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深圳西部港航道工程勘探成功經驗探討_《深圳勘察設計》_雜志_會刊_深圳市勘察設計行業協會主辦

深圳西部港航道工程勘探成功經驗探討

蔡學文,丘建金,張曠成

  (深圳市勘察測繪院有限公司,廣東,深圳,518028)

摘要: 為查明航道范圍內不良地質現象的分布范圍、發育程度、形成原因,對擬建場地的工程地質條件做出評價,并判斷不良地質現象對航道工程建設施工的影響。深圳西部港航道工程勘察采取地質調查、工程測量、工程物探(淺地層剖面)、工程鉆探等多種綜合勘探方法,取得了真實可靠的第一手原始資料,報告中建議合理可行、為航道工程的順利建設提供了有利的技術支撐和保障。本文結合工程實例,分析了本次勘察的關鍵技術和難點,總結了本次勘察的成功經驗,對類似海域及灘涂填海區勘察工程實施有一定的參考意義。

關鍵詞: 海域及灘涂填海區 成功經驗 勘探方法 關鍵技術和難點

中圖分類號:P624

Successful experience of investigation in Shenzhen western port channel engineering

Cai XuewenQiu JianjinZhang Kuangcheng

(Shenzhen Geotechnical Investigation & Survey Institute Co., Ltd, 518028, China)

Abstract: For finding out the distribution range, development degree & causes of adverse geological phenomenon within the channel scope, evaluating engineering geological conditions of the proposed site, and judging the impact of adverse geological phenomenon on channel construction, Shenzhen western port channel engineering investigation adopted various exploration methods such as geological survey, engineering mapping, geophysical prospecting (shallow stratum profile),engineering drilling , obtained the reliable first-hand original data, suggestions on the report is reasonable and feasible, and provided advantageous technical support and guarantee for the successful construction of the channel. Combining with the engineering example, analyses the key technology and difficulty of the investigation, summarized the successful experience of the investigationThe successful experience of this Investigation is summarized, which can be used for reference on similar Investigation project.

Key words: sea area and tidal-flat reclamation area; successful experience;  exploration methods;  key techniques and difficulties


0 引言

隨著中國經濟的飛速發展,城市陸地可開發面積急劇地減小,工程項目正向著海上發展發展,填海工程、海上港口碼頭等海上工程項目逐漸增多,為保證這些工程建設的順利進行,海域勘察工作就顯得有為重要[1]

目前中國海域勘察的方法相對較單一,多是直接用鉆探的方法,取樣也是用的傳統的薄壁取土器,這類傳統的勘探方法,已經滿足不了精度要求越來越高的工程項目的需要。我司通過十多年海域勘探試驗,總結了不少較為先進的勘探方法和手段。現以深圳西部港航道工程勘察為例一一介紹。

珠江入海口是珠江三角洲地區經濟發展中的一個重要戰略點,在珠江海洋區域修建重大交通工程結構已成為經濟發展的趨勢[2]深圳西部港航道工程包括深圳銅鼓航道工程、西部港區公共航道工程、大鏟灣港區一期碼頭工程等,涉及航道、港口、港池、道路、工民建等項目。其中,銅鼓航道是深圳港西部港區的第二條通海航道,位于珠江口伶仃洋東部銅鼓島至大濠島西北海區,北接暗士頓水道,南連伶仃西航道,銅鼓航道工程按10萬噸級集裝箱船單向通航設計,航道全長22.57km,有效寬度210m,通航水深15.8m,設計底標高-15.8m(當地理論最低潮面)[4];西部港區公共航道工程按10萬噸級集裝箱船單向不乘潮通航設計,航道全長8.93km,有效寬度210m,通航水深15.8m,設計底標高-15.8m(當地理論最低潮面)[5];大鏟灣碼頭(一期)是深圳市政府重大項目之一,位于珠江口東岸,寶安區的二線關外,水路南距香港20海里,北至廣州40海里,陸路北距深圳寶安國際機場10km,于2005年3月經國家發展與改革委員會批準開發,碼頭可處理當今及將來可預見的最大型集裝箱船。

項目范圍自北至南長約35km,勘察面積73.5km2,項目總投資超300億元。工程位置詳見工程地理位置分布示意圖(圖1)。

 

1 工程地理位置分布示意圖

Fig.1 Distribution map of project location

 

