吳鳳亮，李家林，李金峰

（1.中交第一航務(wù)工程局有限公司，天津 300461；2.中交一航局第二工程有限公司，山東 青島 266071）

0 引言

針對港珠澳大橋沉管隧道最終接頭水下合龍焊接施工環(huán)境復(fù)雜、空間狹小、工作量大、施工難度高、施工周期超短這一超級難題，為使現(xiàn)場施工各項工作能夠保質(zhì)、保量、按時完成，在上海振華重工南通重型裝備制造基地進(jìn)行最終接頭現(xiàn)場合龍施工的模擬演練工作。

1 演練必要性

1）最終接頭的現(xiàn)場合龍施工是整個沉管隧道工程中施工風(fēng)險最大、難度最高的工程[1-2]。施工作業(yè)環(huán)境處于GINA止水帶的臨時止水狀態(tài)下，未有相關(guān)施工經(jīng)驗，必須通過模擬演練形成安全保障機(jī)制、提高現(xiàn)場施工效率，降低施工風(fēng)險。

2） 鋼接頭箱體內(nèi)部作業(yè)受到嚴(yán)重的空間限制，施工人員長時間處于非常狹小的空間中施工，必須通過演練，掌握施工人員的適應(yīng)能力和承受能力，并解決在狹小空間內(nèi)作業(yè)工效難題、施工安全問題及交叉作業(yè)問題等。

3）HSE管理與保障難度非常大。最終接頭兩側(cè)結(jié)合腔內(nèi)面臨通風(fēng)差、濕度高、封閉箱體內(nèi)作業(yè)、高空作業(yè)、立體交叉作業(yè)、長時間輪班作業(yè)都給HSE現(xiàn)場管理帶來前所未有的挑戰(zhàn)。

4）現(xiàn)場焊接工作量巨大，焊縫總長度超過2 000 m，全部為熔透焊，必須通過UT/MT探傷檢測，施工難度非常高，特別是仰焊和立焊作業(yè)返修風(fēng)險極大。必須經(jīng)過演練找出最可行、最合適、風(fēng)險最小的焊接施工工藝，提高一次合格率。

5）鋼接頭接合腔內(nèi)運輸連接板數(shù)量多，且在狹小空間內(nèi)運輸受到很大限制，同時需將施工工具、設(shè)備、HSE等大量物資運輸至結(jié)合腔內(nèi)，而起重設(shè)備無法穿越封門人孔，只能依靠人力搬運。為保證工效，降低人員勞動強(qiáng)度，提高施工安全系數(shù)，必須進(jìn)行模擬演練。

6） 考慮到鋼接頭內(nèi)部合龍作業(yè)過程中的通風(fēng)、職業(yè)健康及安全保障風(fēng)險極大，而且由于工程總工期的局限，對施工效率的期望值非常高。必須通過演練分析、方案比選和評價，優(yōu)化施工工效，形成最佳方案。

2 演練目的

為應(yīng)對最終接頭水下合龍焊接施工難題，對施工方案進(jìn)行演練、驗證和優(yōu)化，以確保港珠澳大橋島隧工程安全、環(huán)保、高效完成。

1）模擬施工現(xiàn)場實際作業(yè)環(huán)境，通過演練驗證各項HSE措施的可行性與可靠性，發(fā)現(xiàn)并修正HSE應(yīng)急預(yù)案的操作性和執(zhí)行程序中的缺陷，保持預(yù)案的科學(xué)性和有效性。

2）驗證鋼接頭現(xiàn)場焊接施工方案的可行性，在演練施工過程中不斷優(yōu)化施工方案。

3）研究實現(xiàn)“超短周期完成鋼接頭焊接”工效目標(biāo)，通過多方案專項焊接演練，選擇最可行、最高效方案。

4）實現(xiàn)培訓(xùn)。讓每一位進(jìn)入接合腔內(nèi)進(jìn)行鋼接頭焊接的施工人員熟悉施工環(huán)境、工作內(nèi)容和工作要求，做到專人專事、職責(zé)分明；做到演練內(nèi)容與實際情況完全相同，確保每位施工人員在正式作業(yè)時有條不紊地完成鋼接頭的焊接作業(yè)。

5）驗證施工過程中人、機(jī)、料、法、環(huán)等要素正確性、合理性，演練完成后進(jìn)行分析、總結(jié)、評價及完善，確保最終接頭現(xiàn)場對接施工能順利完成。

