港珠澳大桥主体工程岛隧工程沉管隧道浮运安装施工.doc

- 1 - 港珠澳大桥主体工程岛隧工程港珠澳大桥主体工程岛隧工程 沉管隧道浮运安装施工简介沉管隧道浮运安装施工简介 （仅供应聘人参考，不作为选聘文件组成部分） 中铁武汉大桥工程咨询监理有限公司中铁武汉大桥工程咨询监理有限公司 二二一二年十一月一二年十一月 - 2 - 目录 3.2.6 管节浮运、安装与最终接头施工 3 3.2.6.1 施工总体说明 3 3.2.6.2 管节起浮、系泊. 12 3.2.6.3 管节浮运、安装. 15 3.2.6.4 管内作业 . 19 3.2.6.5 最终接头 . 19 3.2.7 回填覆盖施工 21 3.2.7.1 施工设备 . 21 3.2.7.2 设备施工工效. 21 3.2.7.3 设备配置 . 21 3.2.7.4 施工流程 . 21 3.2.7.5 岛头段回填 21 3.2.7.6 中间段回填（E4E30） 23 附图：隧道基础碎石垫层详图. .24 管节结构标准断面图 管接接头布置图 钢剪力键一般构造图 管接接头防水构造图 节段接头布置图 节段接头防水构造图 管节导向装置工艺流程图 管节拉合装置工艺流程图 管节就位后馆内施工工艺及施工要求 中交股份联合体港珠澳大桥岛隧工程项目总经理部 - 3 - 3.2.63.2.6 管节浮运、安装与最终接头施工管节浮运、安装与最终接头施工 3.2.6.13.2.6.1 施工施工总体说明总体说明 (1) 总体概况 港珠澳大桥岛隧工程沉管隧道总长度为 5664m，是迄今为止规模最大的海上沉管岛隧工 程，隧址穿越伶仃西航道和规划 30 万吨油轮航道，最大水下深度达到 46m，隧道纵断面见 图图 3.2.6-13.2.6-1。 图图 3.2.6-13.2.6-1 隧道纵断面示意图隧道纵断面示意图 隧道由 33 节管节组成，其中 E1、E2 、E32、E33 长 112.5m，E29-1 长 172m，最终接头 长 2m，其余管节长度均为 180m。隧道最终接头设置于 E29 和 E30 之间，长度为 2m，采用水 下止水板方式施工。隧道管节分段长度见表表 3.2.6-13.2.6-1。 表表 3.2.6-13.2.6-1 管节分段参数管节分段参数表表 描述描述E1-E2E1-E2E3-E28E3-E28E29-1E29-1最终接头最终接头E29-2+E30E29-2+E30E31E31E32-E33E32-E33总长总长 理论长度理论长度(m)(m) 112.518017225+175180112.55664 (2) 浮运线路 沉管管节在桂山-牛头岛管节预制场地预制和舾装完成后，通过出坞航道、榕树头航道， 经临时航道或伶仃西航道进入隧道基槽，浮运线路见图图 3.2.6-23.2.6-2。 A C D E F B 说明： 管节出运航路为A-B-C-E或 者A-B-C-D-F(由航道转换决定）， 航路距离约为12km； 为防止管节在浮运期间遇到 浅点导致管节和设施的破坏，航 道底部最小深度必须充分考虑船 体下沉、管节纵摆和横摆、回淤 及富余水深要求， 根据上述要求计算得浮运阶 段总体的富余深度为2.1m，结合 浮运时设计最低潮位和管节吃水 深度，得到浮运阶段航道最小深 度要求为-14.08m，最小航道宽 度为160m。 图图 3.2.6-23.2.6-2 管节浮运线路图管节浮运线路图 (3) 工程特点 沉管段隧道作为岛隧工程最为关键部分，对整个工程的影响巨大。管节浮运、安装和最 终接头的施工主要特点见表表 3.2.6-23.2.6-2。 表表 3.2.6-23.2.6-2 浮运、安装主要特点浮运、安装主要特点 工程特点工程特点特特 点点 分分 析析 水文气象条件复杂 施工区域气候复杂多变，受热带气旋、短时雷暴等恶劣天气影响较大，管节的 浮运安装，需要经历多个台风季节；施工水域水流受人工岛和基槽施工的影响， 流态复杂。 中交股份联合体港珠澳大桥岛隧工程项目总经理部 - 4 - 施工作业环境差 环保要求高 岛隧工程施工区航道交叉，属于航道运输最繁忙水域之一，也是水上交通安全 事故频发的敏感区域；施工区域处于白海豚保护区，环境保护要求高。 管节浮运安装 技术难点多 管节浮运、安装环境复杂，作业气象窗口分析和预报、复杂水流和航运条件下 的管节浮运、深水条件水下测量定位、管节安装及定位调整、管节安装轴线精 度控制等都具有一定的难度。 施工工期 具有挑战性 与国内外类似工程相比较，本工程沉管段隧道的总体工期十分紧迫，全部 33 节 管节需要在 3 年左右的时间内安装安装完成，具有很大的挑战性。 (4) 沉管段隧道施工总体流程 管节浮运、安装施工直接影响项目总体工期，其施工为工程的主线，沉管预制厂建设、 管节预制、基槽开挖、碎石基床整平等为工程的副线。 