港珠澳大橋沉管隧道基槽泥沙回淤研究總述及創(chuàng)新實(shí)踐

楊 華,王汝凱, 韓西軍, 解鳴曉

(1.交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所 港口水工建筑技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室 工程泥沙交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300456；2.中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，廣州 510230)

圖1 港珠澳大橋總平面圖 圖2 沉管安放示意圖Fig.1 Planar layout of the HKZM Bridge Fig.2 Placement of the immersed tube

圖3 島隧布置示意圖Fig.3 General layout of the immersed tube tunnel

港珠澳大橋是我國(guó)的“世紀(jì)工程”，采用橋、島、隧相結(jié)合的形式(見(jiàn)圖1)，海底隧道采用沉管工法進(jìn)行(見(jiàn)圖2)，自西向東分別為E1～E33管節(jié)(見(jiàn)圖3)，基槽開挖水深達(dá)30～40 m，是當(dāng)今世界上最難的海底隧道工程，沉管對(duì)接被譽(yù)為“深海之吻”。基槽床面的平整度是沉管對(duì)接的地形基礎(chǔ)。在E1～E14管節(jié)的安放過(guò)程中，基槽內(nèi)泥沙回淤較小，管節(jié)安放相對(duì)順利。2014年11月，在E15節(jié)管節(jié)的浮運(yùn)安裝過(guò)程中，基槽內(nèi)出現(xiàn)了異常的泥沙淤積現(xiàn)象，管節(jié)安裝工作被迫中止，嚴(yán)重制約了建設(shè)進(jìn)度，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

為保障海底隧道建設(shè)的安全、順利實(shí)施，找到基槽發(fā)生異常回淤的內(nèi)在原因，攻克泥沙回淤的難題成為重中之重。港珠澳大橋位于伶仃洋海域，在珠江大型河口灣的復(fù)雜動(dòng)力影響下，水沙條件本就極為復(fù)雜，加之沉管基槽最大深度超過(guò)40 m，動(dòng)力環(huán)境與普通的港口、航道挖槽存在巨大差異。目前，對(duì)深水基槽內(nèi)的水沙特征缺乏資料支撐，相關(guān)研究尚屬國(guó)際空白。其次，沉管施放窗口期僅為15 d左右，現(xiàn)有泥沙回淤預(yù)報(bào)的時(shí)、空尺度較大，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)基槽內(nèi)淤積實(shí)現(xiàn)精細(xì)化、高效的預(yù)警，必須研發(fā)全新的預(yù)警預(yù)報(bào)技術(shù)。

隧道工程建設(shè)工期極為緊張，攻克基槽內(nèi)的泥沙回淤問(wèn)題已迫在眉睫。鑒于以上背景，中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司、天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所、南京水利科學(xué)研究院和中山大學(xué)等多家權(quán)威單位共同組成了聯(lián)合攻關(guān)組，針對(duì)沉管基槽出現(xiàn)的泥沙淤積現(xiàn)象，開展了大量、自主的創(chuàng)新研究工作，全面攻克了基槽泥沙回淤問(wèn)題，保障了隧道的安全、快速和順利施工。目前，港珠澳大橋沉管隧道已全面貫通，證實(shí)研究成果是成功的，顯著提高了我國(guó)的工程泥沙學(xué)科水平，并可為其它類似工程提供絕佳的參考依據(jù)。

本文中系統(tǒng)性總述了攻關(guān)組圍繞港珠澳大橋沉管隧道基槽泥沙回淤問(wèn)題的研究歷程、研究?jī)?nèi)容，并重點(diǎn)介紹了主要的創(chuàng)新性工作。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

(1)深基槽淤積測(cè)量精度相對(duì)較低。

港珠澳大橋海底隧道施工中，對(duì)沉管對(duì)接處的地形平整度要求極高，在對(duì)應(yīng)淤泥容重1.26 t/m3的條件下，泥沙回淤不得超過(guò)4 cm，精確測(cè)量泥沙回淤厚度成為控制沉管施放的重要閾值。目前，國(guó)內(nèi)外在對(duì)地形測(cè)量方面精度最高的為多波束回聲掃測(cè)。由于基槽水深平均在30 m以上，最深處可達(dá)46 m，底部存在浮泥現(xiàn)象，多波束測(cè)量基于聲學(xué)理論和船舶動(dòng)態(tài)測(cè)量，地形測(cè)量精度為0.2 m左右，誤差較難精確控制在厘米量級(jí)，同時(shí)由于床面淤泥具有較大密度梯度，對(duì)聲學(xué)反射的交界面選取存在一定潛在誤差，亟待提高現(xiàn)有精度。

