陈林，何波，杨秀武

1 概述

港珠澳大桥岛隧工程沉管隧道最终接头，处于沉管E29管节与E30管节之间，采用“三明治”结构，整体呈楔形，底宽9.6 m，顶宽12.0 m（如图1）；其东西两侧分别是E29与E30管节尾端的端封门。E29尾端（东侧）与E30尾端（西侧）顶端中轴线位置均设置导向托架（标高约-14 m），中轴线两侧对称设置2个120 t系缆柱[1]。在最终接头位置区域，底槽夯平块石基床面上有一个狭长的梯形槽，下宽4.8 m，上宽5.6 m，长42 m（如图2），底槽平均高程约-28.7 m。由于晾置了一段时间及种种原因，该梯形槽内淤积了厚度约30～60 cm黏性较强的淤积物。在铺设碎石垫层之前，必须将该梯形槽内的淤积物清除，允许厚度小于4 cm[2]。

图1 最终接头示意图Fig.1 Sketch map of final joint

图2 最终接头区域块石基床面示意图Fig.2 Sketch of stone bed surface at final joint area

2 清淤设备和工艺选型

拟清淤的最终接头基槽，为一条狭长的深槽，处于一个非常特殊的“高差约15 m的深坑”内，四面受限，东西两侧的沉管端封门、顶端的导向托架不允许触碰，已铺设的碎石垫层及南北两端的基槽复合边坡等范围也不允许损坏，否则后果不堪设想；淤积物具有较高的稠度和黏性；清淤质量要求高；由于受限于最终接头的安装时间，须在规定时间节点内完成；且最终接头范围的水下龙口各个位置水流状况复杂。因此，最终接头清淤施工，是一项施工难度、安全风险非常高的挑战。

鉴于以上特殊作业工况条件及高质量、时间节点等高标准要求，最终接头清淤船舶设备，应该具备3个条件：1）船舶稳定性高，即最好采用桩腿定位。2）吸淤头定位精确且可控，即与船体应刚性连接，且对接触面的适应性较高。3）具备一定强度的深槽吸淤能力。

清淤设备和工艺比选：

1）现有的各类型疏浚船舶（自航耙吸船、抓斗船、绞吸船等），显然均不适用。

2）采用四桩定位的碎石整平船，后增加了碎石基床高精度清淤功能，但由于其吸淤头对清淤基床面的平整度要求很高，且其吸淤头高压冲水及水下泵功率有限，经现场试验，其对于黏稠性较高的淤积物清淤效率很低，无法满足节点工期的要求。

3）专用清淤船“捷龙”轮，具备吸淤头定位精确又可控、适应性强，且吸淤能力较强，但采用锚缆定位，存在较大的船舶稳定性风险。

4）若采用大功率劲马泵清淤，但其柔性连接方式，使得吸淤头定位难以控制，存在撞击沉管端封门或破坏已铺设好的碎石垫层的巨大风险。

5）若采用人工清淤，辅助小型吸淤泵，由于最终接头区域水流状况复杂，一天适合“深潜”作业时间非常有限，且淤积物有一定的黏性，人工清淤效率相当低，也无法满足节点工期要求。

因此，最终接头清淤，没有现成的清淤设备和相对成熟的工艺技术。综合相关工作要求和受限条件因素考虑，经多轮研究评审，最终推荐采用“捷龙”轮。

3 专用清淤船“捷龙”轮简介

专用清淤船“捷龙”轮由原深水取砂船技改而成（图3），船舶参数见表1，采用六锚定位，定点“盖章”式清淤。为确保吸淤头下放过程中，最大程度的避免对基槽槽底面的撞击破坏，吸淤头与桥梁架的连接采用铰接结构，通过液压装置实现吸淤头的平稳收放[3]。施工前，将施工导航文件导入清淤监控系统中。定点清淤施工时，清淤监控系统可以自动实时显示吸淤头位置、深度、泥浆密度等参数，操作人员根据施工导航文件所规划的子区域逐点对照吸淤。当清淤点的浓度和水深达到设计要求后，通过收放锚缆移动船舶至下一个清淤点。完成单点清淤后，系统会记录清淤轨迹，操作人员可根据清淤覆盖情况，进行局部加密补吸。

