港珠澳大桥沉管隧道深基槽回淤监测与分析

郑伟

（中交广州航道局有限公司，广东 广州 510221）

港珠澳大桥沉管隧道深基槽回淤监测与分析

郑伟

（中交广州航道局有限公司，广东 广州 510221）

港珠澳大桥沉管隧道位于珠江口海域，基槽回淤特征明显。通过多波束监测、泥浆密度探测、回淤物容重测量以及人工潜水探摸等多种方法，确定了基槽回淤厚度分布规律。根据基槽所处海域地貌格局、海洋流体动力、泥沙环境和淤积物特征以及卫星遥感图像，结合现场实际考察，明确了回淤物淤积原因及可疑来源，为防淤减淤提供科学依据。

沉管隧道；深基槽；回淤监测；浮泥探测；泥沙巡测

1 工程概况

港珠澳大桥是跨越珠江口伶仃洋海域，连接香港、珠海、澳门的大型跨海通道，其主体岛隧工程穿越伶仃西航道和铜鼓航道，长约6.7 km，隧道所在海区水深大、潮流强、紊流交汇、环境复杂、回淤物来源不明，且基槽成W形布置，综合以上各因素，基槽回淤分布不均匀，回淤质存在明显差异。为保证工程各工序顺利开展，必须对深水基槽进行回淤监测与分析。

2 监测内容与方法

监测任务围绕未沉放管节基槽开展，重点区域为基槽E17～E29管节段，如图1。监测采用水下地形测量、泥浆容重测量、浮泥探测及人工探摸等方法，掌握槽底的淤积变化情况及边坡稳定性状况，分析回淤物特性，探索回淤物来源，进行维护清淤或采取其他措施，保证管节顺利沉放安装。

图1 监测范围示意图Fig.1 M onitoring range graph

2.1 定量分析

根据现场施工情况，定期对基槽进行多波束水下地形测量，形成断面图、回淤监测表、基槽三维模型图等，监测槽底回淤厚度变化，分析边坡稳定性，掌握全槽回淤分布状况及变化趋势。

2.2 定面分析

音叉密度仪采集泥浆容重，双频测深仪及SILAS系统进行走航式适航水深测量，对基槽内浮泥、淤泥及沉积层进行探测。根据探测数据获得基槽垂直剖面上不同深度的回淤物密度值，并连续划分相对应的密度层，分析全基槽泥浆沉淀过程中的容重变化，观察回淤物质的状态及分布情况。

2.3 定性分析

采用纵横复合型取样器对回淤物质取样、沉淀盒落淤采集、人工探摸等，对回淤物进行室内实验分析，根据回淤物的成分、颗粒大小、含水量等特性，辅以水文环境预报、地质监测、泥沙巡测及卫星遥感图像等手段，进行海洋环境流体动力学分析，进一步研究造成回淤物淤积的可疑因素，对回淤物疑似来源进行深层次探索。

3 监测数据统计与分析

3.1 多波束监测数据分析

自2013年2月开始对基槽E17～E29管节段定期进行多波束水下地形测量，部分管节段因船舶施工监测而中断，施工停止后持续进行回淤监测，回淤监测工作将一直持续到本工程结束。在此期间分阶段对回淤监测数据进行统计分析研究，指导维护性清淤工作的开展，保证基础施工质量。

多波束水下地形测量数据见表1，根据监测数据分析全基槽回淤厚度、分布状况[1]。在此监测期间，基槽回淤除部分管节受精挖、块石夯平、清淤等施工因素干扰外，取决于管节地理分布、水流、地质及周边地形地貌等自然因素，从表1可以看出，E21～E26管节累计回淤比较严重。进行维护性清淤后，各管节回淤厚度纵向分布如图2所示。

表1 回淤监测数据统计表Tab le 1 Statistical tableofback siltingm onitoring data

图2 回淤纵向分布图Fig.2 Longitudinal distributionm ap of back silting

3.2 回淤物特性分析

为了进一步探索回淤物是否会影响管节碎石铺设以及沉管沉放安装，多波束监测数据已无法满足其要求。为了确定回淤物质的流态、性质和稳定性，对E17～E29管节采用泥浆密度测试、适航水深巡测、回淤物取样、人工潜水探摸等多种手段进行定期监测，经过实验室内回淤物成分分析、泥浆容重测量、基槽垂直剖面上回淤物密度分层分析等，更深层次探究和掌握基槽回淤物的特性。

为保证E15、E16管节碎石铺设及管节沉放安装，提前对E18、E19管节的回淤物流态、性质和稳定性等进行分析。泥浆密度分层、泥浆容重测量如图3所示。泥浆密度分层厚度如下：E18管节密度测试点：1.03～1.15 g/mL的厚度为0.05m， 1.15～1.26 g/mL的厚度为0.08 m，1.26～1.41 g/mL的厚度为0.31 m；E19管节泥浆密度测试点：1.03～1.15 g/mL的厚度为0.04 m，1.15～1.26 g/mL的厚度为0.12 m，1.26～1.41 g/mL的厚度为0.55 m。实验室内回淤物容重、成分分析结果：E18管节容重测量平均密度为1.412 g/mL、含泥量42.29%、砂粒含量3.2%，主要成分为砂、粉砂、黏土等，E19管节容重测量平均密度为1.397 g/mL、含泥量为41.75%、砂粒含量3.7%，主要成分为砂、粉砂、黏土等。

