C FP供圖
整個(gè)拱北隧道全長2741米,由海域人工島明挖段、口岸暗挖段以及陸域明挖段三種不同結(jié)構(gòu)的隧道連接而成。 拱北隧道暗挖段開挖支護(hù)結(jié)構(gòu)圖。拱北隧道暗挖段空間結(jié)構(gòu)圖。
原標(biāo)題:超大“管幕冰箱”拱出一條地下隧道
歷時(shí)5年,港珠澳大橋珠海連接線拱北隧道,昨日全線貫通。據(jù)南粵交通投資建設(shè)公司消息,在先后完成超大斷面曲線管幕頂管施工、超長距離水平環(huán)向凍結(jié)后,又經(jīng)過近1年的施工,拱北隧道工程于昨日完成全部5臺(tái)階14導(dǎo)洞開挖作業(yè),順利實(shí)現(xiàn)隧道全線貫通。作為大橋重要組成部分,其不僅是世界首座采用新型施工方式的雙層公路隧道,同時(shí)其多項(xiàng)建設(shè)刷新了建筑行業(yè)的新紀(jì)錄。
拱北隧道按照“先分離并行,再上下重疊,最后又分離并行”的形式設(shè)置,包括海域人工島明挖段、口岸暗挖段及陸域明挖段等不同結(jié)構(gòu)形式和施工工法。尤其口岸暗挖段工程施工技術(shù)難度大、安全風(fēng)險(xiǎn)高,是業(yè)內(nèi)極具挑戰(zhàn)性的公路工程建設(shè)項(xiàng)目之一。南都記者獲悉,該隧道全線貫通后,將進(jìn)入主體結(jié)構(gòu)和附屬工程施工階段,預(yù)計(jì)今年12月該大橋珠海連接線可具備通車條件。
拱北隧道暗挖段
綜合造價(jià)達(dá)到4億元
據(jù)了解,珠海連接線是港珠澳大橋的重要組成部分,同時(shí)拱北隧道也是項(xiàng)目的關(guān)鍵控制性工程。南都記者獲悉,作為世界最大的斷面公路隧道的珠海連接線拱北隧道工程歷時(shí)近5年,在先后完成超大斷面曲線管幕頂管施工、超長距離水平環(huán)向凍結(jié)后,昨日在完成全部5臺(tái)階14導(dǎo)洞開挖作業(yè)后,順利實(shí)現(xiàn)隧道全線貫通。
據(jù)承建方中鐵十八局集團(tuán)有限公司介紹,整個(gè)拱北隧道全長2741米,由海域人工島明挖段、口岸暗挖段以及陸域明挖段三種不同結(jié)構(gòu)的隧道連接而成。其中,255米長且下穿拱北口岸的拱北隧道暗挖段,其綜合造價(jià)達(dá)到了4億元,相當(dāng)于每米接近160萬元。南都記者了解到,該255米長的拱北隧道暗挖段分為上下5層14個(gè)洞口,并與兩端的暗埋隧道相連,未來正式投入使用后,上層為香港到珠海方向,下層則為珠海往香港方向。
珠海連接線
年底具通車條件
伴隨著昨日拱北隧道的全面貫通,這也標(biāo)志著全長13 .4公里的港珠澳大橋珠海連接線主體工程也終于實(shí)現(xiàn)了全線貫通。據(jù)介紹,港珠澳大橋珠海連接線路線未來將采用雙向六車道高速公路標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計(jì)速度80公里/小時(shí),整體式路基寬度32米,分離式路基寬度16米。隧道6204米/2座,橋梁長5973米/3座,設(shè)人工島1處,同時(shí)還將建設(shè)南灣互通、橫琴北互通、洪灣互通3處互通立交以及口岸人工島連接匝道1處。
“珠海連接線東起珠澳口岸人工島,向西設(shè)拱北灣大橋連接珠海連接線人工島;采用海底隧道方式穿越拱北灣海域,城區(qū)隧道形式下穿拱北口岸;經(jīng)茂盛圍軍事管理區(qū)后,經(jīng)前山河特大橋跨越前山河;經(jīng)中富工業(yè)園上跨南灣大道后,經(jīng)加林山隧道穿越將軍山;后以高架橋形式繼續(xù)西行至本項(xiàng)目終點(diǎn)洪灣,通過西部沿海高速公路接入國家高速公路網(wǎng)?!毕嚓P(guān)部門負(fù)責(zé)人稱。南都記者了解到,截至目前,港珠澳大橋珠海連接線一期工程洪灣互通至橫琴北互通至南灣互通,已先后于去年1月和9月提前建成通車。而按照目前計(jì)劃,港珠澳大橋珠海連接線將在今年10月完成全部土建施工,12月可完成交工驗(yàn)收并具備通車條件。