(2)深基槽淤積預(yù)報(bào)缺乏經(jīng)驗(yàn)。

對(duì)挖槽淤積的預(yù)報(bào)，國(guó)內(nèi)外一般采用經(jīng)驗(yàn)公式、物理模擬、數(shù)值模擬等手段。由于沉管基槽開挖深度遠(yuǎn)大于一般的港池、航道水深，且坡度可達(dá)1:5～1:2.5，槽內(nèi)水動(dòng)力泥沙結(jié)構(gòu)復(fù)雜性超過(guò)港池航道。因此，以往基于港池航道回淤的經(jīng)驗(yàn)公式不能直接應(yīng)用，物理模擬在深基槽邊坡處的“比尺效應(yīng)”將進(jìn)一步放大，影響了預(yù)測(cè)精度。在數(shù)值模擬方面，由于基槽內(nèi)存在顯著的次生渦旋、槽內(nèi)螺旋流系等細(xì)部動(dòng)力過(guò)程，對(duì)數(shù)值模擬的分辨率和計(jì)算效能提出了更高的要求，目前國(guó)內(nèi)外未見(jiàn)針對(duì)此類地形條件下的三維精細(xì)化模擬案例。

(3)回淤預(yù)報(bào)精度與實(shí)際需求存在較大差距。

以往對(duì)挖槽回淤的研究著眼于長(zhǎng)時(shí)間尺度，采用代表潮、浪的方式對(duì)年際淤積進(jìn)行模擬，至多模擬一場(chǎng)風(fēng)暴過(guò)程條件下的泥沙驟淤，在有大量實(shí)測(cè)資料驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，預(yù)報(bào)精度一般在分米量級(jí)。對(duì)沉管施放而言，沉管沉放至基床后的晾曬時(shí)間在10～15 d左右，淤積閾值僅為4 cm，對(duì)泥沙淤積的時(shí)、空預(yù)報(bào)精度必須達(dá)到逐日、厘米級(jí)。目前，國(guó)內(nèi)外尚未達(dá)到這一水平，是對(duì)泥沙回淤預(yù)報(bào)理論的重大考驗(yàn)。

(4)回淤預(yù)報(bào)響應(yīng)的時(shí)效性較低。

隧道工期極為緊張，沉管預(yù)制、窗口晾曬、最終沉放必須“一氣呵成”。在泥沙回淤預(yù)報(bào)中，必須做到高時(shí)效性，做到“提供數(shù)據(jù)的當(dāng)天便要給出7 d內(nèi)的預(yù)報(bào)結(jié)果”這一響應(yīng)速度。基槽位于珠江口下游的河口區(qū)，同時(shí)受珠江復(fù)雜河網(wǎng)和伶仃洋水沙環(huán)境的雙重影響，特別是汛期徑流、海上風(fēng)浪等參數(shù)時(shí)刻變換，隨機(jī)性強(qiáng)，又有陸架水和沖淡水的影響，對(duì)如此高效的預(yù)報(bào)響應(yīng)速度提出了近乎嚴(yán)苛的要求。目前，國(guó)內(nèi)外回淤常規(guī)預(yù)報(bào)技術(shù)均無(wú)法達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)。

基于以上分析，對(duì)港珠澳大橋沉管基槽泥沙回淤問(wèn)題的研究，是一個(gè)全新的課題，目前在資料獲取、理論分析和模擬技術(shù)方面均是一個(gè)空白，亟待突破。

2 創(chuàng)新性研究工作總述

面向以上背景，研究核心點(diǎn)主要包括3個(gè)方面：(1)收集現(xiàn)場(chǎng)資料“大數(shù)據(jù)”，深刻了解基槽水域的水沙特征；(2)通過(guò)多種手段綜合分析，明晰基槽異常回淤原因；(3)發(fā)展高精度、高時(shí)效性的基槽回淤預(yù)警預(yù)報(bào)技術(shù)，以下分別闡述。

2.1 開展了“大數(shù)據(jù)”現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量

本項(xiàng)研究的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量項(xiàng)目包括：多波束地形測(cè)量、回淤盒淤積物厚度及容重測(cè)量、固定點(diǎn)含沙量測(cè)量、基槽內(nèi)外斷面含沙量巡測(cè)、基槽縱橫斷面ADCP走航流速流向測(cè)量、底質(zhì)泥沙取樣分析、柱狀泥沙取樣分析、基槽內(nèi)淤積物容重測(cè)量、基槽內(nèi)懸沙取樣分析、采沙船調(diào)查、內(nèi)伶仃島東北側(cè)至基槽含沙量巡測(cè)、大范圍底質(zhì)泥沙取樣分析等[1]。