施工准备 西岛岛隧 结合部施工 西岛岛隧结合部 移交沉放施工 E1E10依次 浮运沉放 E11E14依次 浮运沉放 E33E31依次 浮运沉放 E28E30依次 浮运沉放 最终接头施工 沉放施工完成 E15E27依次 浮运沉放 干坞建造 管节E1E10 分批制作 E1E10依次检 漏出坞及系泊 管节E11E14 分批制作 E11E14依次检 漏出坞及系泊 管节E33E31 分批制作 E33E31依次检 漏出坞及系泊 管节E28E30 制作 E28E30检漏出 坞及系泊 止水钢板制作 管节E15E27 分批制作 E15E27依次检 漏出坞及系泊 东岛换填砂 东岛岛隧 结合部施工 东岛岛隧结合部 移交沉放施工 E1E3基槽 开挖及清淤 E31E33基槽 开挖及清淤 E11E30基槽 开挖及清淤 临时航道开挖 E1E10基础处理 E11E14基础处理 E15E27基础处理 E28E33基础处理 E4E10基槽 开挖及清淤 图图 3.2.6-33.2.6-3 沉管段隧道总体安装流程图沉管段隧道总体安装流程图 (5) 浮运、安装总体方案 根据本工程管节浮运、安装主要特点，制定相应的总体方案： 管节的浮运采用拖轮拖带的方式，结合工程水域水流特征和隧道基槽实际情况，采 用纵拖和横拖相结合的浮运方案； 选用稳定性和可控性较好的双驳扛吊法进行管节安装安装； 选用管节外部定位系统，进行管节的精确定位调整； 选用沉管水下测量定位系统，实现水下高精度测量定位。 (6） 施工决策程序 针对本工程的管节浮运、安装施工建立一套决策程序，对各个阶段进行执行/不执行(GO / NO GO)的决策，包括从管节起浮、浮运至安装点、隧道管节系缆固定、开始安装作业等， 整个过程共进行接近 11 次判定，具体决策流程见图图 3.2.6-43.2.6-4。 (7) 浮运、安装流程 管节浮运、安装流程见图图 3.2.6-53.2.6-5。 单个管节浮运、安装工效分析见图图 3.2.6-63.2.6-6，管节浮运安装的关键线路工期约为 18 天。 图图 3.2.6-63.2.6-6 管节浮运、安装工效分析图管节浮运、安装工效分析图 中交股份联合体港珠澳大桥岛隧工程项目总经理部 - 5 - 一次舾装 管节检漏 管节出坞 管节系泊 管节二次舾装 气象窗口 管节浮运到位 管节沉放对接 开启封门 管内测量 等待 封门关闭 再次对接 拆除舾装件关键锁定 管节尾部微调 管节修补 不合格 合格 满足 符合 偏差小 不满足 基槽精挖 碎石基床整平 基槽清淤 偏差大 相应管内作业 一般锁定回填 基槽粗挖 进入下一管节安装施工 或最终接头施工 图图 3.2.6-53.2.6-5 浮运安装施工流程图浮运安装施工流程图 中交股份联合体港珠澳大桥岛隧工程项目总经理部 - 6 - 下一管节 沉放准备 碎石整平 沉放作业 锚布系统 完成 沉放舶 安装 系泊区 准备 已沉管节 被压接端 施工准备 遵守“Go/No Go” 的指令； 等待合适气象窗口 1 4天内浮运和沉放 Go/No Go的决定 解决问题 等待新的沉放时机 认可表 施工人员准备 2 48h内浮运和沉放 Go/No Go的决定 解决问题 等待新的沉放时机 第1次-第4次 Go/ No Go 标准 认可表 拖轮通知 系泊区解缆 拖轮准备 系泊区解缆 施工人员待命 3 24h内浮运和沉放 Go/No Go的决定 解决问题 等待新的沉放时机 认可表 拖轮通知 系泊区解缆 拖轮准备 系泊区解缆 施工人员待命 4 浮运和沉放 Go/No Go的决定 解决问题 等待新的沉放时机 认可表 浮运和沉放 浮运至沉 放点 6 Go/No Go 连接锚缆 解决问题/ 返回系泊区 第6次 Go/ No Go标准 连接锚缆 定位管节 沉放点的 沉放准备 7 Go/No Go 管节下沉 解决问题/ 返回系泊区 第7次 Go/ No Go标准 沉放管节 至导向杆 在接收装 置上方 8 Go/No Go 导向杆放入接收装 置 解决问题/ 升起管节，返回系泊区 第8次 Go/ No Go标准 将管节放 于碎石基 床上 9 Go/No Go 位置调整 解决问题/ 升起管节，返回系泊区 第9次 Go/ No Go标准 管节位置调整， 利用拉合千斤顶和 EPS完成初次压接 10 Go/No Go 端封门放水 重新调整管节 第10次 Go/ No Go标 准 水力压接 11 隧道内测量 重新调整管节 认可表 管节就位锚缆解除 起锚 沉放舶运 回系泊区 拆除管顶 舾装件 放锚 沉放舶 安装 系泊区沉 放准备 锁定回填一般回填 Go No-Go Go No-Go GoGo No-GoNo-Go 拖运到系泊区 Go No-Go Go No-Go Go No Go Go No Go GoOK No GoNot OK 作业实施前倒计时准备 第11次 Go/ No Go标准 注入6%超 载压重水 进入管节 转向区 5 Go/No Go 是否转向 解决问题/ 返回系泊区 第5次 Go/ No Go标准 Go No-Go 说明：每次决策判断时都必须仔细检查如下三方面内容，综合判断是否可以执行下一阶段操作。 前道工序是否符合质量标准； 作业气象窗口是否满足条件； 施工作业是否准备就绪。 图图 3.2.6-43.2.6-4 浮运安装决策流程图浮运安装决策流程图 中交股份联合体港珠澳大桥岛隧工程项目总经理部 - 7 - (8) 作业气象窗口分析和预报 作业气象窗口分析 A. 作业气象窗口要求 作业气象窗口是指一个连续的时间段，在此期间水文气象条件满足浮运、安装施工要求。 管节浮运、安装周期中部分工序对作业水文气象有严格要求，对工序进行全面分析，确定作 业气象窗口选定的基本要求。管节浮运、安装作业周期见表表 3.2.6-43.2.6-4，其中对气象条件有严 格要求的作业窗口期为 36 小时。 