1  工程地質概況

擬建場地位于深圳市西部珠江口,地貌單元為大陸邊緣淺海帶,鉆探時水深在4.47~18.02m間,鉆孔孔位海底灘面標高為-3.49~-16.87m間,總體上呈南低北高,為緩坡狀,航道海域為珠江外海口及深圳灣內海之過渡交界處。

海上航道區分布第四系全新統海積層(Q4m:浮泥、流泥、淤泥; 第四系全新統沖積層(Q4al+pl):粘土、淤泥質土、中砂、粗砂、粘土。

碼頭場地內分布人工填土(填石)層(Qml)、海相淤泥層(Q4m)、第四系上更新統沖洪積層(Q3al+pl)、場地下伏基巖為燕山期中粗粒花崗巖(γ53)。人工填土(填石)層成分差異大,厚度變化大,場地下伏基巖為燕山期細中粒花崗巖,受構造影響,風化帶厚度大,基巖面起伏大,隨著風化程度的遞減其承載力逐漸提高,其中全風化巖中下部及強、中、微風化巖均為良好的樁端持力層。

擬建場地為海域,地下水與海水之間水力聯系密切,地下水化學特征與海水基本一致。

2 勘探工作的難點

根據航道勘察線路范圍大的特點,特別是對地下隆起暗礁或障礙物(海底天然氣管線、國際通信電纜、電訊管線、供電管線、供水管線、人工廢棄物、沉船等等不明物體)位置,應予查明,技術難度大。

航道勘察范圍位于珠江口,無風三尺浪,海浪與暗流大,加上船只通過引起波浪,浪高水急,鉆孔定位難度大;海上每天二次漲落潮,潮水位變化大,潮差隨月圓、月缺形成高低變化,每天潮差、時差變化都不一樣,海水水深變化大,潮差修正難度大。

暗礁及深水鉆探,暗礁及深水區域是航道勘察又一難點,其原因為:海水深度5~15m,海水底為浮、流泥,其下即為凹凸不平的中等~微風化巖巖體,鉆探時無法下套管;鉆探時無導管導致無循環泥漿;海底暗流水急、加之船只通過引起波浪,鉆探船不易穩定;

淤泥性土采取原狀樣困難。含水量w>150%為浮泥,85%<w≤150%為流泥,w≤85%為淤泥或淤泥質土。由于淤泥性土層厚度較大,按目前國際、國內原狀樣取土器,無法保證浮泥、流泥取樣和分層。

碼頭填海造陸,填土成分復雜,淤泥厚度大,多為開山石回填。基巖風化強烈且基巖面起伏大;且地下水與海水聯系密切。

整個項目涉及港口、航道疏浚工程、港池、輔建區、道路、口岸大樓等多個行業規范標準[6-7],根據港口工程、疏浚工程、市政工程、道路工程、工民建等相關規范要求,勘察要求全、精、廣。

3 勘探技術創新

本次勘察工作不同于一般陸地勘察,為大面積海域及填海區勘察,地質條件復雜,擬建工程設計要求高,結合擬建工程特征,綜合本次勘察工作重點和難點,勘察方法針對性強:對航道工程采取淺地層剖面、物探及鉆探手段;對港區的港池、圍堤區、吹填區、涵閘區分別采取鉆探、各種原位測試方法;后方堆場、輔建區建(構)筑物對垂直和水平荷載及變形要求不同的特點,采取鉆探和相應原位測試方法。

根據航道勘察線路范圍大特點,特別是對地下隆起暗礁或障礙物(海底天然氣管線、電訊管線、供電管線、人工廢棄物、沉船等不明物體)位置應予查明,采取先從面到點,應用淺地層剖面法物探沿航道及兩側各100m布置3條縱剖面,查明沿線區域海底面異常范圍,對有懷疑地段加密勘探剖面和增加其他物探方法進行驗證,對自然地質體隆起增加鉆孔數量進行驗證。選線階段工程物探所測天然氣管道位置見圖2。


 

 

2  CLMN18測線淺地層剖面顯示的天然氣管道

Fig.2 Natural gas pipeline displayed by the CLMN18 surveying line of shallow stratum profile

 


