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1、港珠澳大桥沉管隧道试挖槽回淤观测分析,中交广州航道局有限公司,让世界更畅通,Contents,目 录,Contents,目 录,在沉管隧道建设项目中，隧道基槽开挖成槽后一段时间内，泥沙回淤速率及其分布情况对于管节沉放施工的影响极大。本文在对伶仃洋河口湾水体含沙、潮汐与潮流特征分析的基础上，结合2009年2月-2010年2月期间试挖槽21次多波束水深测量数据及4次泥浆密度测试数据，对试挖槽成槽后回淤泥沙的时空变化及强度进行分析，为港珠澳大桥沉管隧道基槽疏浚开挖及管节沉放施工提供参考。,概要,Contents,目 录,港珠澳大桥主体工程中的海底隧道建设方案采用沉管工艺，施工区水深大、潮流强。能否顺
2、利开挖横向深槽、沟槽的合理边坡以及回淤情况等，成为有关方面所关注的问题。为此，有必要开展沉管隧道基槽试挖槽（以下简称“试挖槽”）开挖、边坡稳定性、回淤观测及数模分析研究工作，量化沉管隧道基槽的合理尺度、掌握实际的回淤情况等。,引言,试挖槽,珠澳口岸人工岛,香港口岸人工岛,引言,基槽原位开挖试 验槽,试挖槽尺寸（m）10021-21,南边坡 1:5、1:6 北边坡 1:8、1:10 东西边坡 1:10,本文以试挖槽成槽后一个水文年内（2009年2月6日2010年2月9日）现场实测水深数据进行回淤分析。在试挖槽槽底、边坡及边坡外区域指定位置的不同时期，利用-射线密度仪测定回淤泥浆垂线上不同深度的密
3、度，结合多波束水深测量数据，统计分析淤积过程。目的：测试现有基槽开挖和吸淤工艺下，基槽底部泥水混合体（泥 浆）的密度，以及了解基槽及周边水域一定时期内的泥沙回 淤速率和分布情况。,引言,Contents,目 录,地形地貌,水沙特性,伶仃洋是珠江口东四口门(虎门、蕉门、洪奇沥和 横门)注入的河口湾，湾型呈喇叭状，走向接近 NNWSSE方向，湾顶宽约4km(虎门口)，湾口宽 约30km（澳门至香港大濠岛之间），纵向长2km，水域面积2110km2。伶仃洋地形特点：西浅东深的横向分布和湾顶窄深、湾腰宽浅、湾口宽深的纵向分布 水下地形基本格局：三滩两槽 三滩：西滩、中滩和东滩 两槽：东槽（川鼻水道一矾
4、石水道一暗士顿 水道）和西槽（伶仃水道）1。,伶仃洋水下地形示意图,来水来沙特征,水沙特性,珠江水系多年平均径流总量约为3000亿m3，每年总输沙量达8800万t。珠江径流量和输沙量中：西江占76%和86%北江占12.7%和9.2%东江占7.3%和3.3%。经东四口门：径流量约为1670亿m3，占珠江年总径流量的55%；年输沙量约为3664万t，占珠江河口总输沙量的42%。洪季径流量约占全年的80%，输沙量约占全年的90%以上2。自20世纪90年代中期以来，随着上游水土保持工作的加强、多座水利枢纽的建设以 及河网内水道大规模人工采沙作业，珠江三角洲年均输沙量呈明显下降趋势。,水沙特性,伶仃洋潮
5、汐类型属不规则半日混合潮型，最高潮位一般出现在洪季，最低潮位出现 在枯季或汛后。汛 期：高潮位东部高于西部，低潮位则相反；涨潮时海平面向西南倾斜，落潮时向东南倾斜；枯水期：无论高低潮位，东部均略低于西部，海平面向东南倾斜。伶仃洋为弱潮河口，潮差较小，但潮流动力仍比较强劲。潮差特点：由东向西逐渐递减，由湾口向湾顶逐渐递增。,潮汐与潮流,水沙特性,伶仃洋落潮流大于涨潮流，受上游径流影响，涨潮历时普遍要小于落潮历时，洪季尤为明显。东槽涨潮流较强，枯季尤为明显，西槽落潮流占优，汛期更为突出。无论涨潮还是落潮，湾内纵向流速分布均呈由湾口向湾顶逐渐增大的特点。,Contents,目 录,试挖槽原位观测,观
6、测期内共完成21次水深测量，水深测量范围为600m（南北）800m（东西），设计测线间距40m，共布设横测线15条。试挖槽施工设备采用抓斗船，以阶梯状开挖形成边坡，边坡存在较多尖峰突起。短期内，边坡既有自然回淤，也有局部自然坍塌。边坡区为斜面，回淤浮泥绝大部分落淤到槽底。受多波束测深仪波束角效应影响，回淤浮泥厚度不能直接通过测量数据反应出来，定量分析边坡回淤意义不大故本次回淤分析对象主要为：试挖槽边坡外区域及其槽底,试挖槽原位观测,将试挖槽划分为5个区域进行回淤监测与分析，以测量数据绘制各区回淤厚度曲线，结合泥浆密度测试数据进行回淤分析。分析内容 比较试挖槽边坡外区域及其槽底不同测次的水深变化
