金文良，韓志遠，李懷遠，謝華亮，楊 華

(1.深中通道管理中心，廣州 510600；2.交通運輸部天津水運工程科學研究所港口水工建筑技術國家工程實驗室 工程泥沙交通行業(yè)重點實驗室，天津 300456)

圖1 研究區(qū)域位置示意圖Fig.1 Sketch of study area

深圳至中山跨江通道工程(簡稱“深中通道工程”)采用東隧西橋方案，北距虎門大橋約30 km，南距港珠澳大橋約38 km。項目起于廣深沿江高速機場互通立交，在深圳機場南側跨越珠江口，在中山馬鞍島登陸，主體工程全長約24.0 km(見圖1)。深中通道通過深圳機場互通立交(東人工島)與廣深沿江高速銜接，以長約7 km海底隧道下穿東灘、機場支航道及礬石水道，通過西人工島實現(xiàn)隧橋轉換，以橋梁連續(xù)跨越礬石淺灘、伶仃水道、西灘和橫門東水道，通過橫門互通與中開高速對接。項目采用雙向八車道的技術標準，路基寬度41 m，設計時速100 km/h。深中通道海底隧道總長約7 km，兩端分設東西兩個人工島，東人工島位于深圳機場南側，呈半島型，西人工島位于伶仃水道與礬石水道之間的中灘上，隧道基槽槽底標高-38 m(當?shù)乩碚摶?，下?。

深中通道工程沉管隧道下穿東灘、機場支航道、礬石水道及礬石淺灘，所處礬石水道海域水文泥沙情況復雜，漲、落潮流強勁，且靠近珠江入海口門，因此隧道基槽的回淤問題是影響隧道設計與施工的關鍵問題等[1-3]。有鑒于此，2016年5月至2017年5月，在深中通道隧道基槽水域開展了試挖槽回淤監(jiān)測研究。深中通道試挖槽位于深中通道工程K9+994～K10+094處，處在礬石水道東側的東灘邊緣(見圖1)，水深介于-3～-6 m之間。試挖槽槽底長100 m，寬25 m，設計底標高為-18 m(理論基面)，北邊坡坡比為1:6與1:8，南邊坡坡比為1:5與1:7，東西側軸線方向取1:10，試挖槽周邊床面高程在-6～-4 m之間，開挖深度介于12～14 m之間。2016年5月31日試挖槽竣工驗收后，開展了為期一年的多波速水深測量、回淤盒觀測、水沙監(jiān)測、密度測量、底質取樣等工作。本文基于試挖槽為期一年的監(jiān)測資料[4-6]，研究了試挖槽回淤特征及水沙環(huán)境，探討了試挖槽回淤的原因。

1 試挖槽回淤特征

1.1 槽底回淤的季節(jié)變化

圖2 槽底各月淤厚及淤強變化Fig.2 Monthly changes of siltation in the trial dredged-trough

根據(jù)試挖槽竣工后2016年5月31日至2017年5月10日多次多波束水深測圖對比分析可知(見圖2)：

(1)2016年5月31日至2017年5月10日，試挖槽底部平均總淤厚約為3.21 m，平均淤強約為0.93 cm/d。其中2016年5月31日～9月25日期間平均總淤厚約為2.94 m，2016年9月25日～4月27日期間平均總淤厚約為0.14 m；2017年4月27日～2017年5月10日期間平均淤厚約為0.13 m。洪季回淤厚度明顯大于枯季。

(2)從回淤厚度逐月分布看，以2016年7～8月最大，其月回淤厚度在0.9～1.4 m之間；6月和9月次之，為0.2～0.4 m；2016年10月至2017年4月回淤厚度在-0.1～0.1 m之間，回淤很小。2016年6～9月的平均淤強為0.8～4.0 cm/d，平均淤強為2.5 cm/d，其中以8月最大(包含臺風影響)；2016年10月至2017年4月的平均淤強僅為0.07 cm/d。試挖槽回淤呈現(xiàn)洪季明顯較大、枯季明顯較小的變化特點。