圖4 三個(gè)階段固定含沙量測(cè)量位置示意Fig.4 Locations of the fixed SSC measurement stations of three phases

(1)固定點(diǎn)含沙量測(cè)量。

2014年12月20日～2015年3月31日，在E15～E20沉管間1 km范圍內(nèi)布置4個(gè)座底固定站(見(jiàn)圖4)，進(jìn)行含沙量定點(diǎn)連續(xù)觀測(cè)，自動(dòng)測(cè)量中層(0.6H)、0.8H和底層(海床上0.4 m、1.0 m)的逐時(shí)含沙量。2015年4月1日～12月31日，同時(shí)進(jìn)行3個(gè)固定站的含沙量測(cè)量，其中4月1日～7月3日為1#、2#和7#，7月4日～12月31日為2#、7#和9#(見(jiàn)圖4左圖)。 2016年1月1日～2017月4月30日，同時(shí)進(jìn)行2個(gè)固定站的含沙量測(cè)量(見(jiàn)圖4右圖)。

(2)含沙量巡測(cè)。

5-a 2014.12-2016.3 5-b 2016.4-2017.4圖5 含沙量巡測(cè)路線示意圖Fig.5 The SSC mobile survey route

為掌握內(nèi)伶仃島北側(cè)采砂區(qū)至基槽水域沿程的含沙量變化，開展了含沙量巡測(cè)工作，從2014年12月開始，一直持續(xù)到2017年5月，即沉管全部沉放為止。巡測(cè)長(zhǎng)度20 km，沿程布設(shè)24個(gè)測(cè)站，測(cè)站間距在500～1 500 m間(見(jiàn)圖5)，測(cè)量項(xiàng)目包括含沙量、流速、流向、粒度、溫度和鹽度。含沙量測(cè)量層次分別為2 m以上平均水深處、2 m以下每0.2 m設(shè)一層，共12層。溫度和鹽度分別測(cè)取表層、中層、底層共三層。含沙量巡測(cè)在采砂區(qū)開放期每天巡測(cè)一次；在關(guān)閉期：每3 d巡測(cè)一次，碎石基床鋪設(shè)期間每2 d巡測(cè)一次。從2014年12月～2017年5月總計(jì)巡測(cè)了452次。

(3)發(fā)展了回淤盒監(jiān)測(cè)手段。

圖6 潛水員準(zhǔn)備下水作業(yè) 圖7 回淤盒實(shí)驗(yàn)照片F(xiàn)ig.6 Preparation of the underwater Fig.7 Photography of the sedimentation operation sample box

本項(xiàng)目創(chuàng)新采用了現(xiàn)場(chǎng)回淤盒法，由潛水員放置在基槽床面上(見(jiàn)圖6)，由鋼架固定。取回至實(shí)驗(yàn)室后，回淤盒內(nèi)泥沙先量測(cè)初始厚度值，然后攪拌均勻，再靜水沉降密實(shí)24 h后，進(jìn)行一系列試驗(yàn)，得到最終的淤積厚度、泥沙粒徑和淤積物容重等重要數(shù)據(jù)(見(jiàn)圖7)。該方法測(cè)量精度可達(dá)毫米級(jí)。

(4)基槽內(nèi)多波束回淤監(jiān)測(cè)。

為突破現(xiàn)有多波束測(cè)量的精度瓶頸，選擇大型專用測(cè)量船，采用船底安裝換能器減小安裝角度變化帶來(lái)的誤差，通過(guò)對(duì)各設(shè)備位置精確校準(zhǔn)，消除相對(duì)位置偏差。同時(shí)，通過(guò)測(cè)深波束開角設(shè)定研究及聲速剖面模型構(gòu)建，修正聲速變化引起的測(cè)深誤差，利用數(shù)據(jù)信號(hào)融合方法提高多波束測(cè)深精度，針對(duì)影響測(cè)深精度的因素，持續(xù)系統(tǒng)開展了誤差分析、參數(shù)優(yōu)化、比對(duì)訓(xùn)練，提高多波束測(cè)深精度達(dá)到厘米級(jí)。

