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深圳西部港航道工程勘探成功经验探讨_《深圳勘察设计》_杂志_会刊_深圳市勘察设计行业协会主办

深圳西部港航道工程勘探成功经验探讨

蔡学文,丘建金,张旷成

  (深圳市勘察测绘院有限公司,广东,深圳,518028)

摘要: 为查明航道范围内不良地质现象的分布范围、发育程度、形成原因,对拟建场地的工程地质条件做出评价,并判断不良地质现象对航道工程建设施工的影响。深圳西部港航道工程勘察采取地质调查、工程测量、工程物探(浅地层剖面)、工程钻探等多种综合勘探方法,取得了真实可靠的第一手原始资料,报告中建议合理可行、为航道工程的顺利建设提供了有利的技术支撑和保障。本文结合工程实例,分析了本次勘察的关键技术和难点,总结了本次勘察的成功经验,对类似海域及滩涂填海区勘察工程实施有一定的参考意义。

关键词: 海域及滩涂填海区 成功经验 勘探方法 关键技术和难点

中图分类号: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

随着中国经济的飞速发展,城市陆地可开发面积急剧地减小,工程项目正向着海上发展发展,填海工程、海上港口码头等海上工程项目逐渐增多,为保证这些工程建设的顺利进行,海域勘察工作就显得有为重要[1]

目前中国海域勘察的方法相对较单一,多是直接用钻探的方法,取样也是用的传统的薄壁取土器,这类传统的勘探方法,已经满足不了精度要求越来越高的工程项目的需要。我司通过十多年海域勘探试验,总结了不少较为先进的勘探方法和手段。现以深圳西部港航道工程勘察为例一一介绍。

珠江入海口是珠江三角洲地区经济发展中的一个重要战略点,在珠江海洋区域修建重大交通工程结构已成为经济发展的趋势[2]深圳西部港航道工程包括深圳铜鼓航道工程、西部港区公共航道工程、大铲湾港区一期码头工程等,涉及航道、港口、港池、道路、工民建等项目。其中,铜鼓航道是深圳港西部港区的第二条通海航道,位于珠江口伶仃洋东部铜鼓岛至大濠岛西北海区,北接暗士顿水道,南连伶仃西航道,铜鼓航道工程按10万吨级集装箱船单向通航设计,航道全长22.57km,有效宽度210m,通航水深15.8m,设计底标高-15.8m(当地理论最低潮面)[4];西部港区公共航道工程按10万吨级集装箱船单向不乘潮通航设计,航道全长8.93km,有效宽度210m,通航水深15.8m,设计底标高-15.8m(当地理论最低潮面)[5];大铲湾码头(一期)是深圳市政府重大项目之一,位于珠江口东岸,宝安区的二线关外,水路南距香港20海里,北至广州40海里,陆路北距深圳宝安国际机场10km,于2005年3月经国家发展与改革委员会批准开发,码头可处理当今及将来可预见的最大型集装箱船。

项目范围自北至南长约35km,勘察面积73.5km2,项目总投资超300亿元。工程位置详见工程地理位置分布示意图(图1)。

 

1 工程地理位置分布示意图

Fig.1 Distribution map of project location

 

1  工程地质概况

拟建场地位于深圳市西部珠江口,地貌单元为大陆边缘浅海带,钻探时水深在4.47~18.02m间,钻孔孔位海底滩面标高为-3.49~-16.87m间,总体上呈南低北高,为缓坡状,航道海域为珠江外海口及深圳湾内海之过渡交界处。

海上航道区分布第四系全新统海积层(Q4m:浮泥、流泥、淤泥; 第四系全新统冲积层(Q4al+pl):粘土、淤泥质土、中砂、粗砂、粘土。

码头场地内分布人工填土(填石)层(Qml)、海相淤泥层(Q4m)、第四系上更新统冲洪积层(Q3al+pl)、场地下伏基岩为燕山期中粗粒花岗岩(γ53)。人工填土(填石)层成分差异大,厚度变化大,场地下伏基岩为燕山期细中粒花岗岩,受构造影响,风化带厚度大,基岩面起伏大,随着风化程度的递减其承载力逐渐提高,其中全风化岩中下部及强、中、微风化岩均为良好的桩端持力层。