表表 3.2.6-43.2.6-4 管节浮运、安装周期表管节浮运、安装周期表 施工阶段施工阶段作业内容作业内容作业时间作业时间(h)(h)时间汇总时间汇总(h)(h) 航道内浮运从系泊区浮运至沉管基槽内调头点 4 基槽内转向浮运基槽内管节转向浮运至安装锚泊点 1.5 浮运 阶段 管节锚泊管节由拖轮控制转换为锚缆控制 2 7.5 安装等待管节锚泊等待安装条件 612 安装实施管节安装安装及定位调整 10 1622 36h 气象 窗口 舾装件拆除管节顶部舾装件拆除 72 安装 阶段 重点锁定回填管节两侧重点锁定回填作业 72 144 B. 施工水域水文气象资料 前期业主委托中国科学院南海海洋研究所和华南理工大学进行了现场波浪观测： 2007 年 4 月 1 日2008 年 3 月 31 日施工水域水文气象观测； 2008 年 6 月-2008 年 10 月台风季的现场波浪、潮位及水流观测； 2008 年 7 月-2008 年 9 月万山群岛外侧的同步对比观测。 测点布置见图图 3.2.6-73.2.6-7 B 塔(20m 高) 澳门友谊大桥观测点 A 塔(60m 高) 万山观测点 A 塔 马友石观测点 图图 3.2.6-73.2.6-7 测点布置示意图测点布置示意图 C. 作业限制条件 根据现场实测以及相关资料的分析，管节浮运安装不同工序、不同作业内容的相关限制 条件见表表 3.2.6-53.2.6-5。 表表 3.2.6-53.2.6-5 水文气象限制条件表水文气象限制条件表 作业阶段和内容作业阶段和内容 流速流速 (cm/s)(cm/s) 波高波高 HsHs (cm)(cm) 波浪频率波浪频率 (s)(s) 风速风速 ( (级级) ) 能见度能见度 (m)(m) 一般浮运 1.50.86s61000 浮运 基槽内纵拖 0.50.86s61000 安装等待 1.50.86s61000 安装 安装实施 0.80.86s61000 潜水作业 0.60.86s61000 D. 作业气象窗口保证度分析 施工水域为不规则半日潮，每天均有 4 个低流速时段，可作为对水流速度限制要求较高 的安装及潜水作业窗口进行选择。此外施工区域风速、能见度情况良好，作业气象窗口保证 度仅对安装等待期的流速和波浪条件进行分析。 a 标准管节保证率分析 根据各月实测资料，每月符合安装安装条件的窗口期占每月总日历天的百分比(即作业 窗口保证率)，形成保证率曲线，见图图 3.2.6-83.2.6-8。 70.97% 65.52% 74.19% 53.33% 61.29% 30.00% 38.71% 45.16% 36.67% 45.16% 83.33% 77.42%77.42% 72.41% 90.32% 83.33%83.87% 36.67% 48.39% 58.06% 83.33% 70.97% 83.33% 90.32% 0.00% 10.00% 20.00% 30.00% 40.00% 50.00% 60.00% 70.00% 80.00% 90.00% 100.00% 200812008220083200742007520086200872008820089200810200711200712 Hs=0.8m,V90%=1.3m/s Hs=0.8m,V95%=1.5m/s 图图 3.2.6-83.2.6-8 波高波高 0.8m0.8m 作业窗口保证率曲线作业窗口保证率曲线 选择 1.5m/s 流速和 0.8m 波高作为窗口限定值时，每月最小保证率达到 36%，即每月至 少有 5 个安装作业窗口期，可以实现管节连续安装。 b 岛隧结合部保证率分析 岛隧结合部管节安装由于人工岛成岛挑流影响，局部流速增加、流态复杂。根据专题研 究和分析结果，人工岛岛头挑流放大系数为 1.7。按照作业实际限定流速 1.5m/s 的标准， 取岛头段作业气象窗口限定流速为 0.88m/s 进行分析，同样得出保证率曲线，见图图 3.2.6-3.2.6- 9 9。 保保证证率率 时时间间 图中 为风速观测点 为波浪观测点。 图中 为风速观测点 为波浪观测点。 中交股份联合体港珠澳大桥岛隧工程项目总经理部 - 8 - 29.03% 20.69% 6.45% 0.00% 16.13% 6.67% 9.68% 6.45% 16.67% 9.68% 40.00% 29.03% 0.00% 10.00% 20.00% 30.00% 40.00% 50.00% 200812008220083200742007520086200872008820089 200810 200711 200712 Hs=0.8m,V=0.88m/s 图图 3.2.6-93.2.6-9 岛隧结合部作业气象窗口保证度曲线岛隧结合部作业气象窗口保证度曲线 选择 0.88m/s 作为流速限定条件时，在每年的 11 月到次年 2 月间，有 20%以上的保证 率，即在这 4 个月内，每个月有至少 2 次安装机会。其他月份的作业窗口保证率基本在 16% 以下，不宜安排安装。岛头区的管节安装在工期筹划中将安排在每年的 11 月到次年 2 月的 时段择机安装。 预报系统 A. 预报要求 为了能够确定是否可以进行浮运安装施工作业，需要对天气状况、波浪和水流情况进行 预测和预报，以减少施工的风险。