長(zhǎng)距離復(fù)雜水域環(huán)境中內(nèi)河沉管隧道管節(jié)浮運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)分析及應(yīng)對(duì)措施

謝震靈， 何曉波

(江西中昌工程咨詢監(jiān)理有限公司， 江西 南昌　330038)

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長(zhǎng)距離復(fù)雜水域環(huán)境中內(nèi)河沉管隧道管節(jié)浮運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)分析及應(yīng)對(duì)措施

謝震靈， 何曉波

(江西中昌工程咨詢監(jiān)理有限公司， 江西 南昌330038)

內(nèi)河沉管隧道管節(jié)在長(zhǎng)距離復(fù)雜水域環(huán)境中浮運(yùn)時(shí)，浮運(yùn)線路構(gòu)筑物和風(fēng)險(xiǎn)源多，水上交通和水情復(fù)雜，浮運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)較高。以南昌紅谷隧道工程管節(jié)浮運(yùn)為例，比較海口區(qū)域與內(nèi)河沉管隧道管節(jié)浮運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)差異，采用風(fēng)險(xiǎn)矩陣法對(duì)管節(jié)浮運(yùn)過(guò)程中出塢接拖、航道存在淺點(diǎn)、通過(guò)小跨徑橋梁、急流區(qū)回旋、高流速區(qū)浮運(yùn)等5種風(fēng)險(xiǎn)工況進(jìn)行評(píng)估分級(jí)，預(yù)測(cè)紅谷隧道管節(jié)首次浮運(yùn)可能發(fā)生的高風(fēng)險(xiǎn)工況，總結(jié)紅谷隧道管節(jié)首次浮運(yùn)出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)和采取的應(yīng)對(duì)措施，實(shí)現(xiàn)首節(jié)管節(jié)安全浮運(yùn)，并為后續(xù)管節(jié)浮運(yùn)提供借鑒。

內(nèi)河沉管隧道； 長(zhǎng)距離復(fù)雜水域； 浮運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)； 風(fēng)險(xiǎn)矩陣法； 首次浮運(yùn)

0　引言

沉管法是隧道穿越海底以及江河水底的一種特殊施工方法。從1910年美國(guó)在底特律河采用沉管法修建第一座用于交通運(yùn)輸?shù)乃滤淼榔?截至目前世界上已建、在建的沉管隧道已達(dá)120多座[1]。沉管法與盾構(gòu)法、礦山法相比具有許多優(yōu)點(diǎn),如： 管段預(yù)制,作業(yè)環(huán)境和施工質(zhì)量好;管段對(duì)地層壓力較小,地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng);隧道埋深小,可最大限度縮短隧道長(zhǎng)度; 管節(jié)施工分節(jié)段預(yù)制、 浮運(yùn)、沉放,機(jī)械化程度高,施工速度快等[2]。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,在上海、寧波、廣州等沿海地區(qū)相繼修建了一些沉管隧道,如上海外環(huán)沉管隧道、廣州生物島—大學(xué)城沉管隧道等。目前國(guó)內(nèi)建成的沉管隧道主要集中在海口區(qū)域，管節(jié)浮運(yùn)窗口一般選擇在高平潮期，水流流速較緩，管節(jié)浮運(yùn)安全可控[3]。由于我國(guó)沉管隧道施工起步較晚,針對(duì)內(nèi)河中段沉管隧道管節(jié)浮運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)因素的研究較為有限，特別是長(zhǎng)距離復(fù)雜水域中內(nèi)河沉管隧道管節(jié)浮運(yùn)中的風(fēng)險(xiǎn)[4]。因此，對(duì)長(zhǎng)距離復(fù)雜水域環(huán)境中的內(nèi)河沉管隧道管節(jié)浮運(yùn)的重大風(fēng)險(xiǎn)源及應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行研究非常必要。

