港珠澳大桥钢圆筒与副格水下拆除施工技术

丰贯凌，刘昊槟，程琪

（中交一航局第一工程有限公司，天津 300456）

0 引言

港珠澳大桥全长约35 km，采用桥隧组合方案，桥隧通过东、西人工岛衔接，岛隧工程是大桥的控制性关键工程。沉管隧道总长度为5 664m，最大水深达47m。为实现沉管隧道与岛上暗埋段的顺利对接，需进行岛头钢圆筒及副格拆除施工。本文就沉管对接前钢圆筒拆除的相关工序进行详细介绍。

1 工程概况

西人工岛岛壁采用钢圆筒结构形式，圆筒间副格仓采用弧形钢板，通过止水锁口与钢圆筒连接[1]。为实现沉管隧道与岛上暗埋段的对接，对岛头编号为X08、X09、X10钢圆筒及X07-X08、X08-X09、X09-X10、X10-X11之间的副格进行水下电弧氧切割并吊运拆除，切割标高为-15m。由于筒内及副格内曾进行过高压旋喷桩施工，施工范围是X09号钢圆筒及左右相邻两个副格仓、X08和X10号钢圆筒部分区域，高压旋喷桩桩顶设计标高为-16.8 m，旋喷桩施工的反浆过程会造成部分桩顶高于设计标高，在进行筒内及副格内开挖时，需将高出-16 m标高的桩顶部分一并挖除。

此次拆除的钢圆筒位于西人工岛东侧，如图1所示。岛外侧水深约17m。钢圆筒直径22.0m，壁厚16mm，钢圆筒间最小间距4.0m，筒顶标高约+3m；副格壁厚14 mm，弧长11.698 m。钢圆筒及副格仓内切割前需进行开挖清砂处理，开挖完成时X08，X09，X10钢圆筒及其副格内开挖底标高为-16m，与岛外侧泥面标高相同。小岛内靠近钢圆筒2 m以内位置的泥面标高为-15 m。总移除砂石量约3.2万m3。

图1 钢圆筒拆除区域平面布置图Fig.1 Layoutof steelcylinder demolition area

2 船机设备选择

本次钢圆筒拆除施工共分为筒内清砂、水下切割以及钢圆筒吊运3个主要流程。筒内清砂主要采用抓斗船配合2艘仓容800 m3开底驳进行；水下切割采用潜水员携带水下切割工具进行；钢圆筒吊运采用1 600 t双钩起重船进行。

根据施工需要及现场情况，本次潜水设备必须满足水下切割及水泥清除两项主要作业任务，同时，配置潜水作业平台及潜水出水用爬梯，并准备小型挖掘铲清除圆筒壁附着的水泥薄层。

3 施工工艺及方法

施工工艺主要包括开挖工艺、水下切割工艺及吊运拆除工艺。其中，筒内及副格内开挖分为3个阶段（3种工况），经过设计计算，每种工况下圆筒的变形量及整体稳定性均满足要求。

岛头钢圆筒及副格拆除工艺流程如图2所示。

图2 钢圆筒及副格拆除工艺流程图Fig.2 Demolition process for the steelcylinder and auxiliary grid

3.1 施工工艺

3.1.1 钢圆筒及其副格拆除第一阶段浅层开挖

第一阶段浅层开挖采用2台挖掘机进行。当具备施工条件时，以a圆筒（X09）为中心向两边开挖至-3 m处，同时对钢圆筒及副格的变形进行观测，如变形过大，则停止开挖，改用抓斗船进行。开挖出的砂土直接装船出运。第一阶段仅对3个钢圆筒进行开挖，开挖顺序为a-c2-c1。

3.1.2 第二阶段开挖施工

挖掘机完成第一阶段开挖作业后，抓斗船驻位，实施第二阶段深层开挖作业。第二阶段开挖前，在钢圆筒岛外侧筒壁±0 m标高处开一个圆孔，使筒内水位与岛外水位相同，并保证筒内最低水位为±0 m，符合设计计算的工况模型。本阶段将三个钢圆筒中的砂土开挖至-7 m，开挖顺序为a-c2-c1。