对于预报期要求，考虑短、中、长三个阶段，见表表 3.2.6-63.2.6-6。 表表 3.2.6-63.2.6-6 作业气象窗口预报要求作业气象窗口预报要求 预报类型预报类型作用作用预报时间预报时间预报内容预报内容 短期预报安装实施决策5 天 台风预报、流速、波浪、风力、 能见度、短时强对流天气预报 中期预报安装准备决策10 天 台风趋势、流速、波浪、风力、 能见度预测 长期预报 安装周期相关工序 协调决策 30 天 台风预报、流速、波浪、风力、 能见度、短时强对流天气预报 B. 预报系统建立 预报系统可以提前预报水文气象条件，施工决策可以根据预报选择合适的施工时机。预 报系统有助于减少不必要的施工队伍的组织和调动，从而合理利用各种资源。预报系统分三 阶段建立，见图图 3.2.6-103.2.6-10。 C. 预报实施 投标阶段我们已经委托国家权威部门建立气象预报保障系统，结合专业单位长期观测数 据、预报模型和丰富的预报经验，进行资料分析和气象窗口预报。开展现场测点布置，收集 施工区域小范围详细数据，对预报模型进行修正，确保预报的准确和及时。 高分辨率地形资料 全球分析资料 模式预处理模块 （WPS） 客观分析模块 （OBSGRID） 观测资料 WRF 主模块 后处理 精细化嵌套 （NDOWN） 风场数据水下地形 外海边界条件 和河口来流 水流模型搭建 历史数据收集与分析 现场区域气象、水流、 波浪测点设置，实时数 据传输平台搭建 汇总 历史数据 气象数据 波浪数据 水流数据 数据库 分析整理 数据采集 汇总分析 风场模型的搭 建和标定 波浪场模型的 搭建和标定 水流场模型的 搭建和标定 波浪和海流 观测数据 文档管理系统 数据库 气象模型 发布 水流数学模型 波浪数学模型 气象数学模型 原始数据 原始数据 分析处理 收集 预报系统试运行 施工期的日常业务化 预报 第第一一阶阶段段：准准备备阶阶段段 第第二二阶阶段段：模模型型搭搭建建 和和标标定定 第第三三阶阶段段：预预报报阶阶段段 潮汐流和风暴 潮场模型的搭 建和标定 图图 3.2.6-103.2.6-10 预报系统示意图预报系统示意图 时时间间 保保证证率率 中交股份联合体港珠澳大桥岛隧工程项目总经理部 - 9 - (9) 模型试验及受力计算分析 模型试验 管节在系泊、浮运和安装过程中会受到波浪和水流的影响，这些因素会对管节的系泊、 浮运和安装产生影响。在方案设计时必须考虑到这些影响，因此要对各种环境条件的管节浮 运、安装开展模型试验(水力/数值模型试验)。联合体委托专业单位开展了相关研究并取得 了初步成果，将在结合隧道的深化设计方案开展进一步的专题研究和相关试验。 A. 试验设计 作为在隧道管节和安装设施上的专业试验，主要试验步骤有以下几步：确定试验波浪和 水流条件，模型实验，根据试验结果选择设计值。 a. 确定波浪和水流条件。根据管节安装不同工序(起浮、系泊、浮运等)确定不同的波 浪和水流条件。条件界限选择应当适当放宽，以便于得出一个较大安全系数的数值用以挑选 合适的设计值。 b. 模型实验。模拟实验通过水力实验和与之结合的数学模型来完成，水力实验结果将 作为标定数学模型的输入条件。对隧道管节起浮、系泊、浮运和安装过程的每一阶段进行水 力缩尺模型实验，通过模型试验得到管节浮运、安装相关参数。 c. 设计值的选择。根据波浪和水流环境，从模拟实验结果确定合适的气象窗口，进而 可以确定相关参数的设计值。这些设计值将成为方案设计的重要参数。 B. 起浮、系泊、浮运和安装过程中的相关试验项目 a. 系泊：在系泊阶段，波浪会影响隧道管节中的弯矩和系泊线缆的受力。按照系泊区 发生的波浪和水流展开试验。 b. 浮运：在管节浮运中，应对波浪和水流对管节受力的影响及拖航阻力进行试验研究。 c. 安装：在安装过程中，波浪和水流会影响隧道管节的安装和相关设施的稳定，应通 过模型试验来确定线缆的受力。在安装模型试验过程中要详细研究两种情况，第一，隧道管 节刚好位于水面以下，风浪和水流在系泊和收缩线缆中产生的力最大；第二，隧道管节下沉 靠近碎石基础时，隧道管节在碰触倒碎石基础之前是管节受到限制最大的时候。 d. 管节着床：管节安装在碎石基础上面，安装临时设施拆除后，隧道管节仍然受到波 浪和水流力的影响。该阶段的试验分析中，要分析管节在安装到碎石基床上以后的稳定性。 浮运和安装阶段受力计算分析 根据模型试验及受力计算分析相关数据，通过阻力公式计算管节在浮运和安装阶段受力， 并进行分析，见表表 3.2.6-73.2.6-7。 阻力计算公式：R=1/2CwAV2，其中： Cw 为总阻力系数，根据专题研究和相关规范取值 为水容重，取最大 1.0265t/m3 A 为迎流面积，单位 m2，在本工程中标准段管节横向迎水面积为 2016m2，岛头段短管节 横向迎水面 1008m2，纵向迎水面积 425m2。单个浮箱纵向迎水面积 48.6m2，横向迎水面积 97.2m2。 