內(nèi)河沉管隧道管節(jié)浮運(yùn)受浮運(yùn)線路構(gòu)筑物與水上交通影響較大，內(nèi)河水流急，水情復(fù)雜，施工風(fēng)險(xiǎn)較高[5]。紅谷隧道位于贛江中段，屬于典型的內(nèi)河沉管隧道。紅谷隧道是目前國(guó)內(nèi)首次嘗試在內(nèi)河長(zhǎng)距離復(fù)雜水域環(huán)境中進(jìn)行管節(jié)浮運(yùn)的沉管隧道，因缺乏內(nèi)河施工經(jīng)驗(yàn)，增加了施工風(fēng)險(xiǎn)。因此，有必要系統(tǒng)地對(duì)紅谷隧道管節(jié)浮運(yùn)的施工風(fēng)險(xiǎn)及應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行研究。

1　工程概況

南昌市紅谷隧道工程為目前國(guó)內(nèi)內(nèi)河規(guī)模最大、最長(zhǎng)的城市道路雙向6車道沉管隧道。主線隧道長(zhǎng)2 650 m，匝道總長(zhǎng)2 510 m，江中沉管段為直線沉管隧道，總長(zhǎng)1 329 m。沉管分12節(jié)，其中E1—E9管節(jié)每節(jié)管長(zhǎng)115 m，E10管節(jié)長(zhǎng)96.5 m，E11管節(jié)長(zhǎng)107.5 m，E12管節(jié)長(zhǎng)90 m。管節(jié)從干塢浮運(yùn)8.51 km至隧址后，從東西兩岸向江中段依次沉放，采用水下最終接頭，隧道最終接頭設(shè)在E10-1與E10-2之間，水下接頭長(zhǎng)為2.5 m。管節(jié)間均采用柔性接頭，接頭間采用PC鋼索連接。橫斷面為“兩孔一廊道”矩形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)外寬30 m，外高8.3 m。

贛江流域水量豐富，徑流主要由大氣降水補(bǔ)給。贛江水位及水流流速隨季節(jié)呈現(xiàn)出周期性的變化，汛期水位及流速變化幅度較大： 4—6月為主汛期，水位可達(dá)18 m以上，暴雨影響期間平均水流速度達(dá)0.8 m/s以上，非暴雨影響期間平均水流速度也達(dá)0.6 m/s以上； 7—9月為降雨季節(jié)，河段易出現(xiàn)洪水，洪峰時(shí)段水位變化大。由于贛江水位變化較大，且水流湍急，管節(jié)浮運(yùn)時(shí)需充分注意贛江水流的影響。

2　內(nèi)河沉管隧道管節(jié)浮運(yùn)的風(fēng)險(xiǎn)分析

2.1內(nèi)河沉管隧道管節(jié)浮運(yùn)特點(diǎn)

沉管隧道管節(jié)在海口區(qū)域浮運(yùn)時(shí)，海口區(qū)域河流的水位僅受漲退潮影響，且海口區(qū)域河流的流速較緩，管節(jié)易于控制。海口區(qū)域河流每個(gè)月均有高平潮浮運(yùn)窗口期，管節(jié)浮運(yùn)對(duì)水深要求高的問(wèn)題容易滿足，且海口區(qū)域河流的航道及通航水域一般較寬，對(duì)拖輪控制的要求較低。內(nèi)河沉管隧道管節(jié)浮運(yùn)與海口區(qū)域管節(jié)浮運(yùn)存在較大的差異，相比海口區(qū)域管節(jié)浮運(yùn)，內(nèi)河沉管隧道管節(jié)浮運(yùn)有以下特點(diǎn)：

1)內(nèi)河水流流速隨季節(jié)呈周期性變化，受流域雨水補(bǔ)給及上游水利構(gòu)筑物泄洪的影響明顯，流速稍有增大就會(huì)急劇提高對(duì)浮運(yùn)控制系統(tǒng)的要求；

2)內(nèi)河水位隨季節(jié)受流域范圍內(nèi)雨水補(bǔ)給影響呈周期性變化，每年管節(jié)浮運(yùn)的窗口期有限；

3)內(nèi)河區(qū)域管節(jié)浮運(yùn)航道較窄，對(duì)拖輪船長(zhǎng)的駕駛技術(shù)要求極高，且拖輪編隊(duì)需緊密配合；