1.2 槽底回淤隨潮型變化

根據(jù)試挖槽內2016年7月8～23日和8月6～21日兩次回淤盒觀測結果分析(見圖3)：

(1)第1次回淤盒觀測期間的總淤厚為0.50 m，平均淤強為3.3 cm/d。其中7月8～15日平均淤強為1.1 cm/d，7月15～23日期間的平均淤強為5.3 cm/d。觀測期間的最大淤強為9.0 cm/d，出現(xiàn)于7月20～23日期間，處在大潮向中潮過渡時段；最小淤強為0.4 cm/d，出現(xiàn)于7月11～15日期間，處在小潮時段；7月15～20日淤強為3.8 cm/d，處在中潮向大潮過渡時段。

圖3 回淤盒觀測的回淤厚度及淤強Fig.3 Siltation changes in the trial dredged-trough by using silting box

(2)第2次回淤盒觀測期間的總淤厚為0.33 m，平均淤強為2.2 cm/d。其中8月6～17日和17～21日期間的平均淤強分別為1.2 cm/d和5.2 cm/d；觀測期間的最大淤強為5.2 cm/d，出現(xiàn)于8月17～21日，處在大潮時段；最小淤強為0.3 cm/d，出現(xiàn)于8月9～15日，處在小潮時段。

(3)兩次回淤盒觀測結果都反映出試挖槽淤積與潮型(或流速)變化密切相關。大潮時淤強基本在3～5 cm/d之間，中小潮時平均淤強約為1 cm/d。7月20～23日試挖槽底出現(xiàn)了異常強淤積，與該時段大潮期間回淤較大有關，再加上北邊坡淤積物滑落較多，導致槽內出現(xiàn)異常強淤積。

1.3 試挖槽回淤平面分布

試挖槽2016年5月31日～2017年5月10日期間不同時段地形沖淤分布特征如下(見圖4)。

2016年5月31日～6月30日淤積2016年6月30日～7月28日淤積2016年7月28日～8月3日淤積

2016年8月3～21日淤積2016年8月21日～9月25日淤積2016年9月25日～11月15日淤積

2016年11月15日～2017年2月22日淤積2017年2月22日～5月10日淤積圖4 試挖槽不同時段回淤平面分布Fig.4 Siltation distribution in the trial dredged-trough

(1)2016年5月31日～6月30日期間，槽底、北邊坡和東邊坡普遍淤積，淤厚0.2～0.8 m，北邊坡淤積厚度大于底部；南邊坡和西邊坡-12 m以下淤厚0.2～0.4 m，而-12 m以上略有沖刷。試挖槽邊坡和槽底淤積分布均呈北部大于南部、東部大于西部的特點。

(2)2016年6月30日～7月28日期間，槽底淤厚達0.6～1 m，呈北部大于南部的特點；各個邊坡整體呈淤積狀態(tài)，淤積厚度在0.2～0.6 m之間，其中以東邊坡最大。槽外灘面地形保持穩(wěn)定。

(3)2016年7月28日～8月3日期間，槽底淤厚0.4～1.0 m，北邊坡和西邊坡整體呈小幅淤積狀態(tài)，南邊坡和東邊坡整體沖刷狀態(tài)，東邊坡-10～-16 m之間局部水域沖刷幅度在0.2～1.0 m之間。槽外灘面地形保持穩(wěn)定。這段時間槽底出現(xiàn)大幅淤積與8月2日臺風“妮妲”過境影響有關。

(4)2016年8月3日～8月21日期間，槽底淤厚0.2～0.8 m，呈現(xiàn)東部大于西部的特點；北邊坡和東邊坡下半部呈明顯淤積，淤厚0.2～0.6 m；東邊坡上半部變化不大，南邊坡和西邊坡整體呈沖刷狀態(tài)。2016年8月21日～9月25日期間，槽底淤厚0.4～0.6 m。邊坡淤積幅度整體在0.2 m以下，北邊坡略大。

(5)2016年9月25日～11月15日期間，東、南邊坡呈沖刷狀態(tài)，沖刷幅度在0～0.5 m之間，北邊坡和西邊坡變化不大；槽底基本不淤積，槽外灘面地形保持穩(wěn)定。2016年11月15日～2017年2月22日期間，北邊坡-14 m線以下淤積厚度在0.2～0.4 m之間，東、西邊坡和南邊坡淤積較?。徊鄣子俸?.1～0.2 m。2017年2月22日～5月10日期間，北邊坡淤厚在0～0.2 m之間，東、西邊坡和南邊坡淤積較小；槽底淤厚0～0.2 m，槽外灘面地形保持穩(wěn)定。

