港珠澳大橋島隧工程綜述

港珠澳大橋島隧工程綜述

1跨海連通段的工程香港珠澳大橋項目橫跨珠江口年輕的大海。這是連接香港、珠海和澳門的重要海上航線。工程范圍包括海中橋隧工程,香港、珠海和澳門三地口岸人工島,以及香港、珠海、澳門三地連接線。工程總長49.968km,其中主體大橋工程全長約29.6km,海底隧道長約6km,海中部分采用橋隧組合方式。港珠澳大橋建成后將成為世界最長的跨海連線工程(見圖1)。大橋及島隧工程以公路橋隧的形式連接香港、珠海和澳門,以6車道高速公路標準建設,設計時速為100km。工程建成通車后,從香港到珠海的車行時間將由目前的約3h縮減至約0.5h。工程總體投資超過700億元,其中海中橋隧工程約327億元,島隧工程約133.5億元。工程設計使用年限為120年。工程于2009年12月15日項目開工建設,2010年對島隧工程進行總體招投標,目標是2016年底全線通車。為確保該特大工程順利實施,業(yè)主將6.7km的沉管隧道和兩座海中人工島整體打包,采用設計施工總承包方式進行招標,最終以中國交通建設股份有限公司為牽頭單位的聯合體以技術和商務總分最優(yōu)中標。聯合體分設計團隊和施工團隊兩部分,設計團隊成員為:中交公路規(guī)劃設計院有限公司,上海市隧道工程軌道交通設計研究院,中交第四航務工程勘察設計院有限公司,COWIA/S(丹麥COWI國際咨詢公司);施工團隊成員為:中國交通建設股份有限公司,上海城建(集團)公司,AECOMAsiaCompanyLtd.(艾奕康有限公司)。2管頂部下沉設計1)島隧工程包括長625m的東、西人工島和5664m長的海中沉管隧道。沉管隧道隧址沿線的最大水下深度超過45m?？紤]到遠期30萬t規(guī)劃航道疏浚的要求,沉管頂部最大埋深超過20m(見圖2)。2)預制沉管節(jié)共分33節(jié)管節(jié)(E1~E33)(見表1),最終接頭設置于E29和E30之間,長度為采用水下止水板方式施工3)橫斷面采用2孔1管廊形式,寬37.95m、高11.40m;標準管節(jié)由8個長22.5m的節(jié)段組成(見圖3),節(jié)段間采用柔性連接。施工期間,通過張拉縱向臨時預應力索,將8個節(jié)段連接成一個整體管節(jié)防水采用混凝土自防水,抗?jié)B等級P12。為確保管節(jié)預制質量和控裂效果,每個22.5m的節(jié)段采用全斷面一次澆筑工藝。3管節(jié)浮運沉放難點分析1)工程處于伶仃洋外海,島隧工程所處的海域附近受熱帶氣旋、強雷暴等惡劣天氣影響大;工程處于白海豚核心保護區(qū);施工海域的水上交通繁忙。2)與常規(guī)沉管法隧道相比,該工程具有管節(jié)數量多、埋置深度大、基槽浚挖量大、受惡劣氣象條件影響大、航運組織和環(huán)境保護要求高等特點。3)工程總體規(guī)模宏大,海象、地質與環(huán)境條件復雜;且施工工期緊迫,綜合技術難度與風險為世界罕有。(1)管節(jié)預制難度高,采用自防水全斷面預制工藝。管節(jié)的早期裂縫控制、預制尺寸精度、鋼端殼安裝精度,以及混凝土重度控制等技術要求高。(2)水文氣象條件復雜。全部33節(jié)管節(jié)的浮運安裝,需要經歷多個臺風季節(jié);施工水域水流受人工島和基槽施工的影響,流態(tài)復雜。在整個管節(jié)沉放過程中,需對氣象窗口進行精確的分析和準確的預測、預報。(3)施工作業(yè)環(huán)境差。島隧工程施工區(qū)航道交叉,屬于航道運輸最繁忙水域之一,也是水上交通安全事故頻發(fā)的敏感區(qū)域。管節(jié)浮運沉放期間,需精心組織臨時海上交通,確保施工期間的航運暢通。(4)管節(jié)浮運沉放技術難點多。如在惡劣氣象、復雜水流和航運條件下的管節(jié)浮運;深水條件水下測量定位、管節(jié)沉放及定位調整;管節(jié)安裝軸線精度控制等。(5)施工工期具有挑戰(zhàn)性。與國內外類似工程相比,該工程沉管段隧道的總體工期十分緊迫,全部管節(jié)在3年內完成沉放、安裝,具有很大的挑戰(zhàn)性。4新建技術的應用針對上述工程難點,在整個隧道管節(jié)制作、浮運及沉放定位作業(yè)中,將在對施工方案優(yōu)化的基礎上采用一系列新的施工工藝和工法。4.1工廠化干重系統(tǒng)1)每節(jié)管節(jié)由8個節(jié)段組成。節(jié)段在廠房內的生產線上不間斷地生產,初步養(yǎng)護后,向前頂進;然后繼續(xù)制作后續(xù)節(jié)段,全部8個節(jié)段生產完成后通過預應力鎖張拉連成一整體(見圖4)。