2.2 厘清了沉管基槽異常回淤的原因

基于以上“大數(shù)據(jù)”現(xiàn)場(chǎng)水沙實(shí)測(cè)資料，結(jié)合多因素分析手段對(duì)沉管基槽發(fā)生異常回淤的原因開展了分析[2-6]：

(1)采砂活動(dòng)調(diào)查。

2015年1月6、7、8日在內(nèi)伶仃島附近分別進(jìn)行3次現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查工作，發(fā)現(xiàn)洗沙導(dǎo)致該水域出現(xiàn)與伶仃洋天然水沙環(huán)境截然不同的高含沙的渾水帶(見(jiàn)圖8)，表層含沙量達(dá)0.6～2.5 kg/m3，遠(yuǎn)高于基槽水域正常含沙量(一般在0.1 kg/m3以內(nèi))，懸沙中值粒徑0.031～0.05 mm，與基槽異常回淤物性質(zhì)一致。

圖8 內(nèi)伶仃島北側(cè)采砂實(shí)拍照片F(xiàn)ig.8 Photographs of the sediment mining around Neilingding Island

(2)衛(wèi)星遙感影像分析。

根據(jù)大量衛(wèi)星遙感影像分析(圖9)，采砂引起的渾水帶表層含沙量0.6 kg/m3以上，形態(tài)呈“梭狀”分布；落潮期間渾水帶南端可向基槽運(yùn)移。從懸沙運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)及泥沙來(lái)源角度，定性判斷高含沙渾水落潮階段對(duì)基槽淤積影響較大。

圖9 衛(wèi)星遙感表層含沙量平面分布Fig.9 Surface SSC distribution according to satellite remote photographs

(3)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析。

根據(jù)2015年采砂狀態(tài)發(fā)生的變化情況(2月10日～4月30日關(guān)閉；5月1日～5月14日恢復(fù)；5月15日至年底關(guān)閉)，對(duì)比采砂前、后多次含沙量巡測(cè)資料、固定測(cè)站含沙量資料和基槽回淤盒實(shí)測(cè)淤積厚度資料(圖10～圖11、表1)，表明采砂造成的渾水下切是基槽異常回淤的主要原因。

圖10 不同采砂時(shí)期巡測(cè)含沙量對(duì)比Fig.10MobilesurveyedSSCcomparisonsbetweendifferentsedimentminingphases圖11 不同采砂時(shí)期固定站含沙量對(duì)比Fig.11FixedstationmeasuredSSCcomparisonsbetweendifferentsedimentminingphases

表1 不同采砂時(shí)期基槽回淤數(shù)據(jù)對(duì)比Tab.1 Sedimentation data in the tunnel trench corresponding to different sediment mining phases

(4)數(shù)學(xué)模型試驗(yàn)分析。

通過(guò)開展大量數(shù)學(xué)模型試驗(yàn)工作，模擬了不同潮型條件下的基槽含沙量變化情況(圖12)，指出在大、中潮作用下，內(nèi)伶仃島北側(cè)采砂引起的高濃度渾水可直接跨越基槽，引起基槽含沙量高達(dá)0.22～0.47 kg/m3的增量，小潮對(duì)基槽的影響是間接的，可通過(guò)“二次搬運(yùn)”的形式。

12-a 大潮落潮 12-b 中潮落潮 12-c 小潮落潮圖12 典型潮型下采砂引起含沙量增量包絡(luò)線Fig.12 SSC increase under the impact of sediment mining

綜合以上分析成果，最終厘清了沉管基槽異常回淤的泥沙來(lái)源為內(nèi)伶仃島北側(cè)的采砂活動(dòng)所致，為政府決策關(guān)閉采砂區(qū)提供了依據(jù)。

2.3 提出了基于等效潮差的基槽回淤計(jì)算理論

在海區(qū)自然環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定的前提下，潮流、波浪、徑流等動(dòng)力條件影響海域含沙量，進(jìn)而引起基槽淤積。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)大量潮差、潮流、含沙量、基槽淤積量等資料分析發(fā)現(xiàn)，工程海域?yàn)┟媪魉倥c潮差關(guān)系明顯。在考慮風(fēng)浪對(duì)淤積的影響時(shí)，通過(guò)風(fēng)推算波浪大小，計(jì)算波浪引起的底流速，并通過(guò)相關(guān)分析法將其轉(zhuǎn)換成“等效潮差”，并與潮流對(duì)應(yīng)的天文潮差進(jìn)行疊加，來(lái)反映波浪潮流對(duì)基槽回淤的影響。這一點(diǎn)在徑流方面也是同樣的機(jī)理。所謂等效潮差，即將可能影響基槽淤積的關(guān)鍵動(dòng)力因子以“潮差”這一參量的形式體現(xiàn)[7]。定義“波浪等效潮差”和“徑流等效潮差”兩個(gè)概念，見(jiàn)式(1)

