試分析汕頭港廣澳港區(qū)航道在設(shè)計(jì)中的問(wèn)題及解決方法

左琴 中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司廣州分公司

1.工程概況

工程為汕頭港廣澳港區(qū)航道二期工程，是在一期工程的基礎(chǔ)上進(jìn)拓寬和浚深，以滿足10萬(wàn)噸級(jí)集裝箱船通航。航道一期工程已于2011年通過(guò)交工驗(yàn)收，導(dǎo)助航標(biāo)志于2011年12月通過(guò)工作效能驗(yàn)收，之后轉(zhuǎn)入試運(yùn)行，工程試運(yùn)行起止時(shí)間為2011年12月3日-2012年12月3日，并于2015年7月10日通過(guò)竣工驗(yàn)收。航道一期工程的設(shè)計(jì)以及施工、運(yùn)營(yíng)情況介紹如下：

1.1 航道一期工程設(shè)計(jì)概況

工程區(qū)域現(xiàn)狀已建設(shè)汕頭港廣澳港區(qū)航道一期工程及導(dǎo)助航等配套設(shè)施。

汕頭港廣澳港區(qū)現(xiàn)狀航道一期工程按乘潮通航5萬(wàn)噸級(jí)集裝箱船（單向通航）設(shè)計(jì)，航道全長(zhǎng)4800米（含連接水域段1000米），挖槽寬度165m，底標(biāo)高-13.8米，邊坡采用1：7。航道軸線方位角為0°～180°，至已建汕頭港廣澳港區(qū)東防波堤堤頭附近通過(guò)連接水域段與港池水域相連。航道兩側(cè)設(shè)置助航浮標(biāo)10座，陸上設(shè)前、后兩座導(dǎo)標(biāo)及綜合管理站房1座等配套設(shè)施。

現(xiàn)狀5 萬(wàn)噸級(jí)航道為正南正北走向，航道軸線方位角為0°～180°，設(shè)計(jì)前后導(dǎo)標(biāo)設(shè)計(jì)方位角0°～180°，真方位為359°55′，前導(dǎo)標(biāo)設(shè)計(jì)坐標(biāo)為：X=2570218.916，Y=476154.567（1954北京坐標(biāo)系，下同）；后導(dǎo)標(biāo)設(shè)計(jì)坐標(biāo)為：X=2570898.916，Y=476154.567。

根據(jù)《汕頭港廣澳港區(qū)航道一期工程陸域前后導(dǎo)標(biāo)位置測(cè)量技術(shù)報(bào)告》，竣工后前導(dǎo)標(biāo)實(shí)測(cè)坐標(biāo)為：23°13′52.19″N，116°46′03.75″E（X=2570218.228，Y=476154.115）；后導(dǎo)標(biāo)的實(shí)測(cè)坐標(biāo)為：23°14′14.29″N，116°46′03.74″E（X=2570898.203,Y=476154.823），實(shí)測(cè)結(jié)果表明導(dǎo)標(biāo)竣工后真方位為359°58′02″，比設(shè)計(jì)的真方位角大了3′。導(dǎo)標(biāo)竣工后，前導(dǎo)標(biāo)位置偏差為0.76m，后導(dǎo)標(biāo)位置偏差為0.82m。

1.2 航道一期工程試運(yùn)行情況

根據(jù)《汕頭港廣澳港區(qū)航道一期工程竣工驗(yàn)收工作報(bào)告》，一期航道在試運(yùn)行期間，汕頭市港口管理局委托粵東航道局測(cè)量隊(duì)定期開(kāi)展水深測(cè)量，收集航道不同時(shí)期的水深條件等相關(guān)資料。委托設(shè)計(jì)單位中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司開(kāi)展航道回淤的研究工作，研究表明試運(yùn)行期間，航道出現(xiàn)較為明顯的回淤，主要原因是航道浚深后工程區(qū)域水流、泥沙環(huán)境平衡改變以及臺(tái)風(fēng)引起的淤積；同時(shí)連接段水域疏浚前水深較淺，浚深后高差較大，邊坡坍塌引起淤積造成的。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，試運(yùn)行期間，進(jìn)出航道的5萬(wàn)噸級(jí)及以上的船舶共310艘，其中集裝箱船304艘，散貨船6艘；5萬(wàn)噸級(jí)以下的船舶共472艘，其中集裝箱船454艘，散貨船18艘，全部安全進(jìn)出港區(qū)，航道符合設(shè)計(jì)要求，達(dá)到預(yù)期效果。

