港珠澳大橋島遂工程的建設(shè)技術(shù)

(重慶交通大學(xué) 重慶 400074)

引言

港珠澳大橋總長約 35.6km，作為中國建設(shè)史上里程最長、投資最多、施工難度最大的跨海橋梁項(xiàng)目，港珠澳大橋受到海內(nèi)外廣泛關(guān)注，建成的港珠澳大橋?qū)⒊蔀槭澜缱铋L的跨海大橋。作為主體工程的沉管隧道工程和人工島工程，在建設(shè)時(shí)遇到了不少問題和考驗(yàn)，工程師們則出色的提出了一系列先進(jìn)理論和施工技術(shù)解決了一個(gè)個(gè)難題，保證了工程的順利進(jìn)行。

一、人工島設(shè)計(jì)與施工方法的構(gòu)思

港珠澳大橋項(xiàng)目采用人工島的方式實(shí)現(xiàn)橋隧過渡。人工島長大約625米,寬大約200米。人工島設(shè)計(jì)中考慮了對環(huán)境(人工島位于中華白海豚自然保護(hù)區(qū)內(nèi))、航道(人工島位于主航道邊緣部分)、航空(位于香港國際機(jī)場附近)、珠江三角洲的阻水效應(yīng)等方面的影響。

(一)人工島施工方法

在外海造人工島實(shí)屬不易，而造島環(huán)境也極為特殊，既要為珠江口預(yù)留30萬噸的航道，也要注意保護(hù)中華白海豚國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)的生態(tài)環(huán)境。兩個(gè)人工島的面積都接近10萬平方米，傳統(tǒng)拋石填海的方法，不僅工期長，而且在通航繁忙的伶仃島航道附近水域安排大量船舶施工，必然對周邊環(huán)境產(chǎn)生影響，安全風(fēng)險(xiǎn)也高。而“大直徑鋼圓筒快速成島”施工技術(shù)的提出是一個(gè)革新突破。經(jīng)過多方面專家論證，超大直徑鋼圓筒、液壓振動(dòng)錘聯(lián)動(dòng)的優(yōu)化方案被正式采納為最終方案，這也成為港珠澳大橋島隧工程的一項(xiàng)創(chuàng)舉。從首個(gè)鋼圓筒以垂直度偏差小于1/500振沉入海，到最后一個(gè)鋼圓筒垂直偏差小于1/600振沉入海。東、西人工島建設(shè)創(chuàng)造了鋼圓筒單體體量、振沉精度、振沉速度等多項(xiàng)世界紀(jì)錄。

(二)環(huán)境保護(hù)

工程施工過程的環(huán)境保護(hù)工作是必須要考慮的問題。而且由于港珠澳大橋所處地理位置比較特殊，施工過程中還存在海洋生態(tài)敏感區(qū)。

表1 周邊主要環(huán)境敏感區(qū)

圖1 環(huán)境生態(tài)敏感區(qū)分布圖

其中以珠江口中華白海豚國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)最為敏感。該保護(hù)區(qū)類型屬于珍稀瀕危水生動(dòng)物保護(hù)區(qū)，主要保護(hù)對象是國家一級(jí)保護(hù)動(dòng)物中華白海豚，其次是國家二級(jí)保護(hù)動(dòng)物江豚。

由圖1可以看出東人工島處于中華白海豚保護(hù)區(qū)核心區(qū)，保護(hù)工作壓力很大。但最終通過一系列的環(huán)保措施，達(dá)到了工程與自然環(huán)境和諧共存的結(jié)果。

二、沉管遂道施工遇到問題與解決辦法

港珠澳大橋隧道部分采用深埋式沉管隧道，長達(dá)近6公里的沉管隧道，共分為33節(jié)，大部分標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)長達(dá)180米，此外還有一個(gè)12米的最終接頭。需要深埋的沉管超過2/3，曲形沉管施工中，還要考慮如何與人工島實(shí)現(xiàn)完美對接。如何設(shè)計(jì)海底基床才會(huì)讓沉管不會(huì)發(fā)生較大位移？又如何在海下深達(dá)50米的地方完成精準(zhǔn)的疏浚、清淤？考慮到120年的使用壽命，基槽的設(shè)計(jì)和強(qiáng)大的疏浚、清淤能力是非常重要的。這是設(shè)計(jì)者們需要克服的一個(gè)個(gè)難題。為了解決這些問題，設(shè)計(jì)師們創(chuàng)造性地提出了“復(fù)合地基”的方案，即保留原方案的碎石墊層設(shè)置，并將人工島島壁下已使用的擠密砂樁方案“移植”到隧道，形成“復(fù)合地基”。最終這一方案成功實(shí)施，沉管隧道地基的沉降都控制在5厘米以內(nèi)。

三、創(chuàng)新的半剛性管節(jié)設(shè)計(jì)

半剛性管節(jié)設(shè)計(jì)創(chuàng)先河。在沉管隧道的施工過程中還有另一個(gè)難題一度困擾著島隧工程的設(shè)計(jì)師們：到底是使用剛性管節(jié)設(shè)計(jì)還是使用節(jié)段式管節(jié)設(shè)計(jì)。使用剛性管節(jié)設(shè)計(jì)，在海底復(fù)雜的環(huán)境中，沉管很有可能因?yàn)槭芰Σ痪_裂。使用節(jié)段式管節(jié)設(shè)計(jì)允許其發(fā)生小規(guī)模扭轉(zhuǎn)，但在有2/3沉管是深埋式的情況下，每隔幾年就要進(jìn)行清淤回填工作，這樣對于成本來說是巨大的。最終，在經(jīng)過工程師們的討論和專家團(tuán)隊(duì)的計(jì)算實(shí)驗(yàn)后，施工團(tuán)隊(duì)開創(chuàng)性的選擇了半剛性管節(jié)設(shè)計(jì)方法。而在四年多的施工中，半剛性沉管結(jié)構(gòu)也證明了它的確“了不起”。33節(jié)沉管已經(jīng)安裝完畢，沉管隧道還是滴水不漏。這也創(chuàng)造了創(chuàng)造了百萬方混凝土無裂縫，五千多米長的沉管隧道在40米水壓下“滴水不漏”的世界紀(jì)錄。

四、結(jié)束語

港珠澳大橋沉管隧道和人工島的建設(shè)可謂開創(chuàng)多項(xiàng)新記錄。為了克服沉管位移、海底清淤問題，設(shè)計(jì)者們創(chuàng)造性的提出了“復(fù)合地基”方案，既解決了問題又節(jié)約了建設(shè)成本。半剛性管節(jié)設(shè)計(jì)開創(chuàng)了歷史先河，面對海底復(fù)雜環(huán)境和以往各種管節(jié)設(shè)計(jì)在此工程中的不適用性，創(chuàng)造性的半剛性管節(jié)設(shè)計(jì)使沉管在施工和使用時(shí)無裂縫產(chǎn)生和漏水現(xiàn)象。人工島的建設(shè)充分考慮了對自然保護(hù)區(qū)、航道和航空等方面的影響，通過創(chuàng)新施工技術(shù)達(dá)到最終完美結(jié)果?？偠灾壑榘拇髽虺凉芩淼赖脑O(shè)計(jì)為我國以后深埋大跨度跨海通道的建設(shè)提供了寶貴技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。