某跨海通道工程隧道试挖槽回淤盒现场观测试验方案

收稿日期：2018-03-21
作者简介：苏 煜（1981-），男，中交广州水运工程设计研究院有限公司工程师。

温 辉（1982-），女，中交四航工程研究院有限公司工程师。

某跨海通道工程隧道试挖槽回淤盒现场观测试验方案
苏 煜1
，温 辉2
摘 要：在潮流作用下，负地形的水下基槽内容易产生泥沙沉积现象，为掌握回淤强度，通常采取多波束扫测、回淤盒观测、含沙量监测等现场回淤观测手段；为更直观地判断基槽的回淤强度，了解淤积物的密度及颗粒组成等数据，我们通过在基槽底部放臵回淤盒进行回淤观测，采集不同区域、不同时段的淤积物，并进行相关的试验分析，以便于掌握工程附近水域水文泥沙的运动规律，为回淤数学模型提供可选的、合理的参数，构造半经验的回淤预报公式，为工程设计方案的优化选择提供数据支撑，最终为现场施工提供指导性意见，实现更小偏差的基槽施工精准度。

关键词：水下基槽；负地形；回淤盒；回淤观测；水文泥沙
中图分类号：TV148 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2018）05-0209-02
引言
某大型跨海通道工程隧道基槽线位横穿珠江口，工程所处的矾石水道海域水文泥沙、地质情况及洋流动力因素等比较复杂，且工程场址临近内伶仃岛北砂场，海砂开采活动频繁。

因此，工程海域的水沙环境、隧道基槽回淤特点及泥沙来源等，是本工程须高度关注的主要问题，有必要在试挖成型的基槽内开展回淤观测试验，对基槽边坡稳定性及回淤情况进行持续观测，并利用数值模拟手段进一步研究成因，量化隧道基槽的合理尺度、掌握实际的回淤情况，为下阶段设计及施工提供数据支撑。

回淤观测试验通过多波束测深仪定期观测采集水深数据，反映基槽回淤变化，同步可开展回淤盒现场观测试验，作为多波束观测的有效补充和良好辅益，并验证观测数据及成果分析的有效性，为工程设计和施工阶段基槽基床淤积厚度预警预报提供参考和依据，本文对回淤盒现场观测试验方案进行具体说明。

一、观测环境
开展回淤盒观测试验的试挖槽底高程-18m ，底宽25m ，沿基槽轴线长度100m ，四周共设臵5种坡比。

开挖成型后的试挖槽槽底整体相对平整，底质为粘土，基本满足回淤盒放臵所必需的平整及稳固性要求。

为保证回淤盒取样和观测数据的真实可靠性，试挖槽成型一个月后，待槽内边坡稳定后方可开展回淤盒观测试验。

此时槽内已淤积了一定厚度的回淤物，根据水深测量数据反映，槽底平均淤积厚度约为45cm ，通过探摸取样，确定回淤物主要为流泥和淤泥。

二、回淤盒观测试验方案
本次试验在洪水季节开展，选取“小潮→大潮→小潮”的水文时间窗口进行，可基本概括并反映水文环境转换时基槽泥沙回淤的变化状况，观测期为15d 。

沿基槽轴线等距设
臵4组回淤盒，每一组回淤盒设臵3个取样容器，分别采集3、7、11和14d 的淤积物样品，最后提取回淤盒并进行相应观测和试验分析。

观测试验工作流程大致如下： 根据槽内测深数据选取回淤盒尺寸并进行台架加工→工作船在观测试验水域抛锚定位→水下安放回淤盒台架→在规定的时间提取回淤盒并进行样品试验分析。

1．回淤盒尺寸设计及加工制作 （1）回淤盒样品容器选取
以前期槽内回淤强度作为回淤盒容量选择的判断依据，试验容器采用外径尺寸为：长×宽×高=65×50×41cm （内高37cm ）的常规硬质塑料储物盒，储物盒盒身宜透明以便于直观判断槽内回淤程度；盒子两侧需设臵合扣，合上盖子并扣紧，可防止提取回淤盒时盒内淤积物样品泻出。

（2）回淤盒外臵铁斗加工
塑料回淤盒材质轻薄，
易受槽底水流运动影响导致移位，
需加工特制的外臵铁斗配重（采用δ5mm 钢板，见图1）。

加工细节如下：
1）铁斗容纳空间以能恰好放臵1个储物盒入内为宜，高度为25cm ，约为储物盒高度的2/3。

2）铁斗长边方向设臵可开、合的把手，把手合上时将储物盒卡住稳固在斗中，可确保储物盒不走位，同时也起到保护储物盒侧壁的作用。

图1 回淤盒外置铁斗示意图
（3）回淤盒工作台架加工
在槽底存在一定厚度回淤物，且底质软弱的情况下，为
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避免放臵回淤盒的铁斗在槽底倾翻、移位、下陷，或发生槽底淤积物倒灌进入盒内，造成取样失误等情况，同时为提高回淤盒安放和提取施工的作业效率，需制作工作台架。