淺地層剖面儀利用回聲測深的原理,接收阻抗不同的地層介面所反射的聲脈沖訊號,并在記錄紙上相應描繪出海底下數十米的松散沉積物的地層剖面圖,用它與少量的鉆孔資料相對比,綜合分析可繪制出地層剖面圖。淺地層剖面儀是一種連續走航自記的聲學電子儀器,可以應用于海洋地質、水下工程地質勘察,航道地質勘測、疏浚和整治工程。淺地層剖面儀在當今已成為水下地質勘察必不可少的手段[3]

淺地層剖面探測儀器采用美國Datasonics公司生產的SBP-5000型淺地層剖面儀。為準確查明崖13-1海底天然氣管線過伶仃洋道和暗士頓水道段位置,采用德國INNOMAR公司生產的Ses96參量淺層剖面儀進行了校核對比,同時增加使用美國Geomitrics公司生產的G880銫光泵磁力儀,進行磁力探測方法驗證,該管線對航道線位比選方案起到決定性作用。

淺地層剖面識別了海底和其它四個反射界面和五套地震層序,本次勘察野外所獲得的淺地層剖面是時間剖面,因此在實際應用時需進行時深轉換,再從深度剖面上獲取淺地層結構及埋深信息。為此,在資料解釋過程中,參照了國內、外有關第四紀末固結沉積物的地震波傳播速度模型、經驗速度值,本項目選取1600m/s作為區內淺地層的層速度參數。經與區內鉆孔資料對比,誤差小于±0.5m。

淺地層剖面根據反射強度變化而反映的灰度差異和反射波形態特征,經過綜合分析、研究、排除干擾因素和多解性等影響,消除假異常,結合鉆孔資料,繪制了淺地層剖面地質解釋圖。

隨著科技的發展,海上勘探定位手段也發生了革命性的變化,********基本取代傳統光學儀器定位和無線電定位,定位的精度和速度也有了數量級的提高[8]。但勘察范圍位于珠江口,無風三尺浪,海浪與暗流大,加上船只通過引起波浪,鉆孔定位難度大,如果按常規只用海船********,拋錨后,鉆探船隨風浪漂移,等4至6個錨固定后,鉆孔點平面誤差大于10m以上。鑒于此本次勘察采用兩套GPS定位系統,多次反復校核方法,確保鉆孔孔位誤差滿足規范要求。

海上作業,每天2次漲落潮,潮差隨月圓、缺形成高低變化,每天潮差、時差變化都不一樣。設置多個潮差觀測點,位于西鄉碼頭邊防哨所旁驗潮站、大鏟灣集裝箱碼頭驗潮站、香港赤臘角驗潮站、赤灣驗潮站等實時潮差觀測,對鉆探孔深進行修正。詳見表1。

 


1  分層、取樣、標貫等深度潮差修正表

Table 1 Corrected stratification, sampling, SPT depth corresponding to thetidal range

 

孔號

船高

(m)

灘底

標高

(m)

潮高

(m)

分層

代號

分層

深度

(m)

修正

分層

深度

(m)

層底

標高

(m)

取樣

頂深度

(m)

修正取樣

頂深度

(m)

標貫底

深度

(m)

修正

標貫

底深度

(m)

標貫

擊數

N

ST08

1.60

-1.89

0.81

 

 

 

 

5.10

0.80

 

 

 

ST08

1.60

-1.89

0.81

 

 

 

 

6.10

1.80

 

 

 

ST08

1.60

-1.89

0.82

 

 

 

 

7.10

2.79

 

 

 

ST08

1.60

-1.89

0.82

3-1

7.50

3.19

-5.08

 

 

 

 

 

ST08

1.60

-1.89

0.82

 

 

 

 

8.10

3.79

8.75

4.44

3

ST08

1.60

-1.89

0.82

3-3

8.80

4.49

-6.38

 

 

 

 

 

ST08

1.60

-1.89

0.85

 

 

 

 

9.95

5.21

10.20

5.86

9

ST08

1.60

-1.89

0.90

 

 

 

 

11.00

6.61

11.65

7.26

10

ST08

1.60

-1.89

0.96

 

 

 

 

12.45

8.00

13.10

8.65

9

ST08

1.60

-1.89

1.04

 

 

 

 

13.90

9.37

14.55

10.02

10

ST08

1.60

-1.89

1.25

 

 

 

 

15.35

10.61

16.00

11.26

8

ST08

1.60

-1.89

1.37

 