V 为流速，单位 m/s 表表 3.2.6-73.2.6-7 标准段管节浮运阻力计算表标准段管节浮运阻力计算表 管节阻力管节阻力(kN)(kN)浮驳阻力浮驳阻力(kN)(kN)总阻力总阻力(kN)(kN) 工况工况 水流速度水流速度 (m/s)(m/s) 浮运速度浮运速度 (m/s)(m/s) 浮运浮运 方向方向纵向纵向横向横向纵向纵向横向横向纵向纵向横向横向 101.50565-62-627627- - 21.50.51802261-247-11151115- - 31.50.59056528661-626626286286 40.51.09025128627-278278286286 50.71.09025156127278278561561 说明：1、工况 1：管节沿航道纵向拖运；工况 2：管节沿航道逆流纵向拖运；工况 3：管节在基槽内横 向拖运；工况 4 和 5：管节侯潮调头在基槽内纵向拖运； 2、浮运时取 Cw=1.1(港口工程技术规范 12.0.1 公式)。 根据上表计算分析，管节在浮运过程中，拖运宜选择顺流或平流阶段进行拖运。若需要 逆流拖运，拖运航速宜限定在 1 节左右，以控制拖运阻力。 表表 3.2.6-83.2.6-8 标准段管节安装等待受力计算表标准段管节安装等待受力计算表 工况工况 水流速度水流速度 (m/s)(m/s) 阻力系数阻力系数 CwCw 基槽流速基槽流速 折减系数折减系数 管节阻力管节阻力 (kN)(kN) 浮驳阻力浮驳阻力 (kN)(kN) 11.520.853519168 21.51.50.852639126 表表 3.2.6-93.2.6-9 岛隧结合部管节安装等待受力计算表岛隧结合部管节安装等待受力计算表 工况工况 水流速度水流速度 (m/s)(m/s) 岛头效应岛头效应 系数系数 基槽流速基槽流速 折减系数折减系数 阻力系数阻力系数 CwCw 管节阻力管节阻力 (kN)(kN) 浮驳阻力浮驳阻力 (kN)(kN) 10.881.70.62.32195794 20.881.70.62.3297994 说明：1、工况 1：180m 管节安装等待；工况 2：岛头段短管节安装等待； (10) 安装系统 针对本工程特点，选用了新型安装系统。该系统包括安装驳系统、体外定位系统和锚碇 系统，能够实现如下功能： 将隧道管节精确安装至指定深度； 中交股份联合体港珠澳大桥岛隧工程项目总经理部 - 10 - 管节对接时，精确控制安装管节的位移； 安装过程中抵抗波浪和水流作用在管节上的力； 提供安装过程所需所有设备和人员的临时水上作业场所； 适应本工程软土地质条件，锚力大、安装回收方便的垂直加载锚系统。 安装驳系统 为了承担在安装过程中隧道管节所需的负浮力，本工程中使用 2 个双体船安装驳，这 2 个安装驳系统将安装在管节两端，通过吊索与管节相连。如图图 3.2.6-113.2.6-11 所示。 图图 3.2.6-113.2.6-11 安装驳示意图安装驳示意图 A. 安装驳设计 安装驳为双体船式结构，由两侧安装驳和顶部横梁 3 个部分组成。双体船安装驳自重和 管节安装所需的负浮力由两侧的浮箱共同承担，这两个浮箱由横跨管节的横梁相连接。横梁 上设置工作平台，安装绞车和滑轮模组，控制管节安装的缆索作业。 B. 缆索及绞车 双体船安装驳系统在安装过程中通过安装缆索来控制管节位移，如图图 3.2.6-123.2.6-12 所示。 这些缆索分为以下几种类型： 吊索缆索 A(控制管节竖向位移) 收缩缆索和纵向缆索 B(控制管节水平位移) 系泊缆索 C(控制安装驳水平位移) 图图 3.2.6-123.2.6-12 安装线缆布置安装线缆布置 为确保操作准确，每条缆索与其操作绞车对应，所有的缆索卷筒和绞车均布置在安装驳 系统甲板上，见表表 3.2.6-103.2.6-10。 表表 3.2.6-103.2.6-10 安装线缆规格一览表安装线缆规格一览表 线缆类别线缆类别类型类型 缆力缆力 (t)(t) 长度长度 (m)(m) 缆规格缆规格 (mm)(mm) 数数 量量 所需绞车性能所需绞车性能 (t)(t) 吊索缆索 钢缆 (海用) 4006008001000504 4050(滑轮组) 收缩/纵向缆索 钢缆 (海用) 1201804006001216120180 系泊缆索 钢缆 (海用) 8010040060076880100 体外定位系统 为减少水流和波浪对定位精度的影响，管节安装初步就位后使用体外定位系统对平面位 置精确调整，定位系统见图图 3.2.6-133.2.6-13。 中交股份联合体港珠澳大桥岛隧工程项目总经理部 - 11 - 体外定位系统，管节结构无需额外开孔 可反复使用 坐底沉放和水力压接全过程消除表层水 流和波浪影响，可以在沉放驳上遥控实 施千斤顶伸缩，安全高效 水力压接完成后，可以对隧道管节的尾 端进行精确调整定位 图图 3.2.6-133.2.6-13 体外定位系统示意图体外定位系统示意图 A. 系统工作流程 当隧道管节放置到基础上后，体外定位系统将投入使用。 a. 管节纵向调整 管节纵向调整时，接头端和尾端两侧体外定位系统轻微提起管节，由拉合千斤顶拖动管 节进行纵向移动，详见图图 3.2.6-143.2.6-14。 已已沉沉管管节节 拉拉合合千千斤斤顶顶 沉沉放放吊吊索索 体体外外定定位位系系统统 图图 3.2.6-143.2.6-14 隧道纵向调整示意图隧道纵向调整示意图 b. 管节横向调整 管节初步止水前以及水力压接后要对管节尾端进行轴线调整，体外定位系统轻微提起管 节，由尾端定位系统底座上的横向千斤顶调整进行调整，见图图 3.2.6-153.2.6-15。 