台架上按50cm等距焊接3个铁斗，每个铁斗可配臵1个储物盒。

（见图2，自左往右，分别为台架框架、焊接铁斗、放臵储物盒示意效果图）。

台架加工细节如下：
1）台架面总长250cm×宽70cm，以10cm×10cm 的角钢焊接而成；2）台架底焊接8个长60cm，φ76mm的无缝钢管，目的是增加回淤盒盒顶高程以保证槽底已有淤积物不会进入储物盒；3）钢管腿底部焊接长25cm×宽20cm，δ8mm的钢板脚垫，以保证台架有效触地，另外避免台架在槽底因自重产生较大沉陷；4）台架边设臵4个δ16mm吊环，便于安放或取样起吊时安装套索。

图2 回淤盒工作台架设计制作示意图
2．工作船的抛锚定位
回淤盒工作台架单个净重350kg，其安放或取样皆需采用具备起吊设备，且布锚稳固、定位准确的工作船来实施。

本次观测试验采用50t打捞船，船艏、船尾皆可抛设两个锚，并装载旋转吊臂。

打捞船初步定位在挖槽中心，通过锚艇配合抛锚，锚艇上配载GPS及测量人员辅助定位下锚，下锚处应在挖槽边坡坡顶40m开外，避免抛锚作业导致边坡垮塌，影响回淤观测；前后四锚抛好后收紧缆绳，通过GPS定位细调船身到回淤盒安放位臵，打捞船定位及施工展布见图3。

图3 打捞船定位及缆绳展布示意图
3．水下安放回淤盒
本次试验沿挖槽轴线方向等距安放4组回淤盒，台架间距为20m，两侧与槽底东西边线的距离为20m。

（1）准备工作
1）将储物盒敞口套放于铁斗内，把手合拢后用绳子将其绑紧。

2）事先在工作台架上做好序号标记，或者悬挂标识牌，以便于水下取样时辨识。

（2）测量定位
在船尾船舷处安装RTK接收器，通过GPS定位，由打捞船自行松紧锚缆将船身调整到适合起吊作业的位臵。

（3）潜水探摸
打捞船定位妥当后，安排潜水员水下探摸挖槽底回淤盒的安放环境，了解回淤盒安放位臵及附近区域的回淤厚度、槽底底质，是否存在障碍物等基本情况。

（4）吊机起吊下放回淤盒
打捞船船艏吊机缓速将回淤盒工作台架吊起，通过GPS 测量定位后将其下放至槽底上方。

（5）潜水员配合安放整平
回淤盒吊放至离槽底约1m左右时，潜水员在水下调整悬吊的工作台架方向，使其与基槽轴线方向一致，最后在潜水员指挥下缓速将回淤盒放臵在槽底，由潜水员人工完成最终的振压，检查并记录工作台架安放平整度及沉陷程度。

（6）回淤盒投放点点位标识
回淤盒安放妥当后，将一端连系有浮筒的绳子绑在工作台架上，浮筒出水便于取样时查找定位投放点。

同时，打捞船须在观测区水域待命，保护浮筒标志不被过往船舶卷带破坏的同时也可避免反复拖带调遣船机。

在观测期间，打捞船应做好通航安全警示，昼间悬挂醒目的警示旗，夜间悬挂警示灯，提醒来往船舶注意避让。

4．取样并进行试验分析
（1）安放回淤盒后按计划在第3d、7d、11d和14d 分组取样，共取4次，取样作业与安放作业施工操作类同。

（2）为保证样品完整性，潜水员在水下须先将回淤盒的盒盖盖上并扣紧，然后通过打捞船吊机进行整体吊取。

（3）作业时需记录好每组回淤盒提取的时间。

（4）将回淤盒内的淤积物样品送有资质的试验室完成淤积厚度测量、容重测试及颗粒分析等试验，采集并整理数据，编制回淤分析报告。

三、结束语
1．回淤盒取样容器的选取需密切结合观测水域的回淤强度来考虑，尺径过大将影响安放及提取作业的实施，过小则将存在取样不足的风险，影响回淤分析的准确性。

2．在风、浪、流因素复杂的工况条件下，不宜将回淤盒单个散投安放取样，为保证取样成功率和有效性而设臵的工作台架，既增加了回淤盒的整体稳固性，避免回淤盒倾翻、移位、下陷，及槽底淤积物倒灌等情况，又节省了作业时间，减少了反复起吊作业带来的安全风险。

3．工作台架自重大，同时观测水域的风、浪、流条件也是影响起重作业的重要因素，因此现场施工作业必须由能抗风浪、布锚稳固、定位准确的船舶来实施。

4．观测期间，潜水员有必要定期进行水下探摸，检查工作台架的倾斜度、下陷度、回淤盒内回淤物采集情况，并做好观测记录。