3.1.3 第三阶段深层开挖施工

当岛内卸载至设计标高并完成碎石垫层铺设后，岛头钢圆筒与暗埋段结构之间回水，回水至设计标高后方可进一步进行筒内及副格内开挖，以保持筒体稳定。

采用抓斗船将筒内及副格内开挖至-16 m，开挖顺序为a-b1-b2-c2-d2-c1-d1。由于本次开挖的底标高均为-16m，开挖标高较容易控制，在钢丝绳距抓斗19m位置做标识，当标识与筒顶重合时，开挖底标高即为-16m。

开挖过程中如遇到普通抓斗挖掘不掉的高压旋喷桩桩头，则由潜水员进行水下凿除。副格仓及抓斗无法抓到的死角处，由潜水员用高压水枪将砂冲起，冲至抓斗可以抓到的部位。

3.1.4 切割标高测设

当钢圆筒及副格完成第三阶段开挖后，由潜水员对清砂情况进行探摸，校核砂面标高，如存在浅点，则用抓斗船进行复挖。切割标高采用测绳测量，根据筒顶标高及切割标高计算测绳长度，测绳沿纵肋垂直向下放置。切割标高确定后，每两道T形肋之间用两根细绳悬挂一根定尺角钢，潜水员水下将角钢紧贴筒壁固定于切割标高下方，以便沿角钢进行切割。

3.1.5 切割标高处清理

潜水员携带手持气动镐对影响切割的护筒壁附着泥浆块体进行凿除，如水泥层较薄直接利用挖掘铲或凿子清除。首先，找到最薄弱的位置开始清除，依次沿标高线将泥浆块体全部清理干净。此项任务比预期的难度要大，需考虑适当增加潜水作业人员。

3.1.6 钢圆筒水下切割施工

潜水员水下采用电弧氧切割工艺在钢圆筒内对钢圆筒和副格进行切割，切割作业顺序与开挖作业顺序相同。潜水员分10组，每组7人。每组每次下水1人进行切割，每人每天作业时间（不含减压）约1 h 40min[2]，轮班更换。潜水设备放置在提前制作好、可同时放置6套潜水设备的钢平台上，钢平台临时固定于副格仓上，可以根据开挖需要临时调整放置位置。钢平台宽度为6 m，长度为9m，面积约54m2，四周按照规范要求设置1.2m高护栏，以保证操作人员临水作业安全。

切割前在水下设置统一标高线。潜水员下潜至切割位置后，检查切割线位置并进行校对，校对无误后，陆上人员将电氧切割炬通过信号绳传递给水下潜水员准备切割。切割条放入特制的小口袋中，下水前系在潜水员身上。切割时，为不使切割条内孔堵塞，先开氧气，然后通知供电，引弧开始切割。当更换切割条或停止切割时，先通知断电，再关氧气。当切割作业人员交替时，必须切断电源，将切割炬妥善放在割缝附近，不可任意搁置[3]。在切割操作时，切割条一般不做摆动，只沿切割线运行。当切割条燃烧到剩余长度35 mm时（不包括切割炬钳口内的一部分），停止切割，更换新切割条，以免烧坏切割炬或造成更换切割条困难。每名潜水员在完成自己切割任务后，用小铁片对割缝进行贯通检查，防止有粘连，并对自己的割缝负责。切割钢圆筒时每个吊点正下方对应的“T”形纵肋暂不切割，防止海流冲击钢筒造成倾覆。在实际施工中，通过典型施工对钢板厚度、切割深度、氧气压力、切割角度、供电电流等参数进行调节，提前测试好最大效率后进行正式切割。

3.1.7 副格水下切割施工

每片副格分为横向和竖向两条切缝。切割钢圆筒相连副格时，横向沿着标高线进行切割，竖向沿榫槽边缘从下向上切割，切割距副格顶部为1.5m时停止。

3.1.8 切割榫槽施工

该道工序进行前，先用起重船吊住钢圆筒及其相连切割完毕的副格，吊点选择钢圆筒内部原有吊点，防止钢圆筒出现倾斜事故。榫槽拆除时，先用水下电弧氧切割方式将榫槽一侧的钢板剥开500mm小口，然后用水下液压镐对内部填充物进行凿除，再将榫槽内部钢板及外部钢板进行切割，使榫槽钢板全部割断。

3.2 吊运

3.2.1 吊运顺序

水下切割施工完成后，进行钢圆筒的吊运拆除。吊运共分3次进行。

3.2.2 起吊方式及船舶驻位方式

切割完成后，起重船对钢圆筒及其连接的副格进行整体起吊。1 600 t双钩起重船吊住钢圆筒（此时钢圆筒加4个副格重量约为260 t），随即潜水员切割钢圆筒榫槽处钢板预留位置及副格预留位置，并进行最后一次切割缝检查，确保无粘结后潜水员出水。按照钢圆筒上原有吊点，采用八点吊方法，吊装索具采用φ96 NAT 8X55SWS+IWR-1670系列钢丝绳。钢丝绳压制成圈，绳圈的周长为70m，起吊时，起重船的两个“山”形钩共4个钩齿各挂1个绳圈。每根钢丝绳的最小破断力为5 330 kN，压后绳圈的整体破断力为 9 594 kN，采用6倍安全系数时可吊重160 t。需要特别注意的是将吊装索具索好后，再将预留的割缝割开。

起重船起吊钢圆筒时，分为南北两侧两个驻位位置。涨潮时起吊在北侧驻位；落潮时起吊在南侧驻位。在有未拆除的钢圆筒作为掩护的条件下，可以减少水流对船舶稳定性的影响。起吊后，起重船不需重新下锚即可将钢圆筒吊运至西大岛拌合站料仓处存放。

钢圆筒起吊时，根据钢丝绳长度、起吊角度以及圆筒内横肋及纵肋的分布对筒壁进行应力分析，计算出筒壁最大变形量为72 cm，与钢圆筒直径22m相比，变形属于可控范围，不会对起吊产生不利影响。3.2.3 作业窗口

钢圆筒拆除起吊作业时间窗口可参照钢圆筒振沉时的作业条件要求。钢圆筒起吊作业条件确定为：风速≤13.6m/s（6级），H13%波高≤0.8m，流速≤0.5m/s。

3.3 陆地分解

吊起的钢圆筒立放在西大岛内，四面用钢丝绳牵引固定，防止圆筒倾倒。在圆筒周围搭设脚手架，用气焊进行切割分解，吊车配合拆除。

4 结语

港珠澳大桥西人工岛岛头钢圆筒拆除工艺复杂，相互交叉作业频繁，在施工过程中如何合理安排各项工艺的衔接成为关键点，需科学谨慎安排、协调各工序施工。本文对处理复杂的水下切割问题进行了总结，可为类似工程提供参考。

[1]中交公路规划设计院有限公司.港珠澳大桥主体工程岛隧工程施工图设计：西人工岛岛体结构[R].2011.CCCC Highway Consultants Co.,Ltd.Construction drawing of island and tunnelprojectofHongkong-Zhuhai-Macao Bridgemain project:Structureofwest island[R].2011.

[2] 国际潜水承包商协会，ADCI商业潜水与水下作业公认标准[M].5版.2004.Association of Diving Contractors International.Recognized standards of ADCI commercial diving and underwater operations[M].5th ed.2004.

[3]GB 17869—1999，潜水员水下用电安全操作规程[S].GB 17869—1999,Code of safety for diver′s use of electricity underwater[S].