4)內(nèi)河管節(jié)浮運(yùn)受橋梁影響大，橋墩間距決定管節(jié)浮運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)的高低，通過(guò)小跨徑的橋梁風(fēng)險(xiǎn)極大，管節(jié)一旦碰撞橋墩，后果嚴(yán)重；

5)航道內(nèi)影響因素較多，對(duì)河道的封航要求高，須完全阻斷全航道交通，社會(huì)壓力大[6]。

2.2內(nèi)河沉管隧道管節(jié)浮運(yùn)存在的風(fēng)險(xiǎn)源

1)管節(jié)出塢存在的風(fēng)險(xiǎn)源。塢口處浮運(yùn)航道水深不夠，管節(jié)擱淺或碰撞塢口、管面絞車自持力不足、水流速度過(guò)快導(dǎo)致管節(jié)失控、拖輪碰撞管節(jié)、錨纜斷裂、管節(jié)浮運(yùn)監(jiān)控量測(cè)設(shè)備突然失效。

2)管節(jié)塢口外側(cè)橫移的風(fēng)險(xiǎn)源。管節(jié)擱淺、拖輪出現(xiàn)故障、纜繩斷纜、管節(jié)偏蕩嚴(yán)重、其他船舶碰撞管節(jié)等。

3)管節(jié)過(guò)橋存在的風(fēng)險(xiǎn)源。管節(jié)偏蕩嚴(yán)重、管節(jié)碰撞橋墩、絞拉設(shè)備出現(xiàn)故障、拖輪斷纜、錨塊走錨、管節(jié)臨時(shí)系泊時(shí)船只碰撞管節(jié)。

4)管節(jié)在主航道急流區(qū)回旋時(shí)存在的風(fēng)險(xiǎn)源。管節(jié)轉(zhuǎn)向困難，無(wú)法回旋調(diào)頭、中樁系泊錨塊走錨、錨塊纜繩斷裂、管節(jié)擱淺、拖輪擱淺。

5)管節(jié)從回旋區(qū)進(jìn)入隧址時(shí)存在的風(fēng)險(xiǎn)源。管節(jié)擱淺、拖輪擱淺、管節(jié)失控。

2.3內(nèi)河沉管隧道管節(jié)浮運(yùn)的風(fēng)險(xiǎn)量及發(fā)生概率分析

采用風(fēng)險(xiǎn)矩陣法[7]對(duì)管節(jié)出塢及浮運(yùn)過(guò)程中的關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行評(píng)估，對(duì)其存在的風(fēng)險(xiǎn)量、發(fā)生概率及可能發(fā)生的原因等進(jìn)行分析，風(fēng)險(xiǎn)分析評(píng)估結(jié)果見(jiàn)表1。在風(fēng)險(xiǎn)分析評(píng)估表中將風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)在3C(中度風(fēng)險(xiǎn))及以上的風(fēng)險(xiǎn)源確定為重大風(fēng)險(xiǎn)源，在施工過(guò)程中須對(duì)重大風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行重點(diǎn)控制。

表1　風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

表1(續(xù))

3　紅谷隧道管節(jié)首次浮運(yùn)的高風(fēng)險(xiǎn)分析及應(yīng)對(duì)措施

3.1紅谷隧道管節(jié)首次浮運(yùn)高風(fēng)險(xiǎn)分析

由表1管節(jié)浮運(yùn)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，得出紅谷隧道管節(jié)首次浮運(yùn)的高風(fēng)險(xiǎn)主要有管節(jié)出塢接拖、航道存在淺點(diǎn)、管節(jié)浮運(yùn)通過(guò)小跨徑橋梁(南昌大橋浮運(yùn)通航孔凈跨僅62 m)、急流區(qū)管節(jié)調(diào)頭回旋、E1管節(jié)通過(guò)西汊高流速區(qū)域等5種工況。