图3 专用清淤船“捷龙”轮Fig.3 The special dredger"Jielong"

表1 专用清淤船基本参数表Table1 Basic parameter table special dredger

4 清淤作业主要风险分析及应对

“捷龙”轮为锚缆系定位的“庞然大物”，其桥梁长约80 m，桥梁最大宽度达4.2 m，吸淤头为直径1.6 m的圆盘，吸淤头与桥梁的铰接结构最大宽度近2.4 m，重量近3 t。在外海水文条件复杂多变的情况下，“捷龙”轮纹丝不动地就位和伸进水下龙口作业，任何一个外界的干扰或细微的操作疏忽都会带来不可接受的后果，如E29或E30管节端封门遭碰撞破坏而进水，甚至对整个沉管隧道可能造成毁灭性破坏。因此，结合工况条件、“捷龙”轮船舶性能及结构特点等因素，对最终接头清淤作业的主要风险及防范措施分析如下：

1）船舶稳定性风险，是最终接头清淤作业的最大风险。因为“捷龙”轮采用柔性的锚缆定位，庞大船体在正常风浪流作用下都会产生一定的偏移或晃动。如遭遇大风浪、船行波、最终接头龙口紊流等异常情况，更易造成桥梁与吸淤头移位、偏晃，既有吸淤头触碰端封门的风险[4]，又有桥梁触碰管顶导向托架的风险。因此，应选择良好的水文作业时机，有效管控周边通航船舶航速，加大锚抓力，提前检查锚缆、刹车系统，并模拟分析、掌握在正常水文和六锚缆锁定情况下，船体、桥梁、吸淤头晃动的最大范围。

2）船舶设备、导航仪器等故障或外部干扰时的应急风险。作业过程中吸淤头一般比较靠近基床，如有异常情况，应尽快准确贴住基床并压紧，使得船体基本稳定；作业前全面检查主要船舶设备、传感器和导航等主要仪器的状况，并且备好备件。

3）船舶操作人员风险。由于施工区域狭窄，操作精度要求极高，任何人为操作不当或应急反应慢等都可能酿成重大安全隐患，作业过程中船舶操作人员心理压力很大，因此，必须安排过得硬的干将来操控。

4）施工操控工艺技术风险。由于拟清淤范围为底宽仅4.8 m的狭长深槽，处于一个高差约15 m又四面受限的“深坑”内，吸淤头与桥梁宽度分别为2.4 m和4.2 m，为确保桥梁不碰触已安放管节顶端的导向托架，清淤作业过程中桥梁必须几乎时刻垂直于隧道基槽中轴线，左右摆动<1.5%，而这一切是在海底下约30 m深处，持续操控难度非常大。因此，现场“模拟操练”很有必要，让参与作业的船员们都心中有数。

5）桥梁升降操作过程中的风险。因桥梁起离速度缓慢（1.8 m/min），桥梁起离导向托架之上需要时间长（约8 min），这无疑大大增加了碰触端封门的风险。这期间，桥梁轴承不可避免产生摆动，将导致桥梁顶端的吸淤头出现偏移；另外，船舶现有清淤监控系统仅能对俯视角度的桥梁、吸淤头进行控制，桥架下放、起离过程无法监测摆动轨迹，导致桥梁升降过程中吸淤头触碰端封门的风险相对很大。为此，正常情况下在最终接头的龙口范围内不要进行桥梁升降操作，应提前就位好船位和下放桥梁。

5 现场“模拟操练”试验

鉴于以上风险分析，最终接头基槽清淤施工风险极大，为了摸清最终接头龙口的风、浪、流等因素对船舶清淤施工影响，模拟统计与分析桥梁与吸淤头晃动的最大范围，并熟悉相应的操控工艺技术，有必要进行现场“模拟操练”。试验区域设置在最终接头基槽南侧延伸线边坡上，南北42 m×东西4.8 m，作为吸淤头不能偏离出界清淤范围，两侧各平移2.4 m，9.6 m宽范围即为桥梁不能跨越的警戒线（见图4）。

