港珠澳大橋沉管隧道工程施工過程

何祥榮 韋小丹

【摘 要】港珠澳大橋作為當(dāng)前我國(guó)交通領(lǐng)域建設(shè)的世界級(jí)的跨海通道，有不少技術(shù)是國(guó)內(nèi)甚至是世界首次應(yīng)用的：海底隧道工程為我國(guó)第一條在外海修建的海底沉管隧道，沉管隧道水下埋深達(dá)45m，沉管隧道長(zhǎng)度及規(guī)模居世界之首；橋隧人工島為我國(guó)第一次修建的外海離岸人工島，島體規(guī)模和難度為世界級(jí)，場(chǎng)區(qū)風(fēng)浪條件及地質(zhì)條件極具風(fēng)險(xiǎn)；島隧沉降控制、結(jié)構(gòu)裂縫控制及結(jié)構(gòu)防滲等技術(shù)具有世界級(jí)難度。港珠澳大橋海底隧道是迄今為止世界上埋深最深、規(guī)模最大、單節(jié)管道最長(zhǎng)的海底公路沉管，沉管全部采用工廠法流水預(yù)制，完成舾裝后拖運(yùn)至施工地點(diǎn)進(jìn)行安裝。

【關(guān)鍵詞】世界級(jí)跨海工程、海底沉管隧道、軟土、砂樁加密法、 碎石基床基礎(chǔ)

1 地基處理

1.1工程概況

工程地處珠江口伶仃洋水域，是深圳港、廣州港的主航道，航道跨距達(dá)到4100m；是30萬噸巨輪的必經(jīng)之地，也是世界上最繁忙的水域之一；同時(shí)也臨近香港機(jī)場(chǎng)飛機(jī)的起落航線，航空限高只有88m，水域通航環(huán)境復(fù)雜，還要穿越中華白海豚保護(hù)區(qū)。修建海底隧道是可行的，但面臨的困難是海底表面全是軟土，淤泥含水量高達(dá)50%-60%，石頭拋上去基本都陷在泥湯里，地基條件差。（見 圖1）

圖1 港珠澳大橋島隧工程示意圖

1.2軟土進(jìn)行加固

首先要對(duì)軟土進(jìn)行加固，使沉管安放在固定的基礎(chǔ)上，并減少日后的沉降和不均勻沉降，施工方案是砂樁加密法，通過沖擊或振動(dòng)的方法將底端封閉的鋼管貫入海底40m下的硬土層地基中成孔，孔內(nèi)填入砂料后再由鋼管回壓搗實(shí)擴(kuò)徑成樁。該工藝通過在軟弱地基中貫入砂樁，擠密周圍松散土，使樁與擠密后的地基組成復(fù)合地基，提高地基的承載力、穩(wěn)定性、抗剪切力和抗液化變形的能力。（見 圖2）

圖2 施工海域，4條砂樁船一字排開，日夜施工

1.3 基槽開挖

軟土加固后要對(duì)基槽進(jìn)行開挖，安放隧道。因此對(duì)基槽開挖精度提出了很高的要求，挖深只允許有50cm的誤差，在大海深處實(shí)現(xiàn)這樣的精度，非常困難。通常施工器具都會(huì)在開挖面留下坑槽，也會(huì)挖出弧形，但是工程要求挖出光滑的作業(yè)面。 負(fù)責(zé)開挖的是中交廣航局的兩艘挖泥船“廣州號(hào)”和“金雄”。“廣州號(hào)”主要用于港珠澳大橋沉管隧道基槽的粗挖。 “廣州號(hào)”邊吸泥、邊航行，由置于船舷的耙頭松土、吸入泥漿，通過管路把泥漿傳送到船中設(shè)置的開底泥艙，經(jīng)沉淀后把泥水分離。另一艘基槽開挖作業(yè)船“金雄”是抓斗式專用精挖船（見 圖2）?！敖鹦邸碧?hào)是目前國(guó)內(nèi)采用液力變矩器傳動(dòng)結(jié)構(gòu)建造的最大抓斗式挖泥船，總長(zhǎng)68m、型寬25m、型深4.8m、平均吃水量每小時(shí)近1000立方米，達(dá)到設(shè)計(jì)要求.該船往海底拋錨固定船身后即原地作業(yè)，4條粗鋼絲把9m高、110噸重的抓斗從海底拉起后，泥漿被傾倒在預(yù)備好的載泥船上后運(yùn)走。（見 圖3）

圖3 抓斗式挖泥船“金雄”操作要求精細(xì)

1.4鋪設(shè)碎石基床基礎(chǔ)