拟建场地为海域,地下水与海水之间水力联系密切,地下水化学特征与海水基本一致。

2 勘探工作的难点

根据航道勘察线路范围大的特点,特别是对地下隆起暗礁或障碍物(海底天然气管线、国际通信电缆、电讯管线、供电管线、供水管线、人工废弃物、沉船等等不明物体)位置,应予查明,技术难度大。

航道勘察范围位于珠江口,无风三尺浪,海浪与暗流大,加上船只通过引起波浪,浪高水急,钻孔定位难度大;海上每天二次涨落潮,潮水位变化大,潮差随月圆、月缺形成高低变化,每天潮差、时差变化都不一样,海水水深变化大,潮差修正难度大。

暗礁及深水钻探,暗礁及深水区域是航道勘察又一难点,其原因为:海水深度5~15m,海水底为浮、流泥,其下即为凹凸不平的中等~微风化岩岩体,钻探时无法下套管;钻探时无导管导致无循环泥浆;海底暗流水急、加之船只通过引起波浪,钻探船不易稳定;

淤泥性土采取原状样困难。含水量w>150%为浮泥,85%<w≤150%为流泥,w≤85%为淤泥或淤泥质土。由于淤泥性土层厚度较大,按目前国际、国内原状样取土器,无法保证浮泥、流泥取样和分层。

码头填海造陆,填土成分复杂,淤泥厚度大,多为开山石回填。基岩风化强烈且基岩面起伏大;且地下水与海水联系密切。

整个项目涉及港口、航道疏浚工程、港池、辅建区、道路、口岸大楼等多个行业规范标准[6-7],根据港口工程、疏浚工程、市政工程、道路工程、工民建等相关规范要求,勘察要求全、精、广。

3 勘探技术创新

本次勘察工作不同于一般陆地勘察,为大面积海域及填海区勘察,地质条件复杂,拟建工程设计要求高,结合拟建工程特征,综合本次勘察工作重点和难点,勘察方法针对性强:对航道工程采取浅地层剖面、物探及钻探手段;对港区的港池、围堤区、吹填区、涵闸区分别采取钻探、各种原位测试方法;后方堆场、辅建区建(构)筑物对垂直和水平荷载及变形要求不同的特点,采取钻探和相应原位测试方法。

根据航道勘察线路范围大特点,特别是对地下隆起暗礁或障碍物(海底天然气管线、电讯管线、供电管线、人工废弃物、沉船等不明物体)位置应予查明,采取先从面到点,应用浅地层剖面法物探沿航道及两侧各100m布置3条纵剖面,查明沿线区域海底面异常范围,对有怀疑地段加密勘探剖面和增加其他物探方法进行验证,对自然地质体隆起增加钻孔数量进行验证。选线阶段工程物探所测天然气管道位置见图2。


 

 

2  CLMN18测线浅地层剖面显示的天然气管道

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

 


浅地层剖面仪利用回声测深的原理,接收阻抗不同的地层介面所反射的声脉冲讯号,并在记录纸上相应描绘出海底下数十米的松散沉积物的地层剖面图,用它与少量的钻孔资料相对比,综合分析可绘制出地层剖面图。浅地层剖面仪是一种连续走航自记的声学电子仪器,可以应用于海洋地质、水下工程地质勘察,航道地质勘测、疏浚和整治工程。浅地层剖面仪在当今已成为水下地质勘察必不可少的手段[3]

浅地层剖面探测仪器采用美国Datasonics公司生产的SBP-5000型浅地层剖面仪。为准确查明崖13-1海底天然气管线过伶仃洋道和暗士顿水道段位置,采用德国INNOMAR公司生产的Ses96参量浅层剖面仪进行了校核对比,同时增加使用美国Geomitrics公司生产的G880铯光泵磁力仪,进行磁力探测方法验证,该管线对航道线位比选方案起到决定性作用。

浅地层剖面识别了海底和其它四个反射界面和五套地震层序,本次勘察野外所获得的浅地层剖面是时间剖面,因此在实际应用时需进行时深转换,再从深度剖面上获取浅地层结构及埋深信息。为此,在资料解释过程中,参照了国内、外有关第四纪末固结沉积物的地震波传播速度模型、经验速度值,本项目选取1600m/s作为区内浅地层的层速度参数。经与区内钻孔资料对比,误差小于±0.5m。