7、；冲淤分布特征；计算基槽开挖后各测次间平均淤厚和淤积量。,回淤监测分区示意图,试挖槽原位观测,2009年6月29日至7月3日，珠江流域上游的广西柳江、桂江流域连续出现暴雨到大暴雨天气，西江流域大部降水量达到50100mm，柳江和桂江上游、红水河下游降水量100200mm。受强降雨影响，广东境内西江干流水位也明显上涨，出现超五年一遇洪水。在洪水向下游及珠江各出海口门传播的过程中，恰逢7月7日的珠江三角洲地区天文大潮期（潮差达2.5m），洪潮叠加的因素对珠江各出海口形成较高水位及较大潮流。,试挖槽原位观测,虽然本次西江洪水主要从珠江八大口门中西四口门出海，但对从伶仃洋东四口门出海的水量也有很大的影
8、响。紧接着受7月10日进入南海的热带低压“苏迪罗”、7月19日登录广东省深圳市大鹏半岛沿海的#6台风“莫拉菲”影响，11日12日、18日19日珠江三角洲流域及其它部分地区普降大雨到暴雨。可见2009年珠江三角洲受洪水影响时间在7月上、中旬，其它时段未见洪水影响。,Contents,目 录,试挖槽回淤分析,根据21次多波束水深测量数据，对试挖槽4个边坡外区域内各测量点进行水深统计，并计算各测次间淤积厚度，结果如图所示（图中“+”表示淤积，“-”表示冲刷）。,试挖槽回淤分析,西边坡外回淤厚度曲线图,北边坡外回淤厚度曲线图,试挖槽回淤分析,由测量数据分析可知：2009年2月初2009年5月初（枯水期
9、）、2009年5月初2009年9月初（汛期）、2009年9月初2009年10月初（汛后期）边坡外区域均呈现出回淤、冲刷交替出现的状态但变化幅度不大。结合水深测量设备的测量精度误差，可以认为试挖槽边坡外区域水深基本保持不变，与港珠澳大桥附近海域海床演变分析3关于海床历史演变与近期演变的分析研究结果基本一致。,试挖槽回淤分析,试挖槽槽底回淤过程厚度曲线及回淤累计厚度曲线如图示,槽底回淤厚度曲线图,试挖槽回淤分析,由图可知:观测期间槽底持续回淤，累计回淤厚度达3.12m，回淤量为6544m3。5月份槽底回淤强度相对较大，5月8日5月27日期间，回淤厚度为0.34m，回淤量705m3；5月27日-6月
10、13日期间，回淤厚度为0.18m，回淤量384m3。在2009年11月2010年2月期间，由于施工区附近进行疏浚作业、采砂活动，试挖槽淤积增幅比前8个月任何月份都明显要大很多，回淤情况异常：（1）淤积速率显著增大，月均回淤厚度约0.48m；（2）与伶仃洋含沙量分布“洪高枯低”的季节差异不对应；（3）槽内淤积“北厚南薄”和“东大西小”反映了上游落潮来沙的影响。,试挖槽回淤分析,（1）试挖槽附近区域疏浚作业情况 铜鼓航道、伶仃航道分别于2009年10月至12月及2009年10月至2010年1月进行了疏浚作业，施工设备主要为耙吸船，采用水抛方式运到黄茅岛进行抛卸，疏浚量约数百万立方。铜鼓航道、伶仃航
11、道疏浚区域主要集中在各自的中、北段，疏浚施工区域距离试挖槽最近处仅34km。,伶仃航道与铜鼓航道示意图,试挖槽,试挖槽回淤分析,（2）试挖槽附近区域采砂活动 试挖槽上游10km、内伶仃岛以北矾石水道以西区域为砂源区，多艘射流船长年在此采砂作业且产量巨大，海砂开采后尚需在现场进行冲洗。采砂活动对海床进行扰动并造成海域水体悬移物质增加。由于航道疏浚、采砂作业等造成试挖槽周边水体悬移物质增多，而试挖槽附近500m范围内相对平整，试挖槽为负地形，涨落潮流将上下游来沙、浮泥携带至槽中，造成试挖槽槽底淤积。只是平时当地海水很清，细颗粒泥沙组成的海床也比较稳定，所以槽底回淤不大；而当上游有浑水下来，必将会淤
12、积在试挖槽内。因此可推断，只要附近有大型疏浚施工，该试挖槽槽底发生较强回淤是不可避免的。,试挖槽回淤分析,回淤时空分布分析主要对试挖槽不同时段水深测量数据统计，分别对枯季、汛期及成槽8个月三个时期进行分析，枯水期为2009年2月2009年4月，汛期为2009年5月2009年8月，汛后期为2009年9月2009年10月。图中暖色调区域表示淤积，冷色调区域表示冲刷。,试挖槽回淤分析,枯水期冲淤分布情况（2月4月）,枯水期三个月（2月4月），槽底及北侧边坡普遍淤积，槽底淤积厚度大多在0.2m0.4m左右，槽底淤积物呈东北厚、西南薄的倾斜分布；北侧边坡淤积厚度大多在0.4m0.6m左右，推断为阶梯状开