2.廣澳港區(qū)航道部分設(shè)計(jì)

2.1 船型尺度的設(shè)計(jì)

根據(jù)實(shí)際情況的調(diào)查，廣澳港區(qū)的集裝箱船型中遠(yuǎn)期可考慮逐步采用10萬(wàn)噸級(jí)的集裝箱船開(kāi)展遠(yuǎn)洋運(yùn)輸，參考《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTS165-2013）標(biāo)準(zhǔn)船型尺寸，本工程設(shè)計(jì)代表船型見(jiàn)表1。

表1 設(shè)計(jì)船型主尺度

2.2 礁石（塊石）區(qū)航道設(shè)計(jì)水深

根據(jù)本工程地質(zhì)資料分析，航道連接水域段分布有小量礁石、主航道段K3+300～K4+100區(qū)域分布有散落塊石。按“《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTS165-2013）”要求，10萬(wàn)噸級(jí)航道“風(fēng)化石、巖石底質(zhì)”Z4（備淤富裕深度）應(yīng)為0.8m，相應(yīng)該位置航道設(shè)計(jì)水深計(jì)算如表2所示。

表2 航道設(shè)計(jì)水深計(jì)算表（巖石質(zhì)底） 單位：m

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，巖石質(zhì)底航道設(shè)計(jì)底標(biāo)高應(yīng)為-17.00m。

2.3 全航道設(shè)計(jì)水深

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，本工程10萬(wàn)噸級(jí)集裝箱船航道淤泥質(zhì)底設(shè)計(jì)底標(biāo)高為-16.6m，巖石質(zhì)底設(shè)計(jì)底標(biāo)高為-17.0m。本工程礁石（塊石）分布面積較小，約占全航道面積1%，且總體未成片，航道開(kāi)挖至-17.0后，整體最終均會(huì)回淤至與周邊區(qū)域平齊，即-16.6m，航道底質(zhì)相應(yīng)變化為淤泥質(zhì)底。

綜上所述，本工程航道最終交工底標(biāo)高為-16.6 m，航道建設(shè)過(guò)程中應(yīng)將礁石（塊石）區(qū)域開(kāi)挖至-17.0 m；航道運(yùn)營(yíng)維護(hù)均按-16.6m設(shè)計(jì)標(biāo)高。

2.4 航道邊坡設(shè)計(jì)

本航道開(kāi)挖段-16.6m標(biāo)高以上土質(zhì)以粉砂與淤泥、淤泥質(zhì)土為主，力學(xué)性質(zhì)（依據(jù)《汕頭港廣澳港區(qū)航道二期工程巖土工程勘察報(bào)告》）如表3所示。

表3 土層主要力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)表

根據(jù)《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTS165-2013），本航道邊坡可取1：5～1：10。

航道一期工程邊坡取為1:7，試運(yùn)行期間，航道出現(xiàn)較為明顯的回淤。根據(jù)《2013～2015年度工程量測(cè)算報(bào)告》《2013～2015年度工程量測(cè)算報(bào)告》中泥沙回淤情況分析可知，航道回淤水平偏高的原因有以下幾種主因：臺(tái)風(fēng)驟淤、航道初期邊坡不穩(wěn)定、周邊工程施工影響等，且隨著航道開(kāi)挖完成時(shí)間及周邊施工情況變化，各因素影響程度亦將相應(yīng)改變；航道初期邊坡不穩(wěn)定所占比例相對(duì)較大，約40%～70%。