3 演練模型

3.1 模型設(shè)計

1）模型設(shè)計滿足演練目的，能夠充分還原現(xiàn)場施工環(huán)境和作業(yè)狀態(tài)。

2）從結(jié)構(gòu)形式上分析，最終接頭截面形狀成“回”字形，且結(jié)構(gòu)對稱。

3）施工人員和相應(yīng)設(shè)施、機(jī)具主要集中在鋼接頭內(nèi)、外圈對接區(qū)域。

4）模型設(shè)計形式盡可能簡約，便于模擬演練前的短周期制備。

綜合考慮上述因素，以最終接頭與管節(jié)鋼帽對接區(qū)域為藍(lán)本[3]，選取鋼接頭1/3結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行等比例設(shè)計；同時在確保順利模擬現(xiàn)場合龍全流程施工的前提下，對鋼接頭模型的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了適當(dāng)簡化，如圖1所示。

圖1 演練模型Fig.1 Exercise model

3.2 模型結(jié)構(gòu)

為保證本演練能夠真實體現(xiàn)現(xiàn)場實際作業(yè)，演練模型采用1∶1比例制作成最終接頭橫斷面尺寸的2/3，長度25 m，立面高度11.4 m，寬度4 m，總重約160 t。本體主要由頂部結(jié)構(gòu)、側(cè)墻結(jié)構(gòu)、底部結(jié)構(gòu)、中墻、封墻及端封門組成，形成近似于鋼接頭實物2/3的模擬段。其中，頂部結(jié)構(gòu)、側(cè)墻結(jié)構(gòu)和底部結(jié)構(gòu)均采用箱體結(jié)構(gòu)的設(shè)計形式，材質(zhì)均為Q235；封墻和端封門采用板件附帶加勁肋的設(shè)計形式，加勁肋采用槽鋼和角鋼，材質(zhì)亦為Q235。

為確保演練效果的真實性，模擬設(shè)計了部分頂推小梁支撐和調(diào)節(jié)防撞結(jié)構(gòu)。

4 演練策劃

結(jié)合PDCA循環(huán)改進(jìn)機(jī)制，將演練方案實施總體路線設(shè)定為：制定方案→方案演練并優(yōu)化→優(yōu)化后方案再演練。

通過演練和持續(xù)改進(jìn)機(jī)制對方案進(jìn)行優(yōu)化并最終固化，確保在現(xiàn)場惡劣環(huán)境條件下可以安全、高效、保質(zhì)保量的完成最終接頭的現(xiàn)場合龍任務(wù)。

最終接頭箱體內(nèi)的作業(yè)人員布局及焊接順序如圖2所示。

圖2 作業(yè)人員布局及焊接順序示意圖Fig.2 Workforce layout and welding order

5 演練內(nèi)容

5.1 演練實施階段

1）單項演練階段。通過多種方法分別論證每一分項工作在狹小空間內(nèi)的可操作性和相應(yīng)工效，分析、比選出單項最佳方案。演練內(nèi)容包括施工全流程中的清理準(zhǔn)備、工裝解綁及拆除、連接件搬運及裝配、連接件測量與余量配切[4-5]、全位置焊接及檢測、HSE管理與保障措施等各項工作。

2）綜合優(yōu)化演練階段。主要模擬在既定施工流程、工效時間以及HSE組織要求下，驗證各項施工交叉作業(yè)、穿插工序間相互配合默契程度；驗證現(xiàn)場施工組織可行性；評估24 h連續(xù)作業(yè)情況下施工班次合理性，以及夜間施工人員的工作狀態(tài)；對各項施工環(huán)節(jié)進(jìn)行同步改善和優(yōu)化，形成一整套可行、高效的施工方案。

3）系統(tǒng)培訓(xùn)演練。根據(jù)綜合優(yōu)化演練后總結(jié)出的詳細(xì)施工步驟，組織施工人員進(jìn)行系統(tǒng)培訓(xùn)演練。通過系統(tǒng)培訓(xùn)強(qiáng)化各工種施工人員作業(yè)水平、操作熟練度及安全意識；固化各項作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、操作流程和動作要素。通過專項考核機(jī)制確保全體人員從安全、質(zhì)量、工效、施工組織等多方面達(dá)到演練預(yù)期要求，最終確立鋼接頭現(xiàn)場對接施工標(biāo)準(zhǔn)和專項機(jī)制。