Re=Rt+Rw+Rd

(1)

式中：Re為等效潮差；Rt為天文潮差；Rw為波浪等效潮差；Rd為徑流等效潮差，即

Re=(1+αw+αd)Rt

(2)

式中：αw、αd分別為波浪等效潮差系數(shù)和徑流等效潮差系數(shù)，可由以下表達(dá)式計(jì)算

αw=Vwb/Vb

(3)

αd=Vdb/Vb

(4)

式中：Vwb為波浪底部質(zhì)點(diǎn)平均流速；Vdb為徑流引起的底部流速。

經(jīng)理論推導(dǎo)，等效潮差與含沙量S、基槽回淤厚度Dep的關(guān)系表達(dá)式見(jiàn)式(5)～式(6)中所示

S=kρsReβ/ghT2

(5)

Dep

=λReθ

(6)

式中：T為半潮周期；ρs為泥沙密度；h為平均水深；g為重力加速度；k、β、λ、θ分別為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)固定測(cè)站含沙量及回淤盒數(shù)據(jù)推求。在實(shí)際預(yù)報(bào)過(guò)程中，根據(jù)實(shí)測(cè)資料的積累，對(duì)以上系數(shù)進(jìn)行持續(xù)訂正，保障計(jì)算的準(zhǔn)確性。

圖13 二、三維耦合模型計(jì)算網(wǎng)格示意Fig.13 Computation meshes for the 2D-3D coupled numerical model

14-a 落急時(shí)刻 14-b 漲急時(shí)刻圖14 基槽橫斷面漲落急時(shí)刻垂向流矢圖Fig.14 Vertical distribution of the sectional current fields for the tunnel

2.4 自主研發(fā)了二、三維耦合水沙運(yùn)動(dòng)數(shù)值模式

網(wǎng)格體系采用無(wú)結(jié)構(gòu)三角形與四邊形混合網(wǎng)格體系。在模型計(jì)算中，根據(jù)所研究對(duì)象的差異性，可開展(1)全域三維；(2)平面二維；(3)垂向二維；(4)二、三維內(nèi)外域耦合等多種計(jì)算形式。在二、三維耦合模型中，采用具有雙曲和諧形式的二維和三維淺水方程，可從數(shù)學(xué)角度上避免通量梯度項(xiàng)與底坡項(xiàng)不平衡引起的非物理數(shù)值流動(dòng)，更加適用于基槽水沙運(yùn)動(dòng)模擬[6]。

模擬計(jì)算所建立的網(wǎng)格范圍見(jiàn)圖13，其中二維外區(qū)域北側(cè)邊界包括珠江口東四口門，南側(cè)至外海，包括整個(gè)伶仃洋海域，三維內(nèi)區(qū)域?yàn)榛鄹浇颍瓜蚓W(wǎng)格劃分達(dá)到30層，最小水平網(wǎng)格尺度達(dá)到2 m。圖14中示意了所計(jì)算的橫跨基槽的垂向流速分布特征，經(jīng)與現(xiàn)場(chǎng)巡測(cè)基槽內(nèi)部流態(tài)對(duì)比[1]，所建模型可很好的反映基槽內(nèi)的平面、垂向三維“螺旋流”和渦流現(xiàn)象，具有較佳的表現(xiàn)力。

2.5 提出了多因素復(fù)合型回淤預(yù)警預(yù)報(bào)模式

圖15 多因素復(fù)合型基槽回淤預(yù)警預(yù)報(bào)模型系統(tǒng)流程圖Fig.15 General flow chart for the sedimentation forecasting system

在預(yù)警預(yù)報(bào)過(guò)程中，公式計(jì)算和數(shù)值模擬兩種方法呈現(xiàn)出“交織”銜接，體現(xiàn)在：式(2)的計(jì)算中所需重點(diǎn)參數(shù)由波浪、水流數(shù)值模擬給出；數(shù)值模擬的含沙量初始邊界條件又利用式(5)的結(jié)果，極大提高了模擬精度。對(duì)潮流形態(tài)較單一的管節(jié)(E15～E32)，重點(diǎn)采用針對(duì)性強(qiáng)、響應(yīng)迅速的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行預(yù)報(bào)，提高時(shí)效性；而對(duì)島隧結(jié)合部處的E33管節(jié)，由于受兩側(cè)掩護(hù)體的遮擋，在接頭處存在回流現(xiàn)象，條件更加復(fù)雜，采用三維數(shù)值模擬方法加以預(yù)報(bào)。圖15中給出了整個(gè)復(fù)合型預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)的流程，具體執(zhí)行中采用“三步走”的模式，具體如下：