图4 现场模拟操练平面布置示意图Fig.4 Layout sketch of a field simulated drill

现场“模拟操练”试验前，进行了充分的方案策划和现场交底，同时针对船舶主要设备与传感器、导航定位、锚缆刹车、显示系统等进行了全面的检查与校对，还更换了更大的前中锚。试验安排在涨退潮较小时段，由南向北，单点步距2.8 m，吸头不触底下放20 m深度。共模拟吸淤点18个，施工过程中桥梁及吸头控制在4.8 m范围警戒线之内，没有出现越出警戒线的情况，操作平稳可控，共进行了2次试验。

6 清淤作业实施

1）选择合适的清淤时机

根据国家海洋环境预报中心潮汐预报，2017年4月20日正值小潮时段，上午7:00-12:00潮位变化0.2 m以内，最终接头龙口流速0.2 m/s以下，是非常合适的清淤时机。

2）创造良好作业环境

为减少高速大型船舶船行波可能对清淤施工带来的影响，清淤作业前，通过广东省海事局发布航行通告，要求作业期间，伶仃航道A1至广州港2号灯浮之间和龙鼓西航道LC1至LC7灯浮之间航段的船舶航速控制在10 kn以下。

在清淤施工期间，施工区周边1 km范围内，禁止无关船舶进入，同时在“捷龙”轮四周各布置一条警戒船舶，加强现场施工协调及应急警戒。

3）合理施工展布

由于桥梁须垂直于隧道基槽中轴线，“捷龙”轮因此展开相应的施工展布。为使得“捷龙”轮保持稳定的船舶姿态，艉中锚、前中锚应按平行于水流布置，以抵消水流力影响，其它4个边锚应有尽量大的摆开角度。清淤施工平面布置示意图见图5。

图5 “捷龙”轮清淤施工展布平面图Fig.5 Layout plan of desilting construction by"Jielong"

4） 减少桥梁升降次数

本次拟清除的淤积物厚度约30～60 cm，通常情况下需要进行2～3遍清淤。前面已提及桥梁升降期间会造成极大风险，为减少桥梁升降总次数，进一步优化了吸淤头布点，采用减小步距、加密布点的方式。单点清淤面积由通常2.8 m×2.8 m加密至2.2 m×2.2 m，以达到一次升降桥梁即可满足清淤验收标准的目标[5]。最终接头基槽清淤共进行了东西两侧各1遍，第1遍的作业方向由南向北逐点“盖章式”推进，第2遍则由北向南逐点回退，清淤施工轨迹见图6。

图6 吸淤头定点“盖章式”清淤轨迹图Fig.6 Track map of fixed-point"sealed"desilting of sludge suction head

5）加强人员风险管控

最终接头基槽清淤，延续了现场试验的操船人员安排，由经验丰富的船长指挥作业，既有熟练操作经验又有良好心理素质的大副当班操作，另一位大副同时当班待命，同时项目主管领导驻船值班。

施工过程中，清淤操作人员严格按清淤系统所显示信息控制作业范围及深度，密切关注吸淤头和桥梁的位置显示。移位时收紧锚缆，减少锚缆弹性变形引起船舶偏荡影响，并减少锚机收放幅度，通过增加操纵次数来保证船舶轴线始终处于中轴线附近。

6） 清淤结果

清淤作业完成后，当即进行了多波束水深测量和人工潜水探摸。根据多波束检测数据形成水深色块对比图、断面图分析，本次清淤施工效果良好，同时，经潜水探摸确认，最终接头块石沟内无回淤物残留，碎石边坡上无回淤物残留，两侧碎石层表面局部有1 cm浮泥。据此，基础质量监控组认为本次清淤施工满足设计要求。

7 结语

港珠澳大桥岛隧工程沉管隧道最终接头意义

非凡，该位置基槽清淤施工条件特殊，施工难度和安全风险非常高，为此应用专用清淤船舶，通过现场“模拟操练”试验，优化布点方式等风险管控措施，最终取得圆满成功，填补了我国外海沉管隧道最终接头特殊区域清淤技术的空白，也是锚缆定位船舶在极度受限空间内精准清淤的技术突破。本文对清淤作业条件、风险分析及应对、实施过程做了详细介绍，希望能对今后类似极端条件下的高精度清淤施工作业有所借鉴。为将极端受限工况条件下作业的安全风险降至最低，如果时间允许，建议尽量采用桩腿定位的船舶，同时采取优化其吸淤头结构和高压冲水装置，适当增加水下泵功率等有效措施。