图图 3.2.6-153.2.6-15 管节尾端横向调整示意图管节尾端横向调整示意图 锚碇系统 控制管节安装的缆索与预埋在海床上的锚相连。根据本工程地质条件及管节安装数量多 的特点，选用专业锚公司的 Stevmanta VLA 型锚。 A. 锚的类型 Stevmanta VLA 型锚是一种垂直加载锚，如图 3.2.6-16 所示。 图图 3.2.6-163.2.6-16 StevmantaStevmanta VLAVLA 锚锚 中交股份联合体港珠澳大桥岛隧工程项目总经理部 - 12 - B. 锚的安装 锚的安装由抛锚船施工，安装过程如图图 3.2.6-173.2.6-17 所示。 锚绳逐渐拉紧，锚开 始插入土中，达到预 设安装荷载后，角度 调节器上的剪切保险 销失效，时锚进入垂 直加载模式。 通过抛锚船将锚抛入 海中，放锚绳使之下 沉。当抛出足够的锚 绳后，抛锚船缓缓向 前方航行。 图图 3.2.6-173.2.6-17 VLAVLA 锚的安装过程锚的安装过程 C. 锚的选型 根据本工程锚缆荷载及地质条件，锚的选型见表表 3.2.6-113.2.6-11。 表表 3.2.6-113.2.6-11 安装作业用安装作业用 VLAVLA 锚选型及相关参数表锚选型及相关参数表 用途用途型号型号入土深度入土深度最大锚力最大锚力预估拖曳距离预估拖曳距离 系泊线缆锚8 m2 Stevmanta VLA12m300t10-25m 收缩线缆锚10 m2 Stevmanta VLA12m450t10-25m (11) 安装测量 为了实现管节的精确安装，采用光学测量、GPS 测量与水下测量定位技术相结合的测量 方案。见表表 3.2.6-123.2.6-12。 表表 3.2.6-123.2.6-12 不同位置管节安装测量方法不同位置管节安装测量方法 管节位置管节位置主要测量方法主要测量方法 岛隧结合部近岸 浅水区域 (E1，E2，E32，E3 3) 浮运安装测量：安装驳高精度 GPS 系统、管顶测量塔； 安装后隧道内测量：光学测量贯通校核； 前两节进行水下测量方法验证：水下相对位置测量法(Taut Wire 拉线 测距仪、水下声纳测距仪、Distance Sensor 距离传感器)。 远岸深水区域 浮运安装测量：安装驳高精度 GPS 初步定位、水下相对位置测量法 (Taut Wire 拉线测距仪、水下声纳测距仪、Distance Sensor 距离传 感器)； 安装后隧道内测量：光学测量贯通校核。 (12) 潜水作业 作业条件 根据国际潜水作业规程，潜水作业下潜和作业区最大水流速度为 0.6m/s(1.2 节)。当作 业区水流速度超过 0.6m/s(1.2 节)，相关潜水作业都要立即停止。考虑到安装区浅层与深层 流速不同，若浅层流速较大，但深层潜水作业区流速满足条件时，需要采用潜水吊笼，帮助 潜水员通过高流速区。 潜水方式 由于本工程潜水深度较大，采用混合气潜水的作业方式。在管节安装过程中，管内设备 发生故障或其他紧急情况事，需要采用潜水钟将作业人员送入管节内进行应急操作。 作业内容 安装配合潜水工作可分为 4 个不同的类型和地点： 在系泊处的准备工作：GINA 止水带检查、测试安装测量器材； 在安装点的准备工作： 水力压接面检查、水下测量设备安装等； 在安装期间潜水作业：导向装置、GINA 止水带和钢端壳的检查、管节对接前人工探摸 以及采用潜水钟进入管节进行应急操作等； 拆除工作时的潜水作业：体外定位系统的拆除，解开电缆、供氧管线以及回收隧道管节 顶部舾装件等。 3.2.6.23.2.6.2 管节起浮、系泊管节起浮、系泊 (1) 起浮出坞条件 在管节预制和一次舾装工作完成后，要进行是否开展后续施工的条件判断，判断后分析 的项目主要有： 管节制作质量是否合格； 干坞灌水设施是否完备； 气象和水文是否满足起浮和出坞要求； 各种设备是否完好，应急措施准备是否就绪。 (2) 干坞加水、检漏、起浮和干舷调整 为检验管节密封和管节资身的防水性能，在干坞加水过程中需进行检漏，管节检漏起浮 流程见图图 3.2.6-183.2.6-18。 中交股份联合体港珠澳大桥岛隧工程项目总经理部 - 13 - 一一次次舾舾装装后后 坞坞内内注注水水至至管管节节浸浸水水6m 浸浸水水24小小时时 管管节节检检漏漏水水箱箱检检漏漏 检检查查端端封封门门底底部部、水水密密门门、管管节节 底底部部渗渗漏漏情情况况 均均匀匀、对对称称逐逐级级加加水水至至水水箱箱水水位位 1.5m，检检查查下下部部水水密密性性 加加水水至至水水箱箱水水位位3m 进进排排水水系系统统检检漏漏 水水箱箱排排水水至至剩剩余余水水量量加加上上管管 节节重重量量大大于于管管节节浮浮力力 检检查查整整体体水水密密性性 合合格格 检检查查管管节节底底渗渗漏漏修修 补补 不不合合格格不不合合格格 干干坞坞内内注注水水淹淹没没管管节节0.5m 进进排排水水系系统统检检查查 合合格格 不不合合格格 管管节节及及水水箱箱检检漏漏结结束束 浸浸水水24小小时时 管管节节内内、外外部部全全面面检检漏漏 进进排排水水系系统统检检漏漏结结束束 合合格格 修修补补及及检检修修 不不合合格格 合合格格 管管节节起起浮浮 合合格格 图图 3.2.6-183.2.6-18 管节检漏起浮流程图管节检漏起浮流程图 为保证安装过程中压载水箱容量的充分利用，管节起浮后，排空水箱内的压载水，通过 浇筑压载混凝土的方式调整干舷，使起浮后管节的干舷控制在 300mm 左右。 (3) 管节出坞、系泊 管节系泊利用深坞区可同时系泊 4 个管节，管节系泊具体流程图图 3.2.6-193.2.6-19。 (4) 二次舾装 在深坞区进行二次舾装，具体流程见图图 3.2.6-203.2.6-20。 组合沉放驳与体外定 位系统并拖运至管节 放松管节端头系缆， 套上沉放驳 沉放驳、体外定位系 统就位锚固 管节进行导向装置、 人孔和拉合装置安装 沉放驳与管节压载监 控设备连接调试 水下测量设备安装及 信号调试 体外定位系统和沉放 驳收紧固定 测量标定管节沉放相 关特征点 第第1 1天天第第2 2天天第第3 3天天第第4 4天天第第5 5天天第第6 6天天第7天 3 3天天2 2天天2 2天天 4 4天天 共共7 7天天 测量塔安装 （如果有） 二次舾装完成 图图 3.2.6-203.2.6-20 管节二次舾装流程图管节二次舾装流程图 (5) 安装准备 安装驳和体外定位系统安装完成后，进行测量以及其他相关设备的连接和调试，为确保 管节在安装过程各系统的可靠，所有系统都要进行调试。 管节在浮运前需联合相关海事部门对航道进行管制，防止浮运期间外来船只进入浮运航 道，同时清除航道内影响管节浮运的漂浮物，并提前完成相应安装点的布锚(包括安装驳锚 和系泊锚)准备工作。 在管节到达指定安装位置安装开始前，需进行相应准备工作，准备工作包括：检查和安 装测量设备、拆除 Gina 保护罩等。 中交股份联合体港珠澳大桥岛隧工程项目总经理部 - 14 - 灌水起浮带缆布置管节起浮横移 深坞系泊放水系泊移缆、二次舾装 带缆桩布置 出坞 图图 3.2.6-193.2.6-19 管节出坞流程图管节出坞流程图 中交股份联合体港珠澳大桥岛隧工程项目总经理部 - 15 - 3.2.6.33.2.6.3 管节浮运、安装管节浮运、安装 (1) 浮运安装条件 浮运安装准备工作就绪后，要进行是否施工的条件判断，判断分析的项目主要有： 基槽及碎石基床 安装前两天，对基槽和基床进行全面细致的验收，保证沉管就位时无任何障碍。根据基 槽淤积的程度，判断是否采用清淤处理。 交通标志 在安装之前事先和港务、港监等部门商定航道管理有关事项，并及时通知有关各方做好 准备。水上交通管制(临时改道)开始之后，抓紧时间布置好封锁标志(浮标、灯号、球号等)， 同时在安装用锚上设置浮标。 设备、动力情况检查 管节安装前应对管节内部的水泵、闸阀、加载水箱、管路系统、体外定位系统及油压系 统、发电机、通讯联络系统、测量定位系统等进行检查，及时排除故障，确保安装工作顺利 进行。 应急措施的准备 对安装过程中可能发生的紧急事件(例如：气候突变)做好提前准备工作，确保安装工作 万无一失。 (2) 管节浮运 拖轮配置 根据浮运阻力计算，选用 5 条 4000 马力的港作拖轮，其中 4 条拖轮进行浮运拖带，1 条拖轮应急备用，4 条 4000 匹的拖轮最大能提供 150200t 的拖带力，满足拖运及操控要求。 前面两条拖轮负责导向拖拽，尾部两条拖轮根据水流条件辅助拖航，并控制管节姿态、浮运 速度并实现管节转向。 拖带方案 拖运方案见图图 3.2.6-213.2.6-21。当管节拖运至隧道基槽内后，为了减少水流阻力、便于拖轮 控制，采用局部横向拖运方案。现场配置备用拖轮，防止管节漂移搁浅。 图图 3.2.6-213.2.6-21 管节拖运方案示意图管节拖运方案示意图 (3) 管节安装安装 安装点准备 A. 系定位缆 当管节拖运到安装位置后连接锚缆与预埋的 VLA 锚，通过管节系缆柱上的锚缆、安装驳 上的锚缆和的绞车调整对管节进行系缆锚泊。 B. 定位调节方法 通过安装驳上的绞车张拉和松弛各根锚缆对管节进行调节，通过水面和水下测量系统进 行定位，逐步调整到位。 a. 调节速度 定位速度：管节水平横向 0.75m/min；管节水平纵向 1.5m/min。 中交股份联合体港珠澳大桥岛隧工程项目总经理部 - 16 - b. 定位精度 当平面位置误差在 10cm 以内时，即可进行安装作业。 安装安装 A. 标准段安装作业的步骤 标准段安装作业的步骤流程图见图图 3.2.6-223.2.6-22，图图 3.2.6-233.2.6-23。 B. 岛隧结合部 E1(E33)管节安装作业的步骤 E1 管节由于处于岛头区，受到岛头效应影响，局部流速流态复杂，流速增加。安装必 须严格按照岛隧结合部安装作业窗口条件进行，否则安装系统难以承担安装期间的水流力。 管节下沉工艺与标准管节相似，但在挂缆就位上有所不同，详见图图 2.4.6-242.4.6-24。后续安装步 骤与标准管节相同，参见标准管节安装作业的步骤。 图图 3.2.6-243.2.6-24 E1E1 管节就位示意图管节就位示意图 C. 管节对接施工工艺 对接作业前的准备工作 杂物清除：由潜水员清除 GINA 橡胶止水带四周及对接端端面上的杂物。 拉合千斤顶的安装：由潜水员安装到管节的拉合台座上。 设备调试：启动拉合千斤顶油缸，由潜水员观察拉合千斤顶是否能够顺利工作。 