4）總體實戰(zhàn)演練。在系統(tǒng)培訓(xùn)演練完成后，臨近鋼接頭實物現(xiàn)場施工之前開展實施。根據(jù)固化后的施工流程、作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和工效，設(shè)計、組織一次全流程、全員參與的現(xiàn)場模擬實戰(zhàn)演練，系統(tǒng)驗證各項施工組織、HSE保障措施及應(yīng)急預(yù)案的可靠性。

5.2 演練內(nèi)容

1）單項演練分類及演練內(nèi)容、演練目標(biāo)如表1所示。

表1 單項演練分類Table 1 Individual exercise categories

2） 綜合優(yōu)化演練

將單項演練階段中各項環(huán)節(jié)的最佳施工方案進(jìn)行組合后，按照全流程施工步驟進(jìn)行一次或多次完整的全過程演練。

3） 系統(tǒng)培訓(xùn)演練

包括單項演練、綜合演練過程中總結(jié)制定出的各項優(yōu)化措施、操作步驟、作業(yè)方法、施工流程等要素。針對這些培訓(xùn)要素，通過制定考核評定機(jī)制，判斷各類施工人員的作業(yè)水平和現(xiàn)場施工素養(yǎng)。

4） 總體實戰(zhàn)演練

在綜合演練、系統(tǒng)培訓(xùn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合超短周期完成最終接頭現(xiàn)場合龍施工的目標(biāo)要求，經(jīng)過精心策劃后進(jìn)行一次或多次全流程和全員參與演練。所有赴現(xiàn)場進(jìn)行最終接頭安裝施工的管理人員、作業(yè)人員、檢驗人員、后勤保障人員、醫(yī)護(hù)人員等都應(yīng)參與到總體演練中。

6 演練評價與總結(jié)

6.1 演練評價

為確定演練是否達(dá)到既定目標(biāo)和要求，以及評價各項應(yīng)急組織指揮人員、應(yīng)急響應(yīng)人員完成任務(wù)的能力，在演練覆蓋區(qū)域的關(guān)鍵地點和各參演應(yīng)急組織的關(guān)鍵崗位上，派駐公正的評價人員，全面、正確地評價演練效果。

評價人員主要是觀察演練的進(jìn)程，記錄演習(xí)人員采取的每一項關(guān)鍵行動及其實施時間，訪談演習(xí)人員，要求參演組織提供文字材料，評價參演組織和演習(xí)人員的表現(xiàn)并反饋演習(xí)發(fā)現(xiàn)。

按對人員生命安全、施工的影響程度將演習(xí)發(fā)現(xiàn)劃分為3個等級，從高到低分別為不足項（B）、整改項（Z）和改進(jìn)項（G）。

6.2 演練總結(jié)

根據(jù)評價人員在演練過程中收集和整理的資料，以及從演練人員和總結(jié)會中獲得的信息編寫成演練總結(jié)報告。確定導(dǎo)致某問題的根本原因、糾正方法、糾正措施及完成時間，對演練中的不足項和整改項的糾正過程實施追蹤，監(jiān)督檢查糾正措施的進(jìn)展情況。

對演練過程中出現(xiàn)的人員組織問題，安全措施問題、工藝方案問題進(jìn)行總結(jié)、分析，優(yōu)化演練方案，組織進(jìn)行二次演練。通過不斷的演練、不斷的方案優(yōu)化制定最終的實施方案，確保在現(xiàn)場惡劣環(huán)境條件下可以安全、高效、保質(zhì)保量的完成鋼接頭的焊接任務(wù)。

7 結(jié)語

港珠澳大橋沉管隧道最終接頭水下合龍焊接施工演練是港航施工領(lǐng)域史無前例的一次偉大創(chuàng)舉，按照演練人員即為參戰(zhàn)人員和定點、定人、定崗、定時、定編（鋼接頭編號）原則，全員覆蓋，歷時3個月，嚴(yán)格考核，優(yōu)勝劣汰，遴選出200余名優(yōu)秀的焊接施工和管理人員參加水下施工，為港珠澳大橋島隧工程的順利貫通奠定了堅實的基礎(chǔ)。