13、挖边坡局部塌落所致。南侧边坡基本表现为冲刷状态，估计是由于南侧边坡坡度较陡，边坡局部区域受潮流作用而塌落至槽底。,试挖槽回淤分析,汛期冲淤分布情况（5月8月）,汛期四个月（5月8月），槽底及北侧边坡持续淤积，槽底淤积厚度大多在0.4m0.80m左右，槽底淤积物表现为西北厚、东南薄，与枯水期槽底淤积物分布不同，且淤积厚度较枯水期明显增加；北侧边坡淤积厚度大多在0.4m0.8m，局部区域淤积厚度达到1.0m，推断仍为阶梯状开挖边坡局部塌落所致。南侧边坡仍然表现为冲刷状态。,试挖槽回淤分析,成槽8个月冲淤分布情况（2月10月）,成槽八个月（2月10月）槽底淤积物厚度大致在1.11.30m之间分布，沿
14、槽轴线方向，形成西高东低、北厚南薄的淤积带。北侧边坡表现为淤积状态，南侧边坡则仍然呈冲刷状态，但在坡脚处显现轻微淤积物。,试挖槽回淤分析,试挖槽回淤时空分布特征 无论枯水期还是汛期，槽底及北侧边坡始终呈回淤状态，南侧边坡则基本表现为冲刷状态；试挖槽淤积强度表现为汛期较枯水期大、西侧较东侧大；槽底淤积基本呈西北厚、东南薄。,试挖槽回淤分析,随着时间推移，槽底及各边坡下部均产生淤积现象。为反映整个试挖槽的回淤强度，以观测期间多波束水深测量数据对试挖槽及其边坡分别以cm/月、m3/月的回淤强度指标进行分析，详见下表,试挖槽回淤分析,各区月回淤强度数据表,试挖槽回淤分析,边坡外区域冲刷与回淤交替出现且
15、强度较弱，最终基本呈冲刷与回淤持平状态；槽底第一个月、第二个月回淤厚度分别为0.12m、0.19m，在第一个洪汛（5月）来临的当月回淤量达到0.45m。在6月9月的台风季节，槽底回淤并不是十分明显，回淤平均厚度约为0.06m/月，最大值为0.1m/月。在2009年10月2010年9月期间，回淤厚度基本为0.5m/月,试挖槽回淤分析,根据多波束水深测量数据推算槽底各月份天回淤强度、周回淤强度，以此进行槽底回淤情况分析。通过回淤强度指标（cm/天、cm/周）分析试挖槽成槽后初期槽底回淤情况，详细数据见下图。,槽底各月份回淤强度,Contents,目 录,小结,试挖槽回淤时空分布特征 无论枯水期还是
16、汛期，槽底及北侧边坡始终呈回淤状态，南侧边坡则基本表现为冲刷状态；试挖槽淤积强度表现为汛期较枯水期大、西侧较东侧大；槽底呈持续回淤状态，且淤积基本表现为西北厚、东南薄。槽底淤积强度 枯水期（2月4月），槽底平均淤浅0.4m；汛期（5月8月），槽底平均淤浅0.7m；汛后期（9月10月），基槽平均淤浅0.1m；枯水期（11月次年2月），受伶仃航道、铜鼓航道疏浚施工及内伶仃岛 北侧砂源区采砂作业影响，海域悬移质含量增加，导致基槽回淤增大，基 槽平均淤浅1.9m。,小结,2009年珠江口海域受洪汛影响时间为7月上、中旬，而在2009年2月10月期间，试挖槽槽底回淤最大值却出现在5月份；另外，2009年
17、#6台风“莫拉菲”于深圳市大鹏半岛沿海地区登陆（登陆时风力达12级，10级风圈半径80km，已影响到试挖槽区域），随后往西北方向移动，横扫珠江口海域。在台风前后测得试挖槽槽底回淤厚度为0.01m（计量时段为7月9日7月24日）。由此可推测，受洪汛或风暴潮影响而细颗粒的回淤源无明显增加时，并不会直接导致基槽骤淤，而对试挖槽回淤产生较大影响的因素应为附近区域的疏浚施工或采砂作业。,参考文献,1 陈耀泰.珠江口珠江口现代沉积速率与沉积环境J.中山大学学报：自然科学版，1992,31(2)：105-1122 徐君亮，罗章仁，王文介.珠江三角洲河道港湾发育演变与港口合理布局M.北京：海洋出版社，1993.3 应强，辛文杰等.港珠澳大桥附近海域海床演变分析C.天津：水道与港口工程国际学术研讨会，2010.4 陆永军，贾良文，莫思平等，珠江三角洲网河低水位变换M.北京：中国水利水电出版社，2008.5 JTJ203-2001，中华人民共和国交通部水运工程测量规范R.6 JTJ/T322-99，淤泥质港口维护性疏浚工程土方计量技术规程R.,谢谢大家,THANKS,