位置微调：对接过程利用体外定位系统对管节最终位置细微调，位置精确对位后，准备 水力压合。 对接作业的步骤 初步止水：启动拉合千斤顶油缸并控制拉合速度，两个拉合千斤顶拉合力为 200t，使 GINA 鼻尖压缩 20mm 左右，此时通过体外定位系统对管节进行精细的微调，使轴线误差 10mm。 二次压接止水：当初步止水结果得到潜水员检查认可后，由已沉管节内的操作人员开启 阀门，将接合端端封门间的水受控制地排除，利用自由端的巨大水压力使 GINA 橡胶止水带 进一步压缩。 图图 3.2.6-253.2.6-25 隧道管节二次压接示意图隧道管节二次压接示意图 管节尾端微调：二次压接后，利用端面预留测量孔，进行管节贯通光学测量，确定安装 后管节轴线位置。如果轻微偏离轴线，可利用体外定位系统设备将管节尾端进行微调；如果 偏离轴线过多，则需要封门间灌水，调节管节位置后重新进行水力压接施工。 二次压载：对接操作完成后，对管内压重水箱进行灌水，提供至少 1.06 的抗浮系数， 压载系数的确认需要结合安装后管节外侧的海水容重测量，利用水箱的富余高度调整实际压 载量。 D. 对接作业的要点 初步止水后，为防 GINA 橡胶止水带压缩过快产生侧翻，应控制排水的速度和流量， 缓慢排出前后两节管节端封门之间被 GINA 橡胶止水带所包围封闭的水，使得 GINA 橡胶止水带受控制地缓慢压缩。 排水开始后，根据封门上的压力计判断，适时打开安设在已沉管节端封门顶部的进 气阀(此时排水阀可完全打开)，以防端封门受到反向的真空压力。当水位降低到接 近水箱里的水位时，须开动排水泵助排。 在拉合作业之前、之后均须由潜水员下去检查 GINA 橡胶止水带的接触和压合情况。 一次拉合之后和二次压接之后均须测量复核，并进行相应的管节位置调整。 中交股份联合体港珠澳大桥岛隧工程项目总经理部 - 17 - 图图 3.2.6-223.2.6-22 标准段安装作业的步骤流程图标准段安装作业的步骤流程图 中交股份联合体港珠澳大桥岛隧工程项目总经理部 - 18 - 图图 3.2.6-233.2.6-23 管节安装作业步骤端面详图管节安装作业步骤端面详图 中交股份联合体港珠澳大桥岛隧工程项目总经理部 - 19 - (4) 安装后作业 根据施工需要，事前拟定拆除构件清单，清单上要清晰地标注好所有需要拆除的组件及 其位置。管节安装后，根据事前拟定的拆除构件清单进行相关设备拆除工作。主要包括体外 定位系统的拆除，解开电缆管线以及回收隧道管节顶部舾装件等。 完成构件拆除工作后必需尽快在管节的两侧进行锁定，然后进行回填覆盖，以便及时对 管节加以保护，使其具有较好的防护能力。管节回填防护施工与管节安装形成流水作业，安 放一节，同步跟进回填防护一节，以满足已沉管节安全的需要。 根据工程的特点和要求，锁定回填、一般回填和反滤垫层覆盖施工采用大型专用溜管船 依次进行该三道工序的施工。 3.2.6.43.2.6.4 管内作业管内作业 详见图图 3.2.6-263.2.6-26。 3.2.6.53.2.6.5 最终接头最终接头 (1) 工艺概述 最终接头设在 E29 和 E30 之间。E30 为最后安装的管节，E29 将被分为三段分别为 E29- 1，E29-2 和最终接头段。其中 E29-1 为 E29 的主体段，E29-2 为一个 5m 短段，E29-2 与 E30 通过拉索在坞内连接并预压 GINA 止水带，最终接头长度约 2.5m 左右，最终接头与 E29 的分 段关系见图图 3.2.6-273.2.6-27。 图图 3.2.6-273.2.6-27 最终接头与最终接头与 E29E29 的分段关系的分段关系 E29-1 管节就位后，在最终接头四周安装止水模板，止水模板之间，止水模板和管节之 间设橡胶止水带。通过紧固止水模板实现橡胶止水带的初始压合止水，然后将止水模板所封 闭的水体排出，止水模板两侧形成巨大水压差，橡胶止水带被进一步压缩形成可靠的防水体 系，最后在无水条件下浇注最终接头，与 E29-1 和 E29-2 形成整体。 在排水前，为了防止因管节端面的水压力消失导致接头处的 GINA 回弹，在安装顶面止 水模板前需要在管节的两端面间安装止退楔形块，排水后原来作用在管节端面的水压变由止 退楔形块承担以实现受力转换。 (2) 工艺流程 最终接头的工艺流程见图图 3.2.6-283.2.6-28。 E30+E29-2浮运沉放 止水钢板加工底部止水钢板安放 底部止水钢板提起并紧固 安装楔形止退块 安装顶部止水钢板并紧固 安装侧面止水板并紧固 接头排水 止水板内侧焊接密封固定制作内部结构 基底处理与压载回填 拆除封门 漏水检查 合格 止水板紧固 不合格 图图 3.2.6-283.2.6-28 最终接头施工的总体流程图最终接头施工的总体流程图 (3) 施工方法 最终接头的施工方法见图图 3.2.6-293.2.6-29。 中交股份联合体港珠澳大桥岛隧工程项目总经理部 - 20 - 图图 3.2.6-263.2.6-26 管内作业图管内作业图 中交股份联合体港珠澳大桥岛隧工程项目总经理部 - 21 - 3.2.73.2.7 回填覆盖施工回填覆盖施工 管节上方的回填防护布置形式总体分为两类：一是回填保护层顶面低于开挖前原海床面 的沉管中间段，二是两端顶面高于原海床面的岛头连接段。 管节安装后立即进行锁定及覆盖回