揭秘
地下“大冰箱”是如何煉成的
拱北隧道全線順利貫通,標(biāo)志著港珠澳大橋珠海連接線關(guān)鍵核心技術(shù)取得重大突破。其中,曲線管幕頂管成套施工技術(shù)、長距離大斷面水平環(huán)向一次凍結(jié)技術(shù),均填補(bǔ)了我國建筑領(lǐng)域的空白;淺埋超大斷面暗挖施工采用的“多層多部開挖、立體交叉作業(yè)”施工組織模式及安全風(fēng)險(xiǎn)管控措施可為類似工程提供借鑒參考。
36根頂管安裝用了兩年
拱北隧道口岸暗挖段共長255米,采用曲線管幕+凍結(jié)法施工,是世界首座采用該工法施作的雙層公路隧道,其管幕長度和凍結(jié)規(guī)模均創(chuàng)造了業(yè)內(nèi)新紀(jì)錄。拱北隧道暗挖段建設(shè)條件復(fù)雜,地層軟弱,富含地下水,頂部覆土厚度不足5米。管幕凍結(jié)工程是拱北隧道暗挖段的核心,也是基礎(chǔ)。管幕由36根直徑為1.62米的鋼管組成,平均長255米。拱北口岸下方樁基與管線星羅棋布,給頂管的頂進(jìn)帶來了難題。管幕離澳門關(guān)閘大樓樁基最近距離為1.6米,離珠海免稅商場回廊樁基僅有46厘米。
為了躲避隧道兩側(cè)密布的樁基,頂管被設(shè)計(jì)成了曲線,在建筑物地下樁基間穿梭就像在刀尖旁行走,加大了管幕施工的難度。頂管從隧道一端的工作井頂入,另一端穿出。出口事先預(yù)留好,頂管施工時(shí)必須將頂進(jìn)誤差控制在5厘米以內(nèi),否則就會(huì)出現(xiàn)頂?shù)眠M(jìn)去穿不出來的情況。
此外,由36根頂管組成的環(huán)形管幕圈與單根頂管頂進(jìn)相比,其技術(shù)難度不是簡單的倍數(shù)關(guān)系,由于存在群管效應(yīng),單根頂管的頂進(jìn)精度須嚴(yán)格控制才能確保管幕的形成?!肮苣还こ痰耐瓿珊帽热松眢w的骨骼順利塑造完成,而下一步凍結(jié)工程就是利用冷卻鹽水管道,通過循環(huán)低溫鹽水在骨骼上塑造血肉,最終形成完整的‘人體’?!备壑榘拇髽蛑楹_B接線管理中心主任王啟銅介紹,自2013年6月第一根試驗(yàn)管始發(fā),至2015年5月最后一根頂管順利接收,歷時(shí)兩年。
暗挖段凍結(jié)成超大“冰箱”
拱北隧道暗挖段采用的超大斷面水平環(huán)向一次凍結(jié)技術(shù),是工程建設(shè)的另一個(gè)重難點(diǎn),相當(dāng)于以管幕為“骨架”,完成一個(gè)高23米,寬21米,厚2 .6米,縱向長度255米的大“冰箱”。如此大的一個(gè)凍結(jié)體系如何形成?如何實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)凍土厚度控制,確保不因凍脹影響口岸通行安全?工程完成后又如何解凍及降低凍土融化引起的地表下沉風(fēng)險(xiǎn)?區(qū)別于傳統(tǒng)凍結(jié)工法,拱北隧道暗挖段將凍結(jié)管路布置在管幕頂管內(nèi),冷量通過頂管傳遞給土體,最終使頂管間土體降至負(fù)溫,土體中的水結(jié)冰形成凍土,并將頂管包裹,利用管幕+凍土將隧道完全封閉,從而在開挖期間阻止頂管外側(cè)地下水進(jìn)入隧道,保證隧道施工安全。
