干志诚

摘 要：深中通道项目沉管隧址地处伶仃洋水域。穿越伶仃洋航道、矾石航道、大铲航道，是我国继港珠澳大桥后的又一条外海、深水、深埋沉管隧道，由32节钢壳预组成，全长5500米，其中标准管节长165m，曲线变宽管节长123.8m。是目前世界上最宽的变宽隧道。施工规模巨大，受海上风浪、流速、淤泥回淤厉害等不利海况影响，施工难度极高。基于该工程研制的沉管水下整平、清淤自动控制系统，成功解决了大型沉管基础整平、清淤施工工艺中的关键技术难题。在施工效率和安全性能上有质的飞跃。

关键词：沉管、碎石整平、清淤、上位机、串口服务器、PLC

引言

沉管隧道是將预制完成的管节浮运安装到海底基槽碎石垫层上，一次连接固定密封覆盖锁固回填，再将管节内水排出而前后贯通的隧道形式，具有工期短、抗震能力强、适应水深范围大，成本低等诸多优点。在沉管基槽开挖、抛夯振密、碎石整平等施工工艺中，基槽碎石整平是基础处理工艺中时间最久、难度最大的关键施工工艺，其整平的工艺效率之间占著了整个隧道施工周期的一半以上，而且其整平的精度直接决定了整条沉管隧道前后贯通的精度。

目前国内沉管隧道建设中，水下整平通常是采用潜水员水下人工整平、人工打水进行水下进行测量验收。随着我国港口监测取向大型化需要，人工水下整平清淤面临着水下地质条件、回淤、波浪潮汐等气候和地质条件影响，如何提高沉管水下整平工效和整平精度是沉管隧道建设向大型化、智能化迈进进程中不可逾越的难题。

1工程概况

深中通道是继港珠澳大桥后珠江口水域的又一集桥、岛、隧的超级工程，深中通道沉管隧道穿越伶仃洋水稻、矾石航道、大铲航道，全长5500米，由由32节钢壳预组成，其中标准管节长165m，曲线变宽管节长123.8m。是目前世界上最宽的变宽隧道（双向8车道）。该工程是广东省有效的提升粤港澳大湾区一体化的又一力作。

沉管隧道地处伶仃洋水域，是珠江口主要出入海口和最大的河口湾，且航道交叉，为最繁杂的黄金航道，也是海上交通事故的敏感海域。同时该水域沉管基槽受伶仃洋水下地质受“三滩两槽”地形的影响，具有湾顶窄深、湾腰宽浅、湾口宽深的纵向分布特点，滩槽分布呈的基本格局，西部浅、东部深的横向分布趋势。面对复杂地质条件和施工规模大、工期紧的施工条件，施工工艺和施工风险就尤为重要，基于以上施工特点研发水下碎石整平清淤系统对整个施工过程起着关键作用。

2碎石整平清淤系统

主要由测量定位监控系统、整平架运动控制系统、外部和甲板供料系统、升降和搁置系统、整平架姿态调整系统、清淤系统以及测量监控系统组成。全体系统完全集中在整平船上。

2.1整平装置定位及监测

本次基础整平工程采用“沉管隧道基础整平监测系统”（Survey System for Immersed Tube Spreading Construction，简称SSITSC），主要包括：定位系统、整平架水下监测系统和软件显示系统三部分。

①定位系统

定位系统主要长基线和超短基线两部分，长基线由安装在海底的基阵标和安装在整平架上的定位标组成，通过水声测距的原理确定整平架在水下的位置。超短基线同样采用水声定位的原理，作为整平架的初始定位和长基线的备份。

②整平架水下监测

水下监测系统主要包含安装在整平架框体上的压力传感器、长基线（LBL）信标和超短基线（USBL）信标等，以及安装在移动漏斗上的压力传感器、高度计和倾斜仪等。压力传感器用于监测整平架和漏斗的高度信息;信标用于整平架的定位定向;倾斜仪用于调整和监测漏斗的倾斜度;高度计用于测量基础的地形。安装在整平架上的设备（信标除外），数据均通过有线电缆传输到整平作业指挥室。

2.2供料系统

为更好的保障碎石整平系统的工作效率，一套可靠的供料系统也是必不可少。碎石整平系统中的供料系统有外部供料系统和甲板供料系统组成。

外部供料系统

运输石料船运输至现场后供给整平船旁靠的供料锁固船。供料锁固船的功能有：用于与整平清淤船旁靠，向整平清淤船提供石料的功能，如下图2.1-3所示;在锚泊状态下，向水下预放沉管两侧沉放石料，对沉管进行锁固限位，避免沉管滑移。在进行碎石整平施工时，供料锁固船充当整平船的中转料仓，开始整平前，运输石料船运载符合设计要求的碎石，将供料锁固船的料仓堆满;整平施工时，开启供料锁固船甲板上的输送皮带，打开料仓口，输送皮带将碎石输送至整平船的皮带输料装置中，完成外部供料。同时随着整平工作的不断进行，运输石料船持续的给多功能船输送石料，确保整平工作连续进行。

甲板供料系统

甲板供料系统包括皮带输料装置、行走投料装置、输料软管等，实现石料从供料船通过皮带输送装置、行走投料装置转移至传输软管。

1）皮带输料装置

本设备共有2套移动式皮带输料装置，一套布置在母船二层甲板尾部，一套横跨月池布置在母船投料行车侧面。移动式皮带由固定式皮带机加移动卸料小车组成。移动卸料小车本身不带动力，由母船投料行车带动其实现X轴、Y轴运动。

2）行走投料装置

本设备在母船二层甲板布置有1套行走投料机构，该机构由行走轨道、桁架行走架、行走机构、限位装置、锚定装置、漏斗、可伸缩溜管、绞车，动力泵站等组成。行走投料装置通过程序控制可与水下整平小车实现同步移动。

行走机构由运行机构和驱动机构组成，运行机构分两组分别安装在2个导轨上，每组运行机构安装有8个行走轮和4个水平侧滚轮。两组共16个行走轮。

行走驱动机构安装在运行机构上，由性能优越的轴向柱塞油马达驱动，经高强度的行星齿轮减速箱输出齿轮与齿条啮合传动实现龙门行走。

3）输料软管