 

 

 

16.80

11.94

17.45

12.59

8

ST08

1.60

-1.89

1.51

 

 

 

 

18.25

13.25

18.90

13.90

4

ST08

1.60

-1.89

1.61

5-1

19.10

14.00

-15.89

 

 

 

 

 

ST08

1.60

-1.89

1.61

 

 

 

 

19.70

14.60

20.35

15.25

4

ST08

1.60

-1.89

1.69

 

 

 

 

21.15

15.97

21.80

16.62

4

ST08

1.60

-1.89

1.76

6-1

22.45

17.20

-19.09

 

 

 

 

 

ST08

1.60

-1.89

1.80

 

 

 

 

22.60

17.31

23.25

17.96

8

ST08

1.60

-1.89

1.82

 

 

 

 

24.05

18.74

24.70

19.39

11

ST08

1.60

-1.89

1.85

 

 

 

 

25.50

20.16

26.15

20.81

28

ST08

1.60

-1.89

1.87

8-1

26.52

21.16

-23.05

 

 

 

 

 

ST08

1.60

-1.89

1.90

 

 

 

 

26.95

21.56

27.60

22.21

45

ST08

1.60

-1.89

1.95

 

 

 

 

28.40

22.96

29.05

23.61

48

ST08

1.60

-1.89

1.98

9-1

29.50

24.03

-25.92

 

 

 

 

 

ST08

1.60

-1.89

1.98

 

 

 

 

29.85

24.38

30.50

25.03

73

ST08

1.60

-1.89

2.10

9-2

31.95

26.36

-28.25

31.30

25.71

31.95

26.36

78

 


暗礁是航道勘察又一難點,由于基底面為凹凸不平中等~微風化巖,水深5~15m,鉆探無法下入套管定位,由于無循環泥漿,海底暗流水急、現行船只通過引起波浪對鉆探擺動易斷鉆桿,無法鉆進,本身鉆探船自身存在擺動不易穩定,剛開始走了不小彎路,海底暗流使得鉆探對位十分困難,一個地方開孔多個,起鉆后無法再對到原孔位,我們攻關小組制造孔位導向固定器,并在套管段端部采取3個加重錘穩定底部,保證鉆孔孔位。暗礁鉆探施工示意圖見下圖3。

 

3 暗礁鉆探施工示意圖

Fig.3 Drilling construction in submerged reef

本次勘察采用了自行研制的加長原狀軟土限制球閥式取土器(見下圖4),加長取土導管至5m,內置PVC薄壁管,采取浮、流泥樣后卸開外管,將內管每隔1m切斷、密封、包裝,送實驗室進行土工試驗。該取土器我公司已申請了專利。

4 結論

1)擬建工程為大面積海域及灘涂填海區綜合勘察,環境、地質條件復雜,設計要求高,勘察難度大。

2)為查明航道范圍內不良地質現象的分布范圍、發育程度、形成原因,對擬建場地的工程地質條件做出評價,并判斷不良地質現象對航道工程建設施工的影響。深圳西部港航道工程勘察采取地質調查、工程測量、工程物探(淺地層剖面)、工程鉆探等多種勘探方法,取得了真實可靠的第一手原始資料,報告中建議合理可行、為航道工程的順利建設提供了有利的技術支撐和保障。

3)勘察方案合理、勘察技術領先、勘察成果豐富,為整個項目施工順利按期完成,大大節省工程投資。

4)項目建成投產后,整個深圳港西部通航能力大大增加,滿足10萬噸級集裝箱船單向通航。整個工程自2007年7月10日正式啟用以來,運行良好。這些成績取得實屬不易。為增進內地與世界的聯系具有重要的現實意義,對加快我國的改革開放,提高我國的進出口貿易也具有重要意義。該工程獲得建設部2010年度全國優秀工程勘察設計獎金獎!

 

致謝 感謝深圳市勘察測繪院有限公司提供的大量寶貴資料,同時感謝丘建金博士和張曠成大師對本論文提供的寶貴意見,參加本次勘察的還有張文華、張先亮、萬國治、張波等同志,在此一并感謝!


 

 

4加長原狀軟土限制球閥式取土器示意圖

Fig.4 Extended undisturbed soft soil limited valve sampler


參考文獻

 

作者/來源: