工順序

每區挖寬約40 m，由于近岸土層較厚，分4層開挖，開挖順序為：①區第1層開挖至-6.209 m→②區第1層開挖至-6.209 m→③區第1層開挖至-6.209 m→④區第1層開挖至-6.209m→⑤區第1層開挖至-6.209 m，同樣第2層繼續分區開挖至-12.209 m，第3層分區開挖至-17.209 m，第4層分區開挖至-20.841 m，達到設計標高（水平面標高大約為+1.2 m，實際施工標高測量以大沽高程為基準點）。

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

抓斗船就位時在船艏拋八字錨，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）舷對挖槽導向標，船艏對挖槽里程標進行精確定位。

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

4.3 浚挖質量控制

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水深圖。

4.3.2 挖深控制

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

1）挖泥船根據施工設計要求，根據潮位和絞刀深度指示設備，適時調整絞刀下放深度，施工過程中定期校驗并做好校驗記錄[5]。

2）根據施工土質和潮位變化情況，駕駛員及時調整絞刀橫移速度，以便減少施工較硬土質的殘留層。

3）施工下層時為確保驗收，底層施工超深按0.3～0.5 m控制。

4）嚴格執行“一崗三測”制度[6]，認真做好記錄；根據砣測自檢深度與測深儀測深度誤差規律，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控制并及時與測深儀檢測圖對比調整，總結挖深控制規律。

5）上層施工根據施工情況及時安排檢測，下層施工1～2 d進行一次檢測，及時掌握船舶挖深情況，以便進行調整，出圖后由疏浚工程師及時送船指導施工。

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，導航人員按規定定期校核DGPS，確保儀器定位精度。

2）每崗接班時候，應校核船位，保證鋼樁在挖條中心線上，按GPS設定寬度并施工到位，為減少邊坡塌方對邊線質量的影響，擺到邊線后應多吸一會兒再回擺。

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）根據檢測圖反映情況不斷總結邊線控制規律，及時調整擺寬控制參數。

施工中，對疏浚區槽底平整、邊坡要求，開挖深度按超深0.4 m、每邊超寬3 m控制。為避免出現淺點，基槽驗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[7]

根據回淤試驗得到的回淤速度數據及特點，為預防基槽回淤對于管段基礎質量的影響，采取設置儲淤槽等措施，同時回淤清理，初步擬定清淤方式采用絞吸船清淤并平整基槽地面成型，二次清淤施工時間設在沉管段浮運前，隧道基礎碎石攤鋪完成之后。

4.5 內河浚挖通航疏導技術

為保證海河通航，制定通航期間避讓的航道疏導方案[8]，避讓時間與海河上提橋通航時間一致，通航期間將施工船只提前移至靠岸邊，保證施工區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處設置禁航警示標志，劃定施工區為禁航區。為滿足夜間通航需要，在開挖區上下游航道內設置反光航標，以便夜間進行導航。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，水上浮管每節可設反光帶或停航指示燈，防止碰撞。與海事交管中心等有關部門保持聯系，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，隨時應對水上突發事件。

5 施工效果

通過內河隧道浚挖技術研究，提出了3步臺階，“上超下欠，超欠平衡”的階梯式開挖技術并根據試驗槽段浚挖，提出了科學、合理的綜合坡率，地質淤泥層采用1∶8坡率，其他地質層采用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，避免發生邊坡塌陷事故。

同時制定內河浚挖航道疏導與淤泥檢測方案，保證了河道施工安全以及隧道管段沉放對接質量，為后續沉管隧道沉放、對接打下了堅實的基礎。

[1]夏凱峰.基槽開挖技術在內河碼頭建設中的應用[J].中國高新技術企業，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度研究[J].水運工程，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境的影響[J].北方交通大學學報，1999，（4）：56-60.

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

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

[6]李志堅.過河管基槽開挖及基礎處理的技術要點[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用[J].人民珠江，2010，（5）：7-9.

[8]左東啟.機械浚挖與河道整治[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

□課題項目：住房和城鄉建設部科研項目（2012-S3-09）

2013-03-19

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