浅地层剖面根据反射强度变化而反映的灰度差异和反射波形态特征,经过综合分析、研究、排除干扰因素和多解性等影响,消除假异常,结合钻孔资料,绘制了浅地层剖面地质解释图。

随着科技的发展,海上勘探定位手段也发生了革命性的变化,********基本取代传统光学仪器定位和无线电定位,定位的精度和速度也有了数量级的提高[8]。但勘察范围位于珠江口,无风三尺浪,海浪与暗流大,加上船只通过引起波浪,钻孔定位难度大,如果按常规只用海船********,抛锚后,钻探船随风浪漂移,等4至6个锚固定后,钻孔点平面误差大于10m以上。鉴于此本次勘察采用两套GPS定位系统,多次反复校核方法,确保钻孔孔位误差满足规范要求。

海上作业,每天2次涨落潮,潮差随月圆、缺形成高低变化,每天潮差、时差变化都不一样。设置多个潮差观测点,位于西乡码头边防哨所旁验潮站、大铲湾集装箱码头验潮站、香港赤腊角验潮站、赤湾验潮站等实时潮差观测,对钻探孔深进行修正。详见表1。

 


1  分层、取样、标贯等深度潮差修正表

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

 

孔号

船高

(m)

滩底

标高

(m)

潮高

(m)

分层

代号

分层

深度

(m)

修正

分层

深度

(m)

层底

标高

(m)

取样

顶深度

(m)

修正取样

顶深度

(m)

标贯底

深度

(m)

修正

标贯

底深度

(m)

标贯

击数

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难点,由于基底面为凹凸不平中等~微风化岩,水深5~15m,钻探无法下入套管定位,由于无循环泥浆,海底暗流水急、现行船只通过引起波浪对钻探摆动易断钻杆,无法钻进,本身钻探船自身存在摆动不易稳定,刚开始走了不小弯路,海底暗流使得钻探对位十分困难,一个地方开孔多个,起钻后无法再对到原孔位,我们攻关小组制造孔位导向固定器,并在套管段端部采取3个加重锤稳定底部,保证钻孔孔位。暗礁钻探施工示意图见下图3。

 

3 暗礁钻探施工示意图

Fig.3 Drilling construction in submerged reef

本次勘察采用了自行研制的加长原状软土限制球阀式取土器(见下图4),加长取土导管至5m,内置PVC薄壁管,采取浮、流泥样后卸开外管,将内管每隔1m切断、密封、包装,送实验室进行土工试验。该取土器我公司已申请了专利。

4 结论

1)拟建工程为大面积海域及滩涂填海区综合勘察,环境、地质条件复杂,设计要求高,勘察难度大。

2)为查明航道范围内不良地质现象的分布范围、发育程度、形成原因,对拟建场地的工程地质条件做出评价,并判断不良地质现象对航道工程建设施工的影响。深圳西部港航道工程勘察采取地质调查、工程测量、工程物探(浅地层剖面)、工程钻探等多种勘探方法,取得了真实可靠的第一手原始资料,报告中建议合理可行、为航道工程的顺利建设提供了有利的技术支撑和保障。

3)勘察方案合理、勘察技术领先、勘察成果丰富,为整个项目施工顺利按期完成,大大节省工程投资。

4)项目建成投产后,整个深圳港西部通航能力大大增加,满足10万吨级集装箱船单向通航。整个工程自2007年7月10日正式启用以来,运行良好。这些成绩取得实属不易。为增进内地与世界的联系具有重要的现实意义,对加快我国的改革开放,提高我国的进出口贸易也具有重要意义。该工程获得建设部2010年度全国优秀工程勘察设计奖金奖!

 

致谢 感谢深圳市勘察测绘院有限公司提供的大量宝贵资料,同时感谢丘建金博士和张旷成大师对本论文提供的宝贵意见,参加本次勘察的还有张文华、张先亮、万国治、张波等同志,在此一并感谢!


 

 

4加长原状软土限制球阀式取土器示意图

Fig.4 Extended undisturbed soft soil limited valve sampler


参考文献

 

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