3.1.1管節(jié)出塢接拖

管節(jié)出塢接拖是管節(jié)由絞拖控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為拖輪控制系統(tǒng)的過(guò)程[8]，管節(jié)出塢接拖布置見(jiàn)圖1。在控制系統(tǒng)逐步轉(zhuǎn)換的過(guò)程中需要2個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)操作，如果控制不協(xié)調(diào)，就有發(fā)生管節(jié)失控的風(fēng)險(xiǎn),從而導(dǎo)致管節(jié)擱淺或撞擊下游橋梁。管節(jié)出塢時(shí)縱斷面迎流，此時(shí)管節(jié)受到的水流力最大，且塢口處巖面高，重力錨塊埋深不足，承載能力有限，造成絞拖系統(tǒng)的控制能力相對(duì)較低。管節(jié)在由絞拉系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為拖輪系統(tǒng)的過(guò)程中，若管節(jié)失控，則整個(gè)管節(jié)及現(xiàn)場(chǎng)所有機(jī)械設(shè)備、人員、周邊既有建筑物的安全很難得到保證。

3.1.2航道存在淺點(diǎn)

由于浮運(yùn)航道線路較長(zhǎng)(全長(zhǎng)8 510 m)，浮運(yùn)航道地質(zhì)勘察時(shí)，勘察點(diǎn)位稀疏，造成塢口至生米大橋段的地質(zhì)情況未完全查明。設(shè)計(jì)圖紙要求航道底標(biāo)高為3.6 m，塢口至生米大橋段絕大部分巖面標(biāo)高在4.5～5 m，現(xiàn)有的絞吸船、鏈斗船、抓斗船等均無(wú)法有效開(kāi)挖。在有淺點(diǎn)的情況下進(jìn)行浮運(yùn)是違反設(shè)計(jì)及規(guī)范要求的，若強(qiáng)行浮運(yùn)管節(jié)，管理及施工風(fēng)險(xiǎn)較大。管節(jié)一旦擱淺將影響整個(gè)社會(huì)航道的通行，且會(huì)給管節(jié)的質(zhì)量及安全帶來(lái)極大的風(fēng)險(xiǎn)[9]。

A—E為拖輪； W1—W10為絞車； 1#—4#為錨塊。

圖1管節(jié)出塢接拖(單位： m)

Fig. 1Tunnel segment undocking(m)

3.1.3管節(jié)浮運(yùn)通過(guò)小跨徑橋梁

南昌大橋進(jìn)行橋墩防撞加固后，浮運(yùn)通航孔的凈跨徑壓縮為62 m，管節(jié)本身寬30 m，旁拖輪寬11 m，管節(jié)兩側(cè)的富余寬度僅有10.5 m。南昌大橋承臺(tái)基礎(chǔ)為高樁承臺(tái)，抵抗水平?jīng)_擊的能力較弱。南昌大橋處水流與橋軸線存在60°的夾角，橋頭直線段航道僅有300 m長(zhǎng)，姿態(tài)調(diào)整距離短。管節(jié)(2.8萬(wàn)t)一旦在浮運(yùn)時(shí)與橋墩發(fā)生碰撞，后果不堪設(shè)想。

3.1.4急流區(qū)高流速狀態(tài)下管節(jié)調(diào)頭回旋

因圍堰壓縮主河道，引起回旋區(qū)水流流速急劇上升，流速高達(dá)1.7 m/s。管節(jié)調(diào)頭回旋時(shí)，將出現(xiàn)縱斷面迎流的狀況，此狀態(tài)下拖輪系統(tǒng)無(wú)法確保管節(jié)的安全。管節(jié)在此處失控，必將造成擱淺，且管節(jié)擱淺面積較大。一旦出現(xiàn)水位下降，在低水位狀況下無(wú)法將其拖出；高水位狀態(tài)下必將出現(xiàn)高流速，此狀況下也無(wú)法將擱淺的管節(jié)拖出，后果極為嚴(yán)重。