為減少航道建成后初期內(nèi)回淤量，降低年度維護(hù)費(fèi)用，確保通航安全，綜合考慮本工程邊坡放緩，航道的邊坡取為1:10（已建東防波堤位置為確保防波堤結(jié)構(gòu)安全，邊坡按1:7設(shè)計(jì)）。

3.航道設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題

3.1 對(duì)礁石量估算偏少

根據(jù)一期工程的鉆探資料，在航道范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)礁石，因此，一期工程設(shè)計(jì)中疏浚土的土質(zhì)取為淤泥、淤泥質(zhì)土及粉砂，但在施工過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)航道疏浚范圍存在部分礁石及拋石區(qū)域，后對(duì)航道進(jìn)行了淺層物探及海底面?zhèn)葤撸瑏?lái)確定航道的礁石及拋石量。

3.2 施工中導(dǎo)標(biāo)的角度及位置存在偏差

根據(jù)《汕頭港廣澳港區(qū)航道一期工程陸域前后導(dǎo)標(biāo)位置測(cè)量技術(shù)報(bào)告》，導(dǎo)標(biāo)竣工后真方位為359°58′02″，比設(shè)計(jì)的真方位角偏差3′。

4.技術(shù)問(wèn)題解決措施

4.1 回淤量較大問(wèn)題設(shè)計(jì)技術(shù)措施

參考在運(yùn)營(yíng)期根據(jù)建設(shè)單位要求對(duì)航道回淤的分析可知，航道回淤水平偏高的原因有以下幾種主因：臺(tái)風(fēng)驟淤、航道初期邊坡不穩(wěn)定、周邊工程施工影響等，且隨著航道開(kāi)挖完成時(shí)間及周邊施工情況變化，各因素影響程度亦將相應(yīng)改變。

臺(tái)風(fēng)對(duì)航道回淤的影響將長(zhǎng)期存在，且?guī)?lái)的回淤影響程度相對(duì)較穩(wěn)定。本工程后續(xù)回淤預(yù)測(cè)以及日常管理維護(hù)中均應(yīng)考慮臺(tái)風(fēng)影響。

航道初期邊坡不穩(wěn)定在主航道使用初期3～5年內(nèi)，由于邊坡尚未完全穩(wěn)定，邊坡不穩(wěn)定所帶來(lái)的回淤量約占到總量百分比較大，3～5年后邊坡不穩(wěn)定所帶來(lái)的回淤影響將大幅度減少。目前，航道已竣工驗(yàn)收，且自交工驗(yàn)收試運(yùn)營(yíng)至今已近5年，航道邊坡基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。

周邊工程防波堤、廣澳二期工程基槽開(kāi)挖、爆破擠淤等對(duì)工程所在區(qū)域泥沙擾動(dòng)較大，對(duì)本工程航道回淤存在較大影響。影響程度隨著施工強(qiáng)度降低而逐漸減少，直至項(xiàng)目完工基本不再影響航道回淤。

航道二期設(shè)計(jì)中充分考慮航道一期工程試運(yùn)營(yíng)中所體現(xiàn)的各因素對(duì)航道回淤影響，綜合周邊工程建設(shè)時(shí)序、模型實(shí)驗(yàn)成果，在詳細(xì)地質(zhì)勘察基礎(chǔ)上，調(diào)整航道設(shè)計(jì)邊坡為1:10，在滿足通航安全前提下，選擇合理的設(shè)計(jì)邊坡，盡量做到施工期與運(yùn)營(yíng)期整體經(jīng)濟(jì)合理可行。