總的來看，試挖槽邊坡和槽底淤積分布整體呈北部和東部大、南部和西部小的分布特點，同時，試挖槽外灘面地形保持穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)明顯的沖淤變化。

1.4 試挖槽回淤物特征

根據(jù)2016年6月、8月、11月和2017年4月試挖槽內底質取樣結果分析。

(1)2016年6月，槽內回淤物主要為粉砂質粘土和粘土質粉砂，中值粒徑平均值為0.006 2 mm，粘土含量平均值為44.9%。2016年8月，槽內回淤物質主要為粘土質粉砂和粉砂質粘土，中值粒徑平均值為0.006 6 mm，粘土含量平均值為32.2%。

(2)2016年11月，槽內回淤物質主要為粘土質粉砂和粉砂質粘土，中值粒徑平均值為0.005 3 mm，粘土含量平均值為38.4%。2017年4月，槽內回淤物質主要為粉砂質粘土，中值粒徑平均值為0.004 6 mm，粘土含量平均值為61.0%。

(3)試挖槽4次底質取樣結果顯示，試挖槽內回淤物質主要為粘土質粉砂和粉砂質粘土，平均中值粒徑約為0.006 mm，洪季略粗于枯季。

1.5 槽內淤泥密度特征

根據(jù)試挖槽2016年6月3次、8月2次、9月1次、10月1次、11月3次、2017年1月1次、2月1次和4月1次共計13次密度測量結果統(tǒng)計可知：

(1)試挖槽內密度1.05～1.20 kg/L之間的平均浮泥厚度，6月3次測量結果為0.37～0.38 m，8月及9月3次測量結果在0.59～0.98 m之間，10月1次為0.29 m，11月至翌年4月6次測量結果在0.09～0.18 m之間；試挖槽內密度大于1.20 kg/L的平均淤泥厚度，6月3次及8月6日測量結果為0.16～0.31 m，8月21日以后9次測量結果在0.71～1.74 m之間。這顯示洪季及臺風期浮泥層較厚，枯季回淤物質逐漸密實，浮泥層較薄。

(2)洪季時試挖槽內浮泥層整體較厚，而枯季時浮泥層較薄，這與洪季淤積較多而枯季淤積較少有關。

圖5 固定站日平均底部含沙量過程線Fig.5 Daily-averaged bottom SSC of fixed survey station

2 討論

2.1 水動力條件對回淤的影響

試挖槽2016年6月21～22日大潮ADCP走航斷面流速測量結果分析可知(見圖5)

(1)試挖槽水域漲、落潮主流向，漲潮基本為NNW-N向，落潮基本為S-SSE向。其中表層流呈現(xiàn)明顯的往復流特征，試挖槽內底部則有明顯的橫流。表層漲潮平均流速基本在0.2～0.4 m/s之間，落潮平均流速基本在0.4～0.7 m/s之間；底部漲潮平均流速基本在0.1～0.5 m/s之間，落潮平均流速在0.1～0.6 m/s之間。

(2)試挖槽內底部流速明顯小于其南北兩側邊坡及槽外邊灘水域，槽底漲落潮平均流速在0.1～0.2 m/s之間。試挖槽底部流速小且存在明顯的橫流是試挖槽內泥沙回淤較多的水動力條件。

2.2 洪水和臺風的影響

(1)洪水對試挖槽回淤的影響。

珠江2016年6月最大流量約為4萬m3/s，7～8月最大流量約為1.5～2.5萬m3/s，9～10最大流量分別為1～1.5萬m3/s。11月至翌年2月，珠江流量基本在0.5～1.0萬m3/s之間。因此，試挖槽內洪季淤積較大與洪季上游來水來沙量較大有關，枯季基本不淤與枯季來水來沙量少有關。