3.1.5E1管節(jié)通過(guò)西汊高流速區(qū)域

江心洲西側(cè)至西岸圍堰段，在高水位狀況下，贛江水流將漫過(guò)西汊老丁壩，在此處形成一個(gè)高流速區(qū)，高流速點(diǎn)集中在E2—E3管節(jié)基槽位置處，最大流速可達(dá)1.0 m/s。管節(jié)整個(gè)縱斷面迎流狀態(tài)下受到的水流力較大[10]，E1管節(jié)浮運(yùn)通過(guò)此區(qū)段時(shí)，受到的水流力達(dá)980 kN。該區(qū)段基槽兩側(cè)均為高點(diǎn)，基槽兩側(cè)的管節(jié)通航區(qū)域較窄，一旦失控極易擱淺。

3.2紅谷隧道管節(jié)首次浮運(yùn)過(guò)程中出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)及應(yīng)對(duì)措施

3.2.1紅谷隧道管節(jié)首次浮運(yùn)過(guò)程中出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)

紅谷隧道首節(jié)管節(jié)的浮運(yùn)是對(duì)整套浮運(yùn)系統(tǒng)的檢測(cè)和驗(yàn)證。浮運(yùn)過(guò)程中主要出現(xiàn)了以下風(fēng)險(xiǎn)：

1)風(fēng)險(xiǎn)1。水流下游管首位置的旁拖輪在接拖時(shí)失控，發(fā)生管首下移；

2)風(fēng)險(xiǎn)2。浮運(yùn)過(guò)程中社會(huì)船只及游泳人員進(jìn)入浮運(yùn)航道；

3)風(fēng)險(xiǎn)3。管節(jié)過(guò)南昌大橋(橋梁東西走向)時(shí)往西側(cè)的偏距過(guò)多，存在碰撞橋墩的風(fēng)險(xiǎn)；

4)風(fēng)險(xiǎn)4。管節(jié)浮運(yùn)時(shí)，水位不斷上漲，流速逐漸增大，管節(jié)進(jìn)入回旋區(qū)調(diào)頭回旋時(shí)，管節(jié)中樁腰纜斷纜，管節(jié)失控，往基槽下游側(cè)擱淺；

5)風(fēng)險(xiǎn)5。對(duì)水流的大小估計(jì)不足，致使施工方案中的拖輪系統(tǒng)無(wú)法有效控制管節(jié)；

6)風(fēng)險(xiǎn)6。隧址西汊出現(xiàn)高流速區(qū)，管節(jié)在高流速區(qū)域內(nèi)縱斷面迎流，拖輪系統(tǒng)無(wú)法抵抗水流力；

7)風(fēng)險(xiǎn)7。E1管節(jié)進(jìn)入E2管節(jié)基槽位置系泊區(qū)時(shí)，管節(jié)前進(jìn)動(dòng)力不足；

8)風(fēng)險(xiǎn)8。E1管節(jié)系泊在E2管節(jié)基槽位置時(shí)，水位突漲，流速增大，存在走錨風(fēng)險(xiǎn)。

3.2.2紅谷隧道首次浮運(yùn)過(guò)程中出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)的原因分析及應(yīng)對(duì)措施

3.2.2.1風(fēng)險(xiǎn)1原因分析及應(yīng)對(duì)措施

1)原因分析。下游管首位置的旁拖輪在接拖時(shí)，拖輪失控，發(fā)生了管首下移。管節(jié)上游布設(shè)一艘絞拖船，絞拖船上安設(shè)2臺(tái)15 t液壓絞車、管首及管尾均布設(shè)2臺(tái)20 t液壓絞車。主要是上游處絞拖船卸力過(guò)早，拖輪動(dòng)力處于微速狀況下，拖輪的頂推力不足以抵抗水流力，管節(jié)接拖布置詳見(jiàn)圖1。在這種狀態(tài)下，絞車W6、W7、W9、W10鋼纜與管節(jié)的縱向角分別為36°、37°、59°、76°。在絞車W10提前卸力的情況下，管節(jié)能提供的橫向力F=200·sin 36°+150·sin 76°+150·sin 56°+150·sin 37°=332.2 kN； 管節(jié)完全絞出塢口，在水流流速為0.576 m/s時(shí)，水流對(duì)管節(jié)的作用力p= 0.5Cw·ρv2A[11]=0.5×2.0×103×0.62×954.5=343.6 kN。因此，絞車鋼絲繩無(wú)法穩(wěn)住管頭，從而出現(xiàn)了管首下移。