在沉管安裝前，要在40m深的海底，鋪設(shè)一條42m寬、30cm厚的平坦碎石墊層找平，以供將來安放沉管隧道。誤差在4cm以內(nèi)，墊層顆粒直徑在2-6cm之間。參與鋪設(shè)碎石基床基礎(chǔ)的施工器具是上海一家企業(yè)自主研發(fā)的拋石整平船。該船是目前全球最大、最先進(jìn)的拋石整平船，其外形與鉆井平臺(tái)類似，身形碩大，作業(yè)時(shí)不受風(fēng)浪影響。（見 圖4）

圖4 碎石刮鋪船照片及其結(jié)構(gòu)示意圖

2 沉管預(yù)制

港珠澳大橋近6公里長(zhǎng)的海底沉管隧道共由33段沉管組成，沉管隧道每個(gè)180m長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)由8個(gè)節(jié)段組成，節(jié)段間采用柔性連接，每節(jié)長(zhǎng)22.5m、寬37.95m、高11.4m、重達(dá)7.4萬噸。沉管管節(jié)預(yù)制在桂山牛頭島預(yù)制場(chǎng)通過大型現(xiàn)代化、工廠化的生產(chǎn)線預(yù)制而成。該廠是迄今世界最大的沉管預(yù)制廠。港珠澳大橋設(shè)計(jì)壽命是120年，要求沉管不能有任何的質(zhì)量缺陷，預(yù)制過程中一個(gè)小環(huán)節(jié)出錯(cuò)都足以讓整段沉管報(bào)廢。沉管為兩孔一管廊截面形式，具有截面尺度大、預(yù)制精度要求、鋼筋施工難度大、混凝土供應(yīng)保障難度大、管節(jié)控裂要求高等特點(diǎn)和難點(diǎn)，無論從沉管規(guī)模還是施工難度都居世界第一位。具體施工保證措施有：①每隔2-3小時(shí)取樣檢測(cè)一次含水率，據(jù)此設(shè)定參數(shù)調(diào)整混凝土配比，然后在攪拌站具體調(diào)控。②為保證混凝土的高強(qiáng)度和耐久性，他們通過對(duì)攪拌站的升級(jí)改造，實(shí)現(xiàn)了對(duì)料倉、配料機(jī)、拌合樓、輸送車輛和管道全方位的溫度控制，確?；炷吝M(jìn)入模板時(shí)的溫度在26℃以內(nèi)。③為保證混凝土密實(shí)，不出現(xiàn)空隙，施工人員利用人工振搗和機(jī)械振搗相結(jié)合的方式，嚴(yán)格控制振搗時(shí)間、間距、振搗密度，尤其是剪力鍵、內(nèi)模倒角、鋼端殼、預(yù)埋件等特殊部位要加密振搗間距。（見 圖5、圖6、圖7）

圖5 管段橫斷面及連成整體的示意圖

圖6 管節(jié)工廠化生產(chǎn)示意圖

圖7 工廠化生產(chǎn)場(chǎng)地及二層配套干塢示意圖

3 沉管安裝

如何將這些龐然大物運(yùn)送到指定海域進(jìn)行安裝？沉管浮運(yùn)受天氣因素影響較大，從浮運(yùn)到沉放需要連續(xù)72小時(shí)的良好天氣，且浮運(yùn)和沉放一節(jié)沉管需要一個(gè)月的時(shí)間。施工過程為：①當(dāng)一個(gè)沉管預(yù)制完成后，兩端用鋼板密封，使沉管漂浮在水面上。②通過大型拖輪拖運(yùn)至安裝位置，待管節(jié)定位就緒后，向管節(jié)內(nèi)灌水壓載，使之在重力作用下下沉。③把沉放的管節(jié)在水下連接起來，經(jīng)覆土（石）回填后，筑成隧道。沉放過程中，沉管將會(huì)由水下定位系統(tǒng)進(jìn)行定位，保證兩個(gè)沉管海底對(duì)接時(shí)的誤差控制在2cm以內(nèi)。對(duì)接完成后，對(duì)接端的止水帶將通過水力壓接密封，使管節(jié)一個(gè)個(gè)緊密連接起來。（見 圖8、圖9）

圖8 隧道管節(jié)連接示意圖

圖9 管節(jié)提升及隧道尾端最終調(diào)整示意圖

結(jié)束語

港珠澳大橋海底沉管隧道是國(guó)內(nèi)第一個(gè)采用沉管工藝的海底隧道和世界上規(guī)模最大的沉管隧道，不僅代表了中國(guó)最高水平，也反映了世界最高水平。其大型化、工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化、裝配化的“四化”理念，已成為當(dāng)今世界工程建設(shè)的最新理念和最高境界。港珠澳大橋建成后，將是一種時(shí)空觀的改變，駕車從珠三角一端到另一端的時(shí)間將從原來的大約四小時(shí)縮短到僅45分鐘，將為珠三角地區(qū)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)進(jìn)一步發(fā)展提供支持。

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