針對(duì)長距離管幕凍結(jié)止水問題,將管幕設(shè)置為“實(shí)頂管”和“空頂管”交替布置狀態(tài)。首先,需要驗(yàn)證能否形成凍土帷幕的問題;其次,需要考慮隧道開挖引起的熱擾動(dòng)作用下凍土帷幕是否能夠保持良好的止水狀態(tài);另外,須嚴(yán)格控制凍土體積以限定凍脹量,確??诎兜乇砑敖ㄖ镒冃尾挥绊懻MP(guān)。為此,項(xiàng)目工程師提出了在管幕鋼管內(nèi)部布置“圓形主力凍結(jié)管”、“異形加強(qiáng)凍結(jié)管”和“升溫鹽水限位管”三種特殊管路構(gòu)成的國內(nèi)外前所未有的凍結(jié)方案。
首先,為了實(shí)現(xiàn)凍結(jié)圈成環(huán),工程師經(jīng)過精細(xì)驗(yàn)算,確定在暗挖段兩邊各設(shè)一個(gè)凍結(jié)站,以確保冷量持續(xù)供給,對(duì)管幕圈不間斷實(shí)施控制凍結(jié),日均耗電量近10萬度。如何確保沒出凍土的厚度?工程師們在暗挖段凍結(jié)圈周圍共布設(shè)了10000多個(gè)溫度監(jiān)測元器件,并實(shí)時(shí)對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行反復(fù)的排查、處理。通過調(diào)整鹽水流量、溫度及限位管等措施對(duì)凍結(jié)參數(shù)不斷進(jìn)行調(diào)整。拱北隧道暗挖段凍結(jié)工程自2016年1月中旬正式開機(jī)啟動(dòng),至5月底,凍結(jié)圈厚度即達(dá)到設(shè)計(jì)要求。管幕凍結(jié)止水帷幕的形成,在隧道周圍形成了強(qiáng)大的超前預(yù)支護(hù)體系,為隧道開挖提供了安全保障。
上千萬個(gè)監(jiān)測元器件充當(dāng)“眼睛”
拱北隧道暗挖作業(yè)其次要解決凍土開挖困難、施工工效低的問題。隨著凍結(jié)時(shí)間的持續(xù),隧道內(nèi)部凍土發(fā)展厚度與凍土強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出預(yù)料,常規(guī)的巖土爆破、靜態(tài)爆破等開挖方式在這種工況下均不可行。采用大型破除設(shè)備,導(dǎo)洞凈空太小,設(shè)備無法進(jìn)行作業(yè);采用小型挖機(jī)配備旋挖鉆頭,機(jī)體太輕,開挖凍土效率太低,工程一度陷入凍土開挖困難的被動(dòng)局面。
經(jīng)過不斷的設(shè)備選型和組織調(diào)整,最后形成微臺(tái)階開挖工法,即利用小型挖掘機(jī)破碎錘開挖凍土,每個(gè)導(dǎo)洞分做三個(gè)微小臺(tái)階,每個(gè)小臺(tái)階配置一臺(tái)小型挖掘機(jī)破碎錘,人工配合修邊,很大程度上提高了開挖工效。
另外,拱北隧道暗挖作業(yè)要確保隧道始終在封閉止水的條件下進(jìn)行。隨著隧道開挖的進(jìn)行,管幕及凍土暴露在空氣之中,隧道機(jī)械開挖產(chǎn)生熱量、隧道通風(fēng)產(chǎn)生的空氣對(duì)流以及混凝土施工產(chǎn)生的水化熱等,都會(huì)對(duì)凍土帷幕產(chǎn)生不利影響,造成凍土消融。怎樣保證在隧道開挖引起的熱擾動(dòng)作用下凍土帷幕能夠保持良好的止水狀態(tài),同時(shí)又要避免凍土發(fā)展過快引起隧道上方拱北口岸地表變形?布設(shè)在凍結(jié)圈內(nèi)成千上萬個(gè)監(jiān)測元器件充當(dāng)了工程師的“眼睛”,適時(shí)告訴工程師及時(shí)調(diào)整凍結(jié)參數(shù),保證凍結(jié)效果。
出品:南方都市報(bào)科學(xué)新聞工作室 主持:陳養(yǎng)凱
采寫:南都記者 陳燕 李京 通訊員 南粵交宣
責(zé)任編輯:海凡
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