2)應(yīng)對(duì)措施。及時(shí)用絞拖船加力(或加大旁拖輪的頂推力)，增加絞車W10的絞力，則管節(jié)能提供的橫向力F=200·sin 36°+150·sin 76°+150·sin 56°+150·sin 37°=477.7 kN，大于水流力即可把住管首方向。

3.2.2.2風(fēng)險(xiǎn)2原因分析及應(yīng)對(duì)措施

1) 原因分析。管節(jié)拖航前方警戒船只瞭望人員不足，未及時(shí)對(duì)浮運(yùn)線路內(nèi)的社會(huì)船只及游泳人員進(jìn)行瞭望監(jiān)督，造成浮運(yùn)過(guò)程中社會(huì)船只及游泳人員進(jìn)入浮運(yùn)航道。

2) 應(yīng)對(duì)措施。水上公安加強(qiáng)封航警戒力度，禁止社會(huì)船只及游泳人員進(jìn)入封航區(qū)；船上人員加強(qiáng)瞭望，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)匯報(bào)并處理。

3.2.2.3風(fēng)險(xiǎn)3原因分析及應(yīng)對(duì)措施

1) 原因分析。在南昌大橋橋前未能將管節(jié)姿態(tài)調(diào)整到位，同時(shí)對(duì)自西向東的水流力估計(jì)不足，管節(jié)過(guò)南昌大橋時(shí)往西側(cè)的偏距過(guò)多，距離西側(cè)橋墩較近，存在碰撞橋墩的風(fēng)險(xiǎn)。

2) 應(yīng)對(duì)措施。過(guò)橋前控制管節(jié)浮運(yùn)速度，調(diào)整管節(jié)姿態(tài)，緩慢過(guò)橋，防止管節(jié)發(fā)生偏蕩。

3.2.2.4風(fēng)險(xiǎn)4原因分析及應(yīng)對(duì)措施

1) 原因分析。在管節(jié)浮運(yùn)過(guò)程中，由于贛江上游2個(gè)水電站泄洪，水位不斷上漲，水流流速不斷增大，造成管節(jié)調(diào)頭回旋時(shí)中樁腰纜斷纜，管節(jié)失控，往基槽下游側(cè)擱淺。

2) 應(yīng)對(duì)措施。①發(fā)生管節(jié)擱淺事故后，要求各拖輪采用高速擋拖帶管節(jié)，且不得卸力，防止管節(jié)發(fā)生嚴(yán)重?cái)R淺；②管節(jié)擱淺時(shí)，管首位置水深較深，管首位置的壓載水箱適當(dāng)壓水，可解決管尾局部擱淺的問(wèn)題，配合拖輪順?biāo)魍虾郊纯蓪⒐芄?jié)拖出擱淺區(qū)；③因當(dāng)前的流速窗口不符合浮運(yùn)要求，需擇期浮運(yùn)進(jìn)隧址；④將管節(jié)在系泊區(qū)順?biāo)挡矗才磐陷喭ㄏo(hù)衛(wèi)，防止管節(jié)失控，管面安排人員進(jìn)行24 h值班。

3.2.2.5風(fēng)險(xiǎn)5原因分析及應(yīng)對(duì)措施

1) 原因分析。管節(jié)調(diào)頭回旋時(shí)，原方案中管節(jié)控制措施不足以抵抗目前的水流力，造成中樁纜繩斷裂。

2)應(yīng)對(duì)措施。①按照原應(yīng)急方案在管節(jié)中樁位置設(shè)置腰纜，腰纜由原來(lái)的φ34鋼絲繩改為高強(qiáng)度尼龍纜；②管節(jié)向基槽移動(dòng)時(shí)，應(yīng)盡量緩慢，以減小管節(jié)的慣性力，防止腰纜被剪斷；③管節(jié)回旋時(shí)采用繞中樁方式旋轉(zhuǎn)，腰纜配合拖輪抵抗縱斷面的水流力；④管節(jié)完成回旋后至管身2/3進(jìn)入基槽范圍內(nèi)的過(guò)程中必須帶腰纜，防止發(fā)生意外狀況，同時(shí)配合拖輪提供縱斷面迎流的力；⑤對(duì)管節(jié)回旋進(jìn)隧址的各姿態(tài)進(jìn)行受力分析，確保控制系統(tǒng)能夠抵抗水流力[11]。管節(jié)調(diào)頭回旋進(jìn)隧址見(jiàn)圖2。

