港珠澳大橋沉管隧道工程

1 工程意義

港珠澳大橋東連香港，西接珠海、澳門，一橋連三地，有助于提升珠江三角洲地區(qū)的綜合競爭力、打造粵港澳大灣區(qū)世界級城市群。

沉管隧道是港珠澳大橋的控制性工程，是中國第一條外海沉管隧道，是目前世界上最長的公路沉管隧道，是世界唯一的深埋沉管隧道。

2 工程概況

港珠澳大橋東接香港，西接珠海、澳門，全長約55 km，其中海中主體工程長29.6 km，按雙向6車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，采用橋島隧結(jié)合方案，是目前世界上規(guī)模最大、標(biāo)準(zhǔn)最高、最具挑戰(zhàn)性的集橋、島、隧為一體的交通集群工程。港珠澳大橋平面布置見圖1。

圖1 港珠澳大橋總平面圖

沉管隧道是大橋的控制性工程，設(shè)計方案見圖2和圖3。隧道全長6 704 m，是世界最長的公路沉管工程；沉管段長5 664 m，共33節(jié)，標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)尺寸為180 m(長)×37.95 m(寬)×11.4 m(高)，每節(jié)近8萬t的質(zhì)量成為世界之最；為滿足通航要求，沉管管頂埋于海床面以下23 m的長度達(dá)3 km，是目前世界上唯一的深埋沉管隧道工程；沿線基底軟土厚度為0～30 m，地處珠江口外開敞海域，水文氣象環(huán)境復(fù)雜，航線繁忙，通行船舶日均4 000艘，是當(dāng)今世界范圍內(nèi)綜合建設(shè)難度最大的沉管隧道之一。

圖2 沉管隧道縱斷面圖

圖3 沉管隧道橫斷面圖

3 工程難點及解決方案

1)為“一國兩制”條件下大型跨界工程，需同時滿足三地要求。通過專項研究，并按“就高不就低”的原則，制定本項目專用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

2)世界上最長的公路沉管隧道，標(biāo)準(zhǔn)高，規(guī)模大，為全橋控制性工程。設(shè)計及施工秉承“大型化、工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化、裝配化”理念，確保了工程質(zhì)量及工期。

3)沿線基底軟土厚度0～30 m，縱向管底地質(zhì)復(fù)雜且不均勻；埋深大，管頂回淤荷載大。采用“復(fù)合地基+組合基床沉管”基礎(chǔ)方案，管節(jié)沉降控制水平世界領(lǐng)先。

4)沉管管頂埋于海床面以下23 m的長度達(dá)3 km，是目前世界唯一深埋沉管，節(jié)段接頭受力及防水風(fēng)險高。通過自主研發(fā)半剛性縱向結(jié)構(gòu)體系，有效提高了結(jié)構(gòu)及防水安全度。

5)工程地處外海，氣象水文條件復(fù)雜，工程區(qū)日均船舶超過4 000艘，航線復(fù)雜，海上安全管理難度大。通過自主研發(fā)各種專用裝備，提高海上作業(yè)工效、質(zhì)量，減少作業(yè)人員數(shù)量。

6)珠江口巨型沉管安裝需面臨深水深槽、基槽回淤、大徑流等世界級難題，風(fēng)險高。通過科技攻關(guān)，研發(fā)外海沉管安裝成套技術(shù)，實現(xiàn)全部管節(jié)高質(zhì)、高效對接。

7)設(shè)計使用壽命為120年。根據(jù)研究成果，對材料、施工及運營維護等進行全過程耐久性控制。

8)工程穿越中華白海豚核心保護區(qū)，環(huán)保要求高。施工重視HSE管理，并制定專項方案實現(xiàn)對白海豚保護。

4 工程主要技術(shù)創(chuàng)新

1)精細(xì)化海上原位勘察及分析技術(shù)。采用帶波浪補償?shù)暮Ｉ香@探系統(tǒng)、海上鉆探平臺系統(tǒng)及海底坐床式靜力觸探系統(tǒng)等，獲取高質(zhì)量的地層連續(xù)原位參數(shù)，并建立三維地質(zhì)模型及數(shù)據(jù)庫進行勘察成果分析。

