港珠澳大桥沉管隧道基槽泥沙回淤研究总述及创新实践

港珠澳大桥海底隧道施工采用沉管工法,在E15节沉管施放中发生了基槽异常回淤,迫使沉管返航,造成了巨大的工程损失。明确异常回淤机理,实现基槽泥沙回淤的精确预报具有重大的工程意义。通过开展大量自主创新性研究工作,揭示了基槽异常回淤的原因,开发了沉管基槽多因素、复合型基槽回淤预报模型系统,实现了沉管基床上泥沙回淤的精细化预报,保障了E15~E33节沉管的顺利安放。研究成果从基础理论、模拟技术、预警预报模式等多个方面均取得了开创性突破,对我国工程建设和泥沙研究的理论具有极大的提升和促进意义。     

深中通道沉管隧道试挖槽回淤特征研究

文章基于深中通道工程试挖槽为期一年的水下地形及水文观测资料,研究了试挖槽回淤特征及试挖槽水域的水沙环境,探讨了试挖槽回淤的原因。研究结果表明:(1)试挖槽回淤呈现洪季明显较大、枯季明显较小的变化特点;(2)试挖槽边坡和槽底淤积平面分布整体呈北部和东部大、南部和西部小的特点;(3)试挖槽回淤强度呈大潮-中潮-小潮逐渐减小的变化特点,与试挖槽水域底部含沙量随大潮-中潮-小潮逐渐降低的变化趋势基本一致;(4)试挖槽槽内淤积物与悬沙物质及周边滩槽细颗粒泥沙基本相同,试挖槽淤积的泥沙主要为随潮流搬运输移的泥沙,上游方向泥沙的影响大于下游方向。试挖槽槽内淤积形式以悬沙落淤为主。     

深中通道工程沉管隧道基槽大风过程回淤研究

以深圳至中山通道沉管隧道基槽工程为背景,建立二维水动力泥沙数学模型,采用现场实测资料进行验证,预测了大风过程基槽内的回淤分布。结果表明,基槽开挖后,最大下挖深度约30 m,大风过程引起的基槽淤积明显,回淤分布特征为中间大、两头小,最大淤厚为0.78 m。     

长江口航道疏浚土利用至横沙浅滩数值模拟研究*

针对2020年后长江口深水航道疏浚土全部外抛至海洋倾倒区造成疏浚土资源浪费的问题,利用三维潮流泥沙数学模型SHIWM-3D对疏浚土综合利用至横沙浅滩进行固沙保滩的方案进行了数值模拟,综合分析横沙浅滩流态分布、泥沙输运扩散情况、疏浚土落淤效果以及对深水航道回淤的影响。结果表明：1）航道疏浚土吹泥上滩后部分泥沙直接落淤,部分泥沙则随涨落潮流扩散输运。2）横沙浅滩区域大潮期间呈现冲刷状态,小潮期间呈现淤积状态,疏浚土在浅滩总体表现为淤积。3）航道疏浚土吹泥上滩至横沙浅滩区域对深水航道的回淤影响不大。4）长江口航道疏浚土利用至横沙浅滩的方案是可行的,是解决2020年以后长江口航道疏浚土综合利用的可持续发展方向之一。     

珠海港高栏港区进港航道回淤分析

航道开挖后容易出现回淤,回淤量研究对航道后期的维护尤为重要。以高栏港进港航道泥沙回淤为研究对象,结合黄茅海海域的海床历史演变情况,分析高栏港区航道泥沙来源,研究航道附近泥沙冲淤变化特征。研究结果表明:高栏港所在的十字水域海床近年来处于淤积状态,1977—1989年,平均淤积强度为3. 42 cm/a; 1989—2003年,淤积速率减缓,约为0. 86 cm/a。高栏港区航道年淤积量由常年淤积和台风骤淤两部分组成,航道每年发生明显骤淤1～2次,骤淤量一般为常年淤积量的30%～50%,骤淤引起的平均淤积厚度为0. 32～0. 60 m,骤淤量的大小和分布与台风路径及强度有关。研究成果对于航道维护时间及频次确定具有参考作用。     

