超低净空区水下分层摊铺砂垫层施工工艺研究

超低净空区水下分层摊铺砂垫层施工工艺研究

李延磊  , 曾庆凯  ,王彦博

中建八局第四建设有限公司，青岛市 266000

摘要：香港国际机场第三跑道主回填区靠近现有海堤以及跑道灯附近受锚泊、海底电缆及输油管线等限制，而主回填施工区域的原始海床面为淤泥地质，需要进行水下分层回填施工。面临紧张的交付工期，采用用泵砂船+平板驳的施工方案，有效的解决了超低净空区分层铺砂、船舶锚位布置以及严苛的环保要求等一系列问题。

关键词：超低净空区; 分层回填；泵砂船+平板驳

1 前言

香港国际机场第三跑道砂垫层分层施工借鉴了港珠澳大桥人工岛成岛的施工工艺[1]，砂垫层施工主要以泵砂船、改装绞吸船、铺砂驳及摊铺头水力摊铺为主，平板驳+皮带船以及皮带船+反铲进行机械摊铺为辅。香港机场由于通航频率大，跑道灯两侧为超低净空区域，对所有进入该区域施工船舶限高要求严格（+7mPD~+20mPD），同时该区域靠近现有海堤，施工时受锚泊、海底电缆及输油管线等限制因素众多。针对该施工条件，需要研究专门的施工船舶和工艺来进行砂垫层施工。

2 施工工艺及原理

2.1 设备的选用

由于反铲和皮带船的施工作业高度不可避免的会超出机场两侧跑道灯区域的限高，因此机械摊铺的工艺并不适合超低净空区的砂垫层施工。水力摊铺工艺同样面临着铺料端的高度问题，由于平板驳船高低（低于+10mPD），最终研究决定采用平板驳充当摊铺头作为铺料端，供料端则根据现场情况选择泵砂船，成功的实现了供料端与铺料端的有效分离，适用于复杂环境下超低净空区的砂垫层施工。

2.1 工艺原理

皮带砂船在超低净空区外通过皮带桥架供砂给泵砂船，泵砂船连接输砂管，输砂管伸入安装在平板驳上的环保架内，形成一个摊铺头。工艺原理类似于铺砂驳[2]，不同之处在于泵砂船与平板驳实现了供料端与出料端的分离，而平板驳的摊铺头相当于铺砂驳的一个简易摊铺头，无法实现自动化调整。

平板驳通过安装的GPS-RTK进行平面定位，通过绞锚系统，控制移动速度V（移动速度V由设定的铺砂厚H、泵砂船上的产量计检测的产量Q，及铺砂宽度L确定，V=Q/(HL)），通过摊铺管控制砂料水下释放的位置，形成均匀厚度的砂垫层。

图1 施工船舶平面布置图

2.3 施工工艺流程

图2 施工工艺流程图

3 施工方法

3.1 施工限制

1）噪音限制

严格按照噪音限制条件进行工地噪音控制，在取得许可前，工作日的19：00-07：00及周日和公共节假日不安排施工。

2）施工船舶准入限制

进入低净空区域的泵砂船及辅助砂船均取得相应的海洋专属区（Marine Exclusive Zone, MEZ）和机场限高（Airport Height Restriction, AHR）豁免以及施工噪音许可（Construction Noise Permits, CNP）。

3）水深限制

香港三跑施工回填区平均高潮位+2.1mPD，平均低潮位+0.3mPD，平均海平面+1.2mPD。施工水域泥面标高在-3.6～-9.0mPD之间，平均水深约为-4.2mPD，砂船重载时需要候潮施工。

4）限高及施工时间段限制

针对限高为+11mPD至+20mPD区域，可采取泵砂船+平板驳全天候施工；针对限高+7mPD至+11mPD区域，只能在跑道灯关闭的NOTAM时间段进行施工。

3.2 施工方法

1）施工准备

开始施工前，根据吹填管线长度（泵砂船有效吹距约500m）、平板驳锚缆长度及可施工角度（抛锚极限角度按照20°考虑）等限制因素，确定平板驳的铺砂面积。综合考虑现场施工水域情况，将平板驳一次抛锚可施工的网格设定为120m×100m，再将施工区划分成同等规格小格，制作成施工文件，校对船舶定位系统，调整施工参数，将施工文件导入施工控制系统内。

  2）摊铺头组装及管线对接

将吹填管头横架在平板驳上并固定好，出口端伸入环保架中，环保架通过缆绳与平板驳连接固定，形成整体摊铺头。

平板驳进入施工区域，由锚艇配合平板驳逐次放出锚缆至事先编排好的锚位进行锚泊定位。调整平板驳船位，将平板驳手动移锚至第一条工作线上，做好施工前的准备工作。

另为满足水质保护要求，施工前需安排潜水员对环保架、防污帘进行潜水检查，经业主确认合格后方可正式开工。

3）供砂

由皮带砂船过砂给泵砂船，泵砂船通过水上管线，将砂水混合物泵送至平板驳摊铺头。

4）移船走线、铺砂

准备就绪后，启动绞锚系统，按照预定的工作线前进。过程中通过高频次的打设水砣，测量出摊铺厚度，控制平板驳移船速度。

暂停施工时，泵砂船持续打清水，直至环保架内泛起的水流为清水时，通知泵砂船停泵。

5）过程质量检测

施工过程中，安排对已铺设的区域进行水砣测量，做好过程质量检测记录。同时，在砂垫层施工至第三层后，安排多波束测量，出具厚度数据XYZ文件，再导入平板驳的计算机系统，生成厚度色块图作为背景颜色，在第四层施工时，对照厚度数据，调整施工参数，保证第四层施工质量满足交付标准。

6）边坡施工

根据PS文件要求，水下回填边坡不大于1:15，按照平板驳分条、分panel施工特点，采取panel单独收坡，panel之间分层搭接的方式进行边坡的施工。在实际的铺砂过程中，第一层panel施工范围为120m×100m，第二层panel施工范围为105m×84m，第三层panel施工范围为90m×68m，第四层panel施工范围为75m×52m，通过层与层之间的收缩达到边坡设计的要求。

待第一个panel完工后，移船进行相邻panel的施工。为保证panel之间完全搭接，不出现深沟及欠抛区域，相邻panel施工时，需层与层之间完全连接。

3.3 质量保证措施

1）测量设备进场前需进行检测，并对测量控制网点和RTK仪器进行校核。

2）施工前对水砣标尺进行校核，并在过程中及时检查标示的完好性，保证水砣打设的准确性。

3）正式施工前进行试验施工，获取泵砂船、皮带船最佳打砂速率，平板船移船速度等施工参数。

4）试验区域完成第三层砂垫层铺设后，安排进行多波束测量检测，分析施工质量效果，并根据第三层测量厚度数据，动态调整第四层施工参数。

5）为保证铺砂效果，平板驳铺砂过程中应通过高频保持与泵砂船的紧密联系，避免因沟通不畅对施工的影响。

6）密切关注环保架内吹填泛起的水流浓度情况及水上管线状况，发现浓度上升快、水上管线下沉时，可判断管道有堵塞的趋势，通知泵砂船降低泵砂浓度，持续打清水直至管道恢复原状态后，继续泵砂施工。

7）日常施工记录根据工程管理人员要求进行填写，保证填写记录的及时性、完整性及规范性，满足后期数据备查需求，为工艺优化提供依据。

4 总结与展望

泵砂船+平板驳铺砂施工工艺已成功应用于香港三跑项目超低净空区的砂垫层铺设，满足本地区安全、环保及施工要求。本工艺在香港机场成功应用，验证了该工艺的可行性，解决了超低净空施工各种限制条件的难题，为今后其他类似超低净空区域回填项目提供了借鉴意义。

由于本工程超低净空区铺砂工程量较小，且工期紧张，仅使用以上简易摊铺头装置完成了施工任务，对于工程量较大的类似条件的回填工程应进一步优化施工设备，实现平板驳移船速度和吹填管头的自动化调整以进一步提高施工效率和施工质量。