工廠化干塢可以更好地控制混凝土的澆筑質量。建設干塢工作量較少,首次應用于厄勒海峽連接線工程。2)工廠化生產干塢建設分為生產廠房、管節(jié)滑行區(qū)、管節(jié)臨時寄放區(qū)3大部分(見圖5)。(1)生產廠房用于將預制鋼筋網片的拼裝和管節(jié)澆筑、養(yǎng)護。(2)管節(jié)滑行區(qū)用于將已制作完成的節(jié)段推進滑行。節(jié)段下方設置滑行梁,上部采用多點千斤頂系統(tǒng)和減摩墊層,控制差異沉降量,減少摩擦阻力,確保節(jié)段滑行時結構不產生有害裂縫。(3)管節(jié)臨時寄放區(qū)用于臨時寄放已經完成養(yǎng)護并完成一次舾裝的管節(jié)。該區(qū)域可建于干塢出?？?減少干塢開挖工作量。4.2基床面浮泥層基槽總長5664m,底寬41.95m,底標高-16.0~-45.0m?；坶_挖包括粗挖、精挖及清淤。1)粗挖是開挖自然泥面至離設計底標高約2m間的泥層,選用1萬m3以上耙吸船承擔粗挖施工,耙吸船應具有動力定位及動力跟蹤的功能。2)精挖是開挖粗挖完成后至設計底標高間的泥層,選用具有定深和平挖功能的大型抓斗挖泥船(見圖6),可減少底部擾動和浮泥產生。3)清淤是清除粗挖結束后至精挖前基槽淤積的泥沙,以及精挖后基槽底和基床面回淤的浮泥層。選用專用清淤船進行清淤,確保沉放時水容重的變化控制在要求范圍之內。4.3隧道基礎處理1)沉管隧道的基礎處理方法,以消滅不規(guī)則空隙為目的,可分為先鋪法(在管段沉設之前,先鋪好砂、石墊層)和后填法(先將管段沉設在預置在溝槽底上的臨時支座上,隨后再補填墊實)。2)為減少外海沉放作業(yè)時間,隧道基礎的處理方法擬采用碎石刮鋪法的基礎墊層。碎石刮鋪基礎采用專用設備進行施工(見圖7)。(1)該設備固定于打入海底的4根管樁,憑借船上的桁車移動和填料刮鋪筒進行碎石刮鋪施工。(2)刮鋪船使用GPS定位,定位精度約10cm,由于刮鋪范圍要超出管節(jié)寬度3~5m,刮鋪移動速度為1m/min,故該設備實際刮鋪施工精度可達到±25~±40mm。(3)填料刮鋪筒出料口前后設有超聲波探測裝置,可詳細了解到碎石刮鋪狀態(tài)及偏差,并實時反映到中控室。刮鋪筒的填料口可以根據船體標高靈活調整,其深度也可根據不同需要靈活調整。4.4管節(jié)無波浪變形控制1)管節(jié)體外定位系統(tǒng)由2個“門”形框架組成,分別安裝在管節(jié)的接頭端和尾端,框架與管節(jié)上的起重吊耳相連接。2)當隧道管節(jié)放置到基礎上后,體外定位系統(tǒng)將投入使用。當移動隧道管節(jié)時,接頭端和尾端兩側體外定位系統(tǒng)底座將提供支撐,并確保管節(jié)不會因為水流和波浪產生側向位移。在輕微提升管節(jié)時,體外定位系統(tǒng)底座將依靠下部的碎石基礎提供地基反力。3)當管節(jié)被提升后,可以在減少管節(jié)底部摩擦的情況下調整管節(jié),管節(jié)向前移動則由安裝在管節(jié)頂部的拉合千斤頂控制(見圖8);管節(jié)尾端橫向位置由安裝在底座上的橫向千斤頂調整(見圖9)。4)定位系統(tǒng)具有如下優(yōu)點:管節(jié)結構無需額外開孔;可反復使用;坐底沉放和水力壓接全過程減少管節(jié)受水流波浪影響,可以在沉放駁上遙控實施千斤頂伸縮,安全高效;水力壓接完成后,可以對管節(jié)的尾端進行精確調整定位。4.5浮運設計方案1)管節(jié)的浮運將采用拖輪拖帶的方式,結合工程實際情況,采用縱拖和橫拖相結合的浮運方案。2)選用穩(wěn)定性和可控性較好的雙駁扛吊法進行管節(jié)沉放安裝。使用管節(jié)外部定位系統(tǒng)及選用沉管水下測量定位系統(tǒng)可以實現管節(jié)水下高精度測量定位。5島鯉隧道以下簡稱港珠澳大橋島鯉工程,根據系沉管隧道長度一般在2km左右,常用于內河。隨著隧道施工技術的發(fā)展,外海沉管隧道的施工取得了突破性的進展。如連接歐亞大陸的土耳其馬爾馬拉海海峽隧道已于2010年4月貫通,該矩形復合結構鐵路隧道長1387m,由11段管段組成;高8.6m,寬15.3m;結構底部深度-60m,為世界第一。該隧道利用泥水盾構完成了岸邊段與海中沉管隧道的對接。又如2010年底投入運營的韓國釜山-巨濟連線隧道為矩形混凝土公路隧道,長3240m,共有18段管段,高9.97m,寬26.46m,結構底部深度為-50m。連接丹麥和德國之間長達19km的公鐵連線FEMERN隧道計劃于2018年完成。作為我國隧道建設史上投資最高、施工難度最大的港珠澳大橋工程是我國繼三峽工程、青藏鐵路、南水北