长江口北槽河槽地形变化及深水航道回淤特征分析

以长江口北槽航道为研究对象,利用1997年12月~2013年2月多年实测水深资料和北槽深水航道一期工程开通以来维护疏浚资料,采用统计分析与对比方法分析了北槽河槽多年来的地形冲淤变化和一、二、三期航道航槽回淤特征。研究结果显示:(1)在此期间,在北槽上段北侧滩面和坝田大范围淤积,下段南侧滩面和坝田大范围淤积,北槽拐弯段为北槽淤积集中区域,河槽向窄深方向发展;(2)北槽航道年回淤量大,三期12.5 m航道期间,北槽航道年回淤量在6 400万m3左右;(3)北槽航道回淤沿程分布差异大,北槽中段(H~O疏浚单元)的回淤量占北槽航道段回淤量的70%左右;(4)北槽航道洪季和枯季回淤差异大,洪季期间的回淤量占全年该段航道回淤量的80%以上;(5)北槽航道南北回淤差异大,南侧淤积高于北侧淤积400~1 300万m3;(6)北槽12.5 m航道与10 m航道相比,全年回淤量有较大增加,洪季期间的回淤比重有所增大,北槽中段回淤峰值更加突出,略有所下移。     

温州港大小门岛港区30万吨级航道试挖槽回淤分析

回淤往往是航道开挖后关注的重点.通过对温州港大小门岛港区30万吨级航道试挖槽后历次水下断面地形监测资料的对比分析,得到航槽开挖后不同时期的回淤规律以及寒潮、台风对航槽回淤的影响程度,可为相关工程设计及研究提供参考.     

深中通道沉管基槽深水装配式挡泥结构

水工工程基槽开挖后容易出现回淤,影响预制构件的安装质量。深中通道西人工岛附近原泥面表层存在流淤,沉管基槽两侧需考虑设置临时挡泥结构。通过分析比较圆筒+挡泥板+软插板装配式挡泥结构方案与钢板桩挡泥结构方案的优、缺点,认为装配式挡泥结构方案在施工难易、工期等方面具有明显优势,并介绍装配式挡泥结构方案结构设计与施工工艺情况。装配式挡泥结构稳定性好、工艺简单、装配化程度高,满足沉管基槽挡泥功能要求,可为深水基槽挡泥施工方案提供借鉴。     

隧道深基槽回淤预警预报系统研究

港珠澳大桥是一条具有国家战略意义的跨海通道,其中的沉管隧道段也是当今世界上最难的海底隧道工程。面对厘米级预报精度的苛刻要求,隧道深基槽回淤预警预报系统针对工程附近海域的水动力和泥沙环境,提出了"等效潮差"理论,极大程度地简化了计算过程,达到了能够快速反应的目的。采用本研究创立的公式,利用逐日动力参数,达到了计算时间精确到天、基槽泥沙淤积厚度预报精度到厘米级的要求,成功进行了港珠澳大桥沉管隧道E15~E33管节的基槽泥沙淤积预警预报。     

深中通道试挖槽洪季异常强回淤特征及机理研究

文章基于深中通道试挖槽洪季水下地形及定点水沙监测资料,分析了洪季异常强回淤时段的回淤特征,对异常强回淤过程及机理进行了研究。研究结果表明:(1)试挖槽槽底在7～8月两个时段出现了淤强均超过10 cm/d的异常强回淤,异常强回淤出现时段均位于大潮前后时段;(2)异常强回淤出现时段槽底回淤强度大,北边坡和东边坡局部区域冲刷幅度也较大;(3)7月下旬异常强回淤应主要与大潮期间北边坡泥沙冲刷滑落有关;(4)8月初异常强回淤应主要与大潮前台风影响过境导致东边坡和南边坡泥沙冲刷滑落有关。     

疏浚施工中截沙槽的应用

在长江南京以下12.5 m深水航道工程一期疏浚工程施工中,因通州沙航道受裤子港沙尾部右缘淤涨南压影响,水深逐步变差,直接影响了B区的疏浚施工。研究通州沙水域水沙运动特点、床沙特性及潮汐特征;分析河势变化及回淤特点;通过在B区航槽外预设截沙槽,减缓航槽边缘泥沙进入航槽的速度;对实施效果进行总结分析,对工程后续施工提出建议。     

神华黄骅港外航道泥沙淤积问题总结与探讨

对黄骅港海区的水动力泥沙环境等自然条件进行分析,基于黄骅港航道十多年的现场观测资料和近几年的研究成果,对外航道泥沙运移形态、回淤机理和回淤泥沙来源等问题进行论述和探讨。提出了黄骅港航道回淤的3种泥沙来源,即近岸浅滩中转泥沙、航道两侧滩面泥沙、疏浚废弃泥沙,并分析了在回淤中所占的比例及其变化。     

疏浚管路阻力损失计算方法的分析

管道输沙阻力损失计算是江河湖泊、港口航道疏浚工程中的一个基本问题,它是设计管道浆体输送系统的重要参数,直接关系到动力设备的选型和运行的能耗.文章重点以疏浚工程中泥沙的输送为研究对象,对管内两相流动的阻力特性及临界流速问题进行了初步研究,并实验研究了泥沙在不同的浓度和速度下的阻力特性,对3种模型的阻力损失计算模型进行了检验、分析和评价.结果表明Jufin＆Lopatin是一个比较好的计算模型.对于颗粒的不均匀性的影响,科学的方法能提高计算模型的计算精度.     