4.2 合理解決前后導(dǎo)標(biāo)軸線偏差問(wèn)題、確定航道軸線

根據(jù)《汕頭港廣澳港區(qū)航道一期工程陸域前后導(dǎo)標(biāo)位置測(cè)量技術(shù)報(bào)告》，竣工后前導(dǎo)標(biāo)實(shí)測(cè)坐標(biāo)為：23°13′52.19″N，116°46′03.75″E（X=2570218.228，Y=476154.115）；后導(dǎo)標(biāo)的實(shí)測(cè)坐標(biāo)為：23°14′14.29″N，116°46′03.74″E（X=2570898.203,Y=476154.823），實(shí)測(cè)結(jié)果表明導(dǎo)標(biāo)竣工后真方位為359°58′02″，比設(shè)計(jì)的真方位角大了3′。導(dǎo)標(biāo)竣工后，前導(dǎo)標(biāo)位置偏差為0.76m，后導(dǎo)標(biāo)位置偏差為0.82m。

本工程前后導(dǎo)標(biāo)實(shí)測(cè)軸線方位與一期航道工程軸線存在約3′夾角，導(dǎo)標(biāo)的偏差對(duì)一期航道通航5萬(wàn)噸級(jí)船舶的影響相對(duì)不大，考慮到充分發(fā)揮導(dǎo)標(biāo)的效能，滿足二期航道設(shè)計(jì)船型通航安全的需要，航道的選線在一期航道軸線基礎(chǔ)上進(jìn)行微調(diào)，使航道主軸線與前后導(dǎo)標(biāo)軸線一致，在基本不增加工程投資、不影響現(xiàn)狀航道運(yùn)營(yíng)情況下較好的解決該問(wèn)題，充分發(fā)揮導(dǎo)標(biāo)的效能。

4.3 進(jìn)一步探摸工程范圍內(nèi)礁石區(qū)域，細(xì)化礁石工程量計(jì)算

按《疏浚與吹填工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTS 181-5-2012）分類(lèi)，礁石屬于13級(jí)土及以上疏浚土類(lèi)，耙吸船、抓斗船等常用疏浚設(shè)備均無(wú)法有效開(kāi)挖。較通用的礁石開(kāi)挖工藝主要有爆破開(kāi)挖、碎巖錘碎巖開(kāi)挖兩種方式，其中爆破開(kāi)挖施工速度相對(duì)較快，但各項(xiàng)審批手續(xù)及施工期安全保障各項(xiàng)措施相對(duì)較復(fù)雜；碎巖錘碎巖采用抓斗船配重錘碎巖施工，相對(duì)工藝簡(jiǎn)單，但施工速度相對(duì)較慢。鑒于以上原因，礁石開(kāi)挖工程費(fèi)用相對(duì)較高、施工進(jìn)度均較常規(guī)疏浚工程緩慢，礁石開(kāi)挖工程量變更對(duì)航道工程投資控制、進(jìn)度控制均會(huì)帶來(lái)較大影響。

本次設(shè)計(jì)將可能存在礁石區(qū)域在已有勘察、物探資料基礎(chǔ)上采用鉆孔加密、物探線加密等技術(shù)措施，為精確計(jì)算礁石開(kāi)挖工程量提供基礎(chǔ)技術(shù)資料支持，避免施工過(guò)程應(yīng)礁石工程量問(wèn)題產(chǎn)生設(shè)計(jì)變更，有利于項(xiàng)目進(jìn)度、投資控制。

本次設(shè)計(jì)連接水域位置礁石工程量、主航道段塊石開(kāi)挖工程量根據(jù)工程區(qū)域已有鉆孔及物探資料測(cè)算。礁石開(kāi)挖（炸礁）工程量約1.4萬(wàn)m，塊石開(kāi)挖工程量約3.5萬(wàn)m。

5.結(jié)束語(yǔ)

本文以汕頭港碼頭航道為研究對(duì)象,結(jié)合港口的實(shí)際情況,分析總結(jié)出了一些港區(qū)在航道設(shè)計(jì)中存在問(wèn)題。針對(duì)這些方面進(jìn)行詳細(xì)地闡述并提出相應(yīng)的解決方法及建議,以達(dá)到港區(qū)內(nèi)的航道建設(shè)更加科學(xué)化。同時(shí)也希望能夠?yàn)楦蹍^(qū)航運(yùn)提供一些借鑒意義。