2)復(fù)合地基+組合基床沉管基礎(chǔ)技術(shù)。研究并實施“復(fù)合地基+組合基床”的基礎(chǔ)方案： 通過不同置換率的擠密砂樁、高壓旋噴、PHC剛性樁等復(fù)合地基實現(xiàn)隧道基礎(chǔ)剛度平順過渡；通過“拋填塊石+碎石墊層”的組合基床實現(xiàn)硬化基礎(chǔ)、分布荷載、調(diào)節(jié)基底平整度，將國際上同類隧道一般20 cm左右的沉降量控制在5～8 cm。

3)半剛性沉管結(jié)構(gòu)體系技術(shù)。提出“半剛性”沉管縱向結(jié)構(gòu)體系，提高了沉管結(jié)構(gòu)安全度及節(jié)段接頭水密性。已安裝的33節(jié)沉管不滲不漏。

4)工廠化管節(jié)預(yù)制技術(shù)。采用工廠法進行管節(jié)工業(yè)化生產(chǎn)，創(chuàng)新 “L”形總平面布局(見圖4)，解決生產(chǎn)場地狹窄及管節(jié)存放難題；集成開發(fā)鋼筋流水生產(chǎn)線、大型全液壓模板、大體積混凝土控裂、多點導(dǎo)向的分散頂推系統(tǒng)等成套技術(shù)，實現(xiàn)了世界最大沉管的標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制，提高了工效和質(zhì)量。

5)外海巨型沉管安裝技術(shù)。自主研發(fā)沉管沉放安裝集成系統(tǒng)，浮運(見圖5)、對接窗口預(yù)報保障系統(tǒng)，泥沙回淤預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)等數(shù)十個控制系統(tǒng)，攻克了深水深槽、基槽回淤、大徑流等珠江口流域特有的難題，形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的外海沉管安裝核心技術(shù)體系，實現(xiàn)管節(jié)在40多m深的海底精準(zhǔn)對接。

圖4 沉管預(yù)制廠平面布置

圖5 外海環(huán)境沉管浮運安裝

6)主動壓接整體安裝最終接頭技術(shù)。預(yù)制鋼混組合的最終接頭結(jié)構(gòu)，采用大型起重船整體吊裝，然后水下主動頂推壓接實現(xiàn)止水封閉，大大降低水下作業(yè)風(fēng)險，提高了質(zhì)量及工效，為世界首創(chuàng)。

7)專用裝備研發(fā)制造技術(shù)。開展具有獨立知識產(chǎn)權(quán)的大型專用設(shè)備的研發(fā)和制造工作，如專用清淤船、定深平挖抓斗船、碎石整平船和沉管安裝船等，達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

5 工程工期及進度安排

5.1工程工期

工程于2010年12月開工，預(yù)計2017年底具備通車條件。

5.2工程進度安排

5.2.1 管節(jié)預(yù)制

1)2010年12月開始沉管預(yù)制廠建設(shè)，2012年2月完成；

2)2012年11月完成首批管節(jié)的預(yù)制，2016年12月完成最后一批管節(jié)預(yù)制。

5.2.2 沉管安裝

1)2013年5月實現(xiàn)E1首節(jié)管節(jié)沉放對接，2017年3月完成最后E30管節(jié)沉放對接；

2)已于2017年5月2日完成最終接頭安裝，實現(xiàn)隧道合龍。

5.2.3 其他

目前正全面展開隧道內(nèi)裝工程及機電工程施工，預(yù)計2017年底實現(xiàn)港珠澳大橋工程通車。

6 工程獲得榮譽

1)科技成果： 獲得省部級科技進步特等獎2項、一等獎9項。

2)專利： 已取得發(fā)明專利、實用新型專利約450項。

3)榮譽稱號： 榮獲15項“全國五一勞動獎?wù)隆钡葒壹壖w榮譽稱號。

7 工程參建單位

設(shè)計單位： 中交公路規(guī)劃設(shè)計院有限公司、丹麥科威國際咨詢公司、上海市隧道工程軌道交通設(shè)計研究院、中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司。

施工單位： 中國交通建設(shè)股份有限公司、中交一航局、中交二航局、中交三航局、中交四航局、中交廣航局。

8 供稿人

中交公路規(guī)劃設(shè)計院有限公司： 呂勇剛。