圖2　管節(jié)調(diào)頭回旋進(jìn)隧址

3.2.2.6風(fēng)險(xiǎn)6原因分析及應(yīng)對(duì)措施

1) 原因分析。管節(jié)采用旁拖拖航浮運(yùn)時(shí)，上游旁拖輪的有效功率一般較低[12]。西汊高流速區(qū)水流方向與管節(jié)縱斷面基本垂直，該工況下管節(jié)完全縱斷面迎流，拖輪編隊(duì)無(wú)法確保管節(jié)的安全。

2) 應(yīng)對(duì)措施。①在拖輪編隊(duì)通過(guò)西汊高流速區(qū)域時(shí)，在上游設(shè)置3個(gè)重力錨塊，并布設(shè)2艘絞拖船協(xié)助管節(jié)通過(guò)高流速區(qū)； ②在絞拖船上配置合適噸位的絞車，配合各工況的受力計(jì)算，確保絞拖系統(tǒng)和拖輪系統(tǒng)均能滿足高流速狀況下管節(jié)的可控。管節(jié)過(guò)西汊高流速區(qū)應(yīng)對(duì)措施見(jiàn)圖3。

N1、N2、S1、S2、S5、S6、S13、S14、S15為錨塊； W9—W12為絞車； E1—E6為管節(jié)基槽編號(hào)。

圖3管節(jié)過(guò)西汊高流水區(qū)應(yīng)對(duì)措施

Fig. 3Tunnel segment crossing area with high flow velocity

3.2.2.7風(fēng)險(xiǎn)7原因分析及應(yīng)對(duì)措施

1) 原因分析。由于E1管節(jié)基槽位于圍堰內(nèi)，管節(jié)無(wú)法在E1管節(jié)基槽內(nèi)進(jìn)行二次舾裝，必須在E2位置進(jìn)行系泊，管節(jié)在隧址內(nèi)向E1位置拖航時(shí)，提供前進(jìn)動(dòng)力的錨纜系在E2基槽管首位置的錨塊上，隧址纜繩的角度不斷減小，造成管節(jié)前進(jìn)動(dòng)力不足。

2) 應(yīng)對(duì)措施。及時(shí)啟用岸控系統(tǒng)的錨塊以提供管節(jié)前進(jìn)的動(dòng)力，保證管節(jié)能夠安全帶上系泊錨纜。

3.2.2.8風(fēng)險(xiǎn)8原因分析及應(yīng)對(duì)措施

1) 原因分析。由于上游水電站泄洪，水流流速及水位突增，造成系泊在E2位置處的E1管節(jié)受到的水流力突然增大，存在走錨風(fēng)險(xiǎn)。

2) 應(yīng)對(duì)措施。提前將E1管節(jié)絞拖進(jìn)入E1沉放區(qū)的圍堰內(nèi)，圍堰內(nèi)管節(jié)不受水流力影響且管尾系泊在抗拉承載力為784 kN的錨塊上，管節(jié)安全度過(guò)高流速時(shí)期，并在圍堰內(nèi)完成管節(jié)的二次舾裝。

4　結(jié)論與建議

4.1結(jié)論

1)管節(jié)浮運(yùn)通過(guò)高流速區(qū)時(shí)，需提前考慮應(yīng)對(duì)措施，才能保證管節(jié)浮運(yùn)的安全。E1管節(jié)浮運(yùn)通過(guò)西汊高流速區(qū)時(shí)，提前加強(qiáng)絞拉系統(tǒng)，確保拖輪系統(tǒng)拖帶E1管節(jié)安全通過(guò)西汊高流速區(qū)。