(1)前期預(yù)報(bào)。

沉管安裝氣象窗口確定后，碎石基床鋪設(shè)前，根據(jù)潮汐、徑流和風(fēng)況，預(yù)報(bào)碎石基床鋪設(shè)至沉管安放期間未來(lái)10～15 d每天的工程水域含沙量和基槽淤積厚度及累計(jì)淤積厚度，作為碎石基床鋪設(shè)施工的決策依據(jù)。

表2 預(yù)警級(jí)別對(duì)應(yīng)表Tab.2 Corresponding table of the warning level

(2)中期跟蹤、預(yù)警。

在碎石基床裸露期間，逐日跟蹤現(xiàn)場(chǎng)的含沙量、氣象及基槽內(nèi)泥沙淤積變化，與預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，據(jù)情況進(jìn)行不同級(jí)別的預(yù)警，為碎石基床鋪設(shè)的繼續(xù)實(shí)施或減淤措施等決策提供基本依據(jù)。預(yù)警級(jí)別分為綠色、黃色、橙色、紅色四級(jí)(見(jiàn)表2)。如本期動(dòng)力～含沙量～泥沙淤積厚度關(guān)系曲線發(fā)生變化，將及時(shí)調(diào)整預(yù)報(bào)公式(5)～(6)中的相關(guān)參數(shù)。

(3)臨近預(yù)報(bào)。

在沉管浮運(yùn)前2 d進(jìn)行最后一次預(yù)報(bào)，結(jié)合最新的氣象、徑流和實(shí)測(cè)回淤盒、含沙量資料，適時(shí)修訂預(yù)報(bào)數(shù)值進(jìn)行最終核定，為沉管出塢浮運(yùn)及安裝決策提供基本依據(jù)。

3 結(jié)論

針對(duì)港珠澳大橋沉管基槽泥沙淤積問(wèn)題的需求，開展了大量自主創(chuàng)新性研究，厘清了沉管基槽異常回淤原因，研發(fā)了高精度、高時(shí)效的回淤預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)，保障了E15～E33管節(jié)的順利、安全沉放，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。港珠澳大橋沉管基槽的精細(xì)化回淤研究為國(guó)內(nèi)外首次，研究成果在基礎(chǔ)理論、模擬技術(shù)、預(yù)警預(yù)報(bào)模式等均取得了“開創(chuàng)性”的突破，對(duì)我國(guó)工程建設(shè)的理論具有極大的提升和促進(jìn)意義，可為其它類似工程提供借鑒。創(chuàng)新性成果可歸納為以下幾點(diǎn)：

(1)開展了現(xiàn)場(chǎng)“大數(shù)據(jù)”觀測(cè)，全面掌握了深基槽內(nèi)的水流、泥沙運(yùn)動(dòng)特征，明確了基槽回淤的內(nèi)在機(jī)理。

(2)采用多因素綜合分析手段，揭示了沉管基槽異常淤積泥沙的主要來(lái)源和淤積原因?yàn)閮?nèi)伶仃島北側(cè)采砂活動(dòng)，為政府決策關(guān)閉采砂區(qū)、保障沉管順利沉放提供了重要依據(jù)。

(3)提出了考慮潮汐、波浪和徑流作用共同作用的“等效潮差”理論，建立了等效潮差和底部含沙量、基槽回淤?gòu)?qiáng)度的關(guān)系式。

(4)自主研發(fā)了二、三維耦合的高精度水沙運(yùn)動(dòng)三維數(shù)值模式，實(shí)現(xiàn)了大范圍二維、局部三維的同步實(shí)時(shí)模擬，準(zhǔn)確描述了深基槽內(nèi)的水沙運(yùn)動(dòng)過(guò)程。

(5)構(gòu)建了理論公式、數(shù)值模擬相聯(lián)合的多因素、復(fù)合型基槽回淤預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了逐日、厘米級(jí)的精細(xì)化回淤預(yù)報(bào)，為沉管安放決策提供了技術(shù)支撐。

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