(2)臺風對試挖槽回淤的影響。

臺風對試挖槽回淤也有顯著的影響，2016年8月2日第4號臺風“妮妲”過境本區(qū)，中心最大風力達11級，造成了試挖槽較強淤積。根據(jù)臺風前后7月28日～8月3日兩次測圖對比，試挖槽底平均淤厚約為0.68 m，平均淤強達11.3 cm/d。試挖槽底部回淤平面分布呈南部大于北部的特點，北邊坡和西邊坡整體呈小幅淤積狀態(tài)，南邊坡和東邊坡整體沖刷狀態(tài)，東邊坡-10～-16 m水深之間局部水域沖刷幅度在0.2～1.0 m之間。臺風過境期間，試挖槽外灘面地形保持穩(wěn)定，試挖槽底部回淤較重主要與東邊坡回淤泥沙滑落有關。

2.3 試挖槽水域的含沙量特征

根據(jù)試挖槽上、下游500 m處1#(上游)和2#(下游)2個固定站(位置見圖1)2016年6～7月、8月及11月實測含沙量資料進行分析可知(見圖5)。

(1)1#和2#固定站底部平均含沙量，6～7月分別為0.1 kg/m3和0.08 kg/m3，8月分別為0.05 kg/m3和0.04 kg/m3，11月為0.03 kg/m3左右。8月和11月小潮時含沙量差異不大，但大潮時8月明顯大于11月。洪季含沙量較大，枯季含沙量較小。

(2)2016年6～7月1#和2#站底部含沙量均較大，且上游(1#)大于下游(2#)，這與監(jiān)測期間大洪水影響有關。8月和11月底部含沙量，兩站小潮時差異不大，大潮時1#站明顯大于2#站。

(3)1#和2#固定站底部日平均含沙量，洪季大潮時為0.1～0.4 kg/m3，小潮時有大洪水時可達0.1 kg/m3、沒有大洪水時在0.03 kg/m3以下；枯季大潮時為0.05～0.08 kg/m3，小潮時在0.03 kg/m3以下。試挖槽水域含沙量呈現(xiàn)大潮-中潮-小潮逐漸降低的變化特點。

(4)工程海域懸沙平均中值粒徑約為0.006 mm，懸沙物質主要為粘土質粉砂和粉砂質粘土[4]。槽內回淤物質與懸沙物質基本一致，這說明試挖槽回淤形式以懸沙落淤為主。

2.4 試挖槽回淤原因分析

根據(jù)試挖槽水域的水沙環(huán)境及試挖槽淤積特征進行綜合分析可知：

(1)洪季(6～9月)上游來沙量大、試挖槽水域水體含沙量較高，回淤量較大；枯季上游來沙量小，試挖槽水域水體含沙量低、回淤量較小。這說明珠江上游來沙對試挖槽水域含沙量變化有影響，但槽內淤強峰值出現(xiàn)時段與珠江大洪水出現(xiàn)的時段并不一致。

(2)洪、枯季試挖槽上游含沙量均大于下游，試挖槽邊坡及槽底淤積均有北部大、南部小的分布特點，這說明試挖槽回淤泥沙主要來源于上游方向。

(3)試挖槽水域底部含沙量有隨大潮-中潮-小潮逐漸減小的變化特點。試挖槽淤積強度隨大潮-中潮-小潮逐漸減小的變化趨勢與含沙量變化特點基本一致，槽內淤積物與懸沙物質及周邊灘槽細顆粒泥沙基本相同，這說明試挖槽淤積的泥沙主要為隨潮流搬運輸移的泥沙，試挖槽槽內淤積形式以懸沙落淤為主。

由此可見，試挖槽回淤泥沙主要來源于上游方向，槽內淤積形式以懸沙落淤為主。

3 結論

根據(jù)深中通道將近一年的回淤觀測資料進行分析，得出主要結論如下：

(1)試挖槽底部平均總淤厚3.21 m，呈現(xiàn)洪季明顯較大、枯季明顯較小的變化特點。

(2)試挖槽邊坡和槽底淤積分布整體呈北部和東部大、南部和西部小的分布特點。試挖槽外灘面地形保持穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)明顯的沖淤變化。

(3)試挖槽回淤強度呈大潮-中潮-小潮逐漸減小的變化特點，與試挖槽水域底部含沙量隨大潮-中潮-小潮逐漸降低的變化趨勢基本一致。

(4)試挖槽槽內淤積物與懸沙物質及周邊灘槽細顆粒泥沙基本相同，試挖槽淤積的泥沙主要為隨潮流搬運輸移的泥沙，上游方向泥沙的影響大于下游方向。試挖槽槽內淤積形式以懸沙落淤為主。