2)管節(jié)浮運(yùn)受水流、水深的影響，提前預(yù)測(cè)浮運(yùn)水文窗口是保證管節(jié)安全浮運(yùn)的關(guān)鍵，對(duì)水文評(píng)估不足，會(huì)給浮運(yùn)帶來(lái)高風(fēng)險(xiǎn)。E1管節(jié)浮運(yùn)時(shí)對(duì)水流情況評(píng)估不足，造成管節(jié)擱淺，后續(xù)管節(jié)浮運(yùn)前需充分考慮水文情況。

3)干塢與隧址的距離影響管節(jié)浮運(yùn)的安全，應(yīng)盡量縮短干塢與隧址的距離，從而有效降低工程地質(zhì)、工程水文等方面的施工風(fēng)險(xiǎn)。

4.2建議

1)航道淺點(diǎn)是影響沉管隧道管節(jié)浮運(yùn)的關(guān)鍵因素之一，淺點(diǎn)處理不到位會(huì)影響管節(jié)浮運(yùn)窗口的選擇，建議深入研究淺點(diǎn)處理的方法。

2)管節(jié)浮運(yùn)受水流流速、管節(jié)迎流面大小、浮運(yùn)航道沿線構(gòu)筑物等的影響，施工風(fēng)險(xiǎn)大，風(fēng)險(xiǎn)控制成本高。因此，建議系統(tǒng)研究?jī)?nèi)河沉管隧道管節(jié)縱斷面迎流通過(guò)高流速通航區(qū)域和主航道急流區(qū)內(nèi)管節(jié)調(diào)頭回旋、系泊的風(fēng)險(xiǎn)及應(yīng)對(duì)措施。

3)工程風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)有應(yīng)對(duì)措施，同時(shí)需加強(qiáng)施工過(guò)程中的管理，有效規(guī)避因管理原因?qū)е碌墓こ田L(fēng)險(xiǎn)。

4)管節(jié)浮運(yùn)受水流流速影響大，自然風(fēng)險(xiǎn)可采取管理措施進(jìn)行規(guī)避，如提前與水文氣象等單位溝通。

5)高風(fēng)險(xiǎn)的分部分項(xiàng)工程施工時(shí)，需系統(tǒng)管理工程風(fēng)險(xiǎn)，系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)管理涵蓋重大風(fēng)險(xiǎn)源管理、項(xiàng)目管理風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、自然風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)等方面，通過(guò)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)管理切實(shí)有效規(guī)避或減輕施工及管理風(fēng)險(xiǎn)。

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Analysis of Risks in Long-distance Floating Transportation of Immersed Tunnel Segment in Complex Inland River and Their Countermeasures

XIE Zhenling, HE Xiaobo

(JiangxiZhong-changEngineeringConsultationandSupervisionCo.,Ltd.,Nanchang330038,Jiangxi,China)

There are many risk sources on the segment floating transportation route of inland river immersed tunnel. The risk differences between segment floating transportation in sea and that in river are compared. The risks, including segment undocking, low water level points, segment crossing bridge with small span, segment turning area with high flow velocity and segment floating transportation in area with high flow velocity, are assessed and classified by risk matrix method. The risks of segment floating transportation are predicted and their countermeasures are summarized. The segment floating transportation for the first time is successful and can provide reference for follow-up segment floating transportation.

inland river immersed tunnel; long-distance complex water area; floating transportation risk; risk matrix method; floating transportation for first time

2016-05-09;

2016-08-04

謝震靈(1966—)，男，江西樟樹(shù)人，1998年畢業(yè)于中國(guó)社會(huì)科學(xué)院,建設(shè)項(xiàng)目管理學(xué)專業(yè)，碩士，高級(jí)工程師，現(xiàn)主要從事給排水、市政道路橋梁、軌道交通、房屋建筑工程專業(yè)監(jiān)理工作。E-mail： 956965570@qq.com。

10.3973/j.issn.1672-741X.2016.09.010

U 455

B

1672-741X(2016)09-1095-06