根据回淤物成分、泥浆密度垂直剖面分层、泥浆容重，结合人工潜水探摸，分析基槽纵断面不同泥浆密度层的分布规律和厚度，确定基槽清淤标准如表2，以科学指导维护性清淤、碎石基床铺设和管节沉放。

图3 泥浆密度分层及容重测量Fig.3 M ud density stratification and bulk densitymeasurement

表2 基槽清淤检测项目及标准Tab le2 The testing itemsand standardsof foundation trench dredging p roject

4 回淤物淤积原因及可疑来源分析

4.1 水文、泥沙巡测分析

进行ADCP走航式海流测量、含沙量巡测，巡测范围如图4所示。测区布置为：沉管基槽区内及基槽区外南、北两侧各布置1条3 km长的断面，从表层一直测量到底层，每条断面设13条垂线，进行含沙量巡测，每天按涨落潮时段各测量1次。固定点含沙量测量在E15～E20沉管之间1 km的范围内布置3条垂线，中层0.6H、0.8H、泥面上1 m、0.5 m进行海水含沙量定点连续观测，每小时记录1组数据。根据巡测数据分析基槽及周边流速、流向变化、潮流与巡测、固定点含沙量之间的对比曲线关系。

图4 巡测示意图Fig.4 Tour gauging schem atic diagram

固定点底层含沙量与潮流对比曲线如图5所示，初步分析结果为：落潮含沙量大于涨潮含沙量，其比值介于2～5倍之间，海床表层沉积物有粗化迹象，其中主要沉积物成分包含：砂、粉砂、黏土、砂质粉砂、黏土质粉砂、细砂等。结合海流、泥沙巡测等监测数据进一步分析，落潮含沙量显著大于涨潮，泥沙淤积时段为落平初涨时，泥沙应来自上游，基槽回淤物质来源疑似珠江口上游泥沙运动[2]。

图5 固定点底层含沙量与潮流对比曲线Fig.5 Contrastcurveof the fixed-pointbottom sediment concen tration and flow

4.2 地貌格局及海洋动力环境分析

工程位于珠江口，回淤量受周边地貌格局、自然环境、人为活动等多种因素影响。为确定疑似回淤物的来源，进行地貌格局、海洋环境流体动力学分析。

基槽所处的地貌格局分析：基槽处于铜鼓浅滩南部滩尾，受河口冲淡水和浅滩下泄泥沙的直接影响（图6），淤积相对较大。特别在冬季，受潮流、风、浪等的作用，铜鼓浅滩泥沙再次起动扩散，直接影响隧道基槽区域。

图6 海洋环境流体动力泥沙淤积模型Fig.6 Sedimentationmodelof the fluid dynam ics in ocean environmen t

海洋环境流体动力学分析：基槽处于伶仃水道深槽，上层低盐含沙的河口混合水浮托外送，底部受高盐、少沙的陆架水入侵控制，伶仃水道内的高盐陆架水上溯在铜鼓浅滩西缘形成一个锋面，阻滞了铜鼓浅滩向西淤涨，并驱动水沙向东输移，致使基槽泥沙淤积沉淀[3]。

根据以上分析，辅以海洋环境预报、水文气象、泥沙巡测以及卫星遥感图像分析[4]，结合现场实际考察，经综合研究，确定泥沙疑似来源如图7所示，基槽上游悬浮泥沙扩散，形成的高含沙浑水以直接输移和沉积在内伶仃浅滩上再搬运方式进入基槽；悬沙运动为表层悬沙，随着表层泥沙的沉降，中底层的含沙量更大，影响范围更广。

Back siltingmonitoring and analysis of deep foundation trench in the Hongkong-Zhuhai-M acao Bridge immersed tunnel project

ZHENGWei
（CCCCGuangzhou Dredging Co.,Ltd.,Guangzhou,Guangdong 510221,China）

The Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge immersed tunnel is located in the Pearl River estuary,the foundation ditch back silting has obvious features.Through themulti-beam monitoring,mud density detection,bulk density measurement of back silting deposit,and artificial diving explored,we determ ined the back silting thickness distribution of foundation trench. According to the landscape pattern,marine hydrodynamic,sediment environment,deposited sediment characteristics,and satellite remote sensing images in the sea area of foundation trench,combining with the practical field investigation,we has been clearabout the reasons forback siltingmaterialdeposition and suspicious sources,which will provide a scientific basis for preventing and reducing siltsedimentation.

immersed tunnel;deep foundation trench；back siltingmonitoring；fluidmud detection;sediment tour gauging

U655.4；U459.5

A

2095-7874（2015）11-0025-04

10.7640/zggw js201511007

2015-10-19

郑伟（1982— ），男，河南人，工程师，一级建造师，注册测绘师，港口与航道工程专业。E-mail：114122137@qq.com