赤水河口淤沙段航道治理试验

分析赤水河来水来沙特性、泥沙淤积和碍航特点,提出用整治建筑物、炸礁与疏浚等手段束窄滩段河宽,并通过模型进行论证。     

北仑电厂码头改扩建工程潮流泥沙数值模拟

运用平面二维水流泥沙数学模型,分别建立了包含金塘水道大范围以及拟建工程区小范围水域的潮流泥沙场,其中大范围模型为小范围模型提供边界条件。计算结果表明:改扩建工程使周边局部海域流场减弱,但影响范围有限,流场变化主要集中于改扩建码头西侧及其后沿驳船码头港池开挖区水域,涨、落急流速变幅在13.3%以内,流向变化值小于8.3°。码头后沿的浅滩区是主要泥沙淤积区,改扩建码头前沿平均淤强约0.76m/a,淤积量2.5万m3/a,驳船泊位区平均淤强1.42m/a,淤积量5.9万m3/a。鉴于岸坡浅滩仍是主要的淤积区,建议保持定期疏浚,以免淤积前伸对驳船港池和码头前沿造成不利影响。     

船闸引航道内的异重流淤积计算*

异重流淤积是引航道的主要淤积之一,其特点是淤积距离长、淤积总量大,如不及时清淤,则会减小通航水深、影响通航安全。在资料有限的条件下,采用已有公式对引航道的异重流淤积量进行初步计算,对认识引航道的淤积特性,制定初步的清淤方案有着重要的意义。在现有异重流淤积计算公式的基础上,提出了考虑异重流清水上升效应的沿程含沙量修正公式。与现有公式相比,其计算结果与实测值更接近,为异重流淤积量计算研究提供新途径。     

港口总平面布置中考虑开挖航道港池对波浪的影响分析

开挖航道能对波浪起折射作用，港池航道开挖浚深能有效吸收波浪能量。结合开挖航道港池对波浪影响的研究及其它因素，分析确定工程总平面布置。实际营运结果表明，港口的营运使用、泥沙回淤、港内波浪问题都反映良好。充分验证了工程设计考虑因素的合理准确。     

长江上游胡家滩航道整治数值模拟研究

长江上游胡家滩为弯曲展宽河段浅滩。探讨了胡家滩浅滩河段河床演变特征、碍航特性及滩险成因,提出了航道整治思路与方案。应用平面二维水流泥沙数学模型,采用2002—2011年的水沙序列资料,对方案整治效果进行分析。结果显示,整治后航槽流速增加且不会成为急滩,消落期航槽内泥沙冲刷加强,起冲时间提前,冲刷历时延长,航道尺度满足规划要求,航槽基本稳定,说明采用筑坝、疏浚与炸礁相结合的方法对胡家滩浅滩航道整治较为有效。     

广西铁山港区潮流泥沙数值模拟

铁山湾海域将建设数十个万吨级以上深水泊位和深水航道。通过围填海域建设数量众多的泊位,将引起铁山湾潮流及泥沙运动发生变化。为解决铁山湾海域开发建设的一系列水流泥沙技术难题,在充分掌握海湾水流泥沙运动特性的基础上,采用非结构网格和动边界技术建立平面二维潮流数学模型,模拟研究规划方案建设引起的潮流场变化,计算分析规划港区和航道的泥沙回淤强度及回淤总量,为规划方案优化提供科学依据。     

三峡常年库区黄花城航道治理*

三峡水库蓄水后,常年回水区黄花城水道左汊泥沙淤积严重,淤积物多为中值粒径在0.01 mm左右的细颗粒泥沙,只有其处于输沙流速带时才能够不发生淤积,单一依靠传统疏浚方法难以持久维护左汊航道条件。本文提出在黄花城江心洲洲头处修建一条导流坝以改善航道分流比从而增大左汊流量的整治思路。数值模拟和模型试验结果表明,采用导流坝分流措施后,黄花城河段左汊流速达到输沙流速带,从而保证该区域保持不冲不淤的状态。得出该河段将航道疏浚工程与修建导流坝改善分流比相结合的治理方法。