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港珠澳大桥岛隧——技术难度底有多高?

Engineering 中国工程院院刊 2021-06-17

珠澳大桥地处珠江口,全长55km。该桥主通航孔由两个10万㎡人工岛和6.7km沉管隧道组成,即岛隧工程,它是港珠澳大桥的控制性工程。

港珠澳大桥沉管隧道软土层厚度超过30m。为了预留远期30万吨油轮通航水深,沉管隧道的埋深达到22m。

工程地处开敞的伶仃洋海域,台风、强对流及季风高发;工程水域是中华白海豚核心保护区;每天过往船舶数量超过4000艘,环保与通航安全是工程的重大挑战。

港珠澳大桥岛隧工程采用设计施工总承包模式建设,工作内容包括勘察、设计、科研、装备开发、施工。历时六年半,2017年5月2日,隧道沉管与人工岛深海“接吻”,即最终接头的成功安装,标志着隧道的贯通

☝最终接头


大直径深插钢圆筒块速成岛

为了保证工期,人工岛建设开发了大直径深插钢圆筒块速成岛技术。钢圆筒直径22m,高度平均50m,重约500t,在上海制造,采用70,000-90,000t远洋轮运输。

☝钢圆筒运输
为确保它的稳定性,它需要被整体打入持力层;为实现该技术,发展了大直径深插钢圆筒设计方法,进行了可打性分析,首次实现了8锤同步振沉系统。

☝钢圆筒振沉(向左滑动图片,查看更多)

为了实现大超载比堆载预压,创新整体圆弧钢板副格,与钢圆筒共同组成了止水岛壁结构,之后仅用100天完成了地基固结改良。

该方案减少挖泥300万方,取消了千余米地连墙工程和全部岛上结构物的桩基工程,两个人工岛的成岛工期7个月,提前工期2年。

☝人工岛(向左滑动图片,查看更多)


沉管隧道

沉管隧道共有33个管节,标准管节长180m,宽38m,高11.4m,重76,000t。它的基础施工是一个难题,因为要在回淤环境下连续进行5.664km的施工。

☝沉管安装指挥室

所有管节均处在0-3%的纵坡上,基础施工水深最深达50m,标准管节底面积8000㎡,与管节底面接触的碎石基床面的铺设平整度要求不大于4cm。

为此工程投资了近30亿专用装备,发展了深水测控技术、精细化疏浚技术、清除与控淤技术、深水基床施工技术。

关于沉管管节的预制,投资10亿,建设最大规模沉管预制工厂(是第二例沉管预制工厂,第一例是厄勒海峡隧道),曲线沉管管节工厂法预制首开先河,并实现了近百万方混凝土自防水控裂。

该工程连续地、安全地安装了33个沉管管节,过程中,发展了大体积管节外海环境与受限航道的拖航技术,深水与深槽中的安装技术,开发了深水无人沉放系统,总结了免精调管节水下安装工法。


E30沉管海上浮运☞

E8管节起浮中深浅坞全景☟

☝E11管节浮运安装

工程期间,还研发“半刚性管节”沉管隧道新结构概念,增加沉管纵向结构鲁棒性,解决了深埋带来的高覆土荷载问题;

创新了“组合基床”沉管隧道新基础概念,将沉管隧道基础的沉降与差异沉降控制在较好的水平;创新主动止水整体式最终接头技术,沉管隧道的水下合拢难题取得突破;

基于摸索性试验,发明“记忆支座”,降低沉管隧道管节接头部位因差异沉降而开裂或损坏的风险。

☝扭工字块

2013年超强台风“海燕”袭击南太以后,针对灾害性天气发展趋势,开展工程防灾标准评估研究,优化工程防灾设计,全面提升了工程防灾能力。建设期间工程成功经受了强台风“天鸽”的正面袭击的考验。

工程建设期间,开展了140多项试验研究,工程取得了540项专利。


☝以上内容来自

Ming Lin,Wei Lin. The Hong Kong–Zhuhai–Macao Island and Tunnel Project Ming Lin, Wei Lin[J]. Engineering, 2017, 3(6): 783 -784 .



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