详解港珠澳大桥沉管隧道新技术.doc

详解港珠澳大桥沉管隧道新技术 ,连接香港、珠海和澳门,是一国两制三地的海上通道。项目东起香港大屿山石湾,西至珠海拱北和澳门明珠,,包括3项工程内容:1)海中桥隧主体工程;2)香港口岸及珠海、澳门口岸;3)香港连接线、珠海连接线和澳门连接线。其中,海中桥隧主体工程东自粤港分界线,穿越铜鼓、伶仃西主航道以及青州航道、江海直达船航道、九洲航道,止于珠澳口岸人工岛,,岛隧工程为海中桥隧主体工程的控制性工程,,海中隧道采用沉管工法,,人工岛各长625m,岛隧平面及纵断面图见图1。岛隧工程建设的主要难点:1)建设标准高。①国家一级公路,双向6车道,设计时速100km/h;②设计使用寿命为120a;③地震基本烈度为Ⅶ度。2)水文气象条件复杂。工程处于外海环境,台风频繁,海流、涌浪复杂,受冬季季风影响。3)海底软基深厚。工程所处海床面的淤泥质土、粉质黏土深厚,下卧基岩面起伏变化大,基岩埋深基本处于50~110m范围。4)受规划中的30万t航道(通航深度-29m)影响,隧道水深、埋深(回淤量)大。5)隧道距离超长。。6)通航环境复杂。航线复杂,船舶流量大,最大日流量约4000艘次。7)环保要求高。工程穿越国家一级保护动物中华白海豚的保护区核心区。8)珠江口防洪纳潮要求高,阻水率要求控制在10%以内。因此,在如此苛刻的建设条件下建设大型海底沉管隧道,已有的内河沉管隧道建设技术和经验已远远不能满足工程需求,需要进行技术创新和突破。(海)床表面上,上覆荷载小,对地基承载力要求不高,即怕浮不怕沉。由于规划航道的通航要求,随着深埋回淤问题的出现,港珠澳大桥沉管隧道工程对地质勘察的要求并非以往海上桥梁地质勘察工作所能满足,而且传统钻探获取的土样不可避免地受到扰动而难以取得较为准确的物理力学参数。为了降低海床软土土体取样受扰动对勘察结果的影响、减少海上作业与通航运营船舶的相互干扰,港珠澳大桥沉管隧道工程采用了以静力触探CPTu为主、传统钻探为辅的勘察技术。CPTu是带孔压的静力触探,主要适用于海、陆相交替的冲积层和沉积层,根据其仪器自动采集的端阻、侧阻和孔压等数据,可快速、准确地进行地质分层,见图2。与传统的钻探勘察不同,CPTu主要是通过获取间接指标,以经验公式计算出变形参数,进而计算出地基沉降量。我国静力触探技术应用历史短,经验少,相关的经验在20世纪90年代才开始被相关规范认可,其适用范围(主要用于陆上建筑)和深度与国际标准有较大的差别。目前,我国仍主要使用qt(锥头阻力)、fs(侧摩阻力)和Ps(比贯入阻力)指标,而国际上已普遍使用Bq(孔压比)和Fr(摩阻比)进行详细的土体分类。欧美国家形成的经验公式也具有明显的地区局限性,不一定适合我国广大地区,因此,在工程具体应用时还需要在原位或同类土质地层使用静载压板试验或螺旋压板试验进行对比或修正,并结合鉴别孔和消散孔进行综合分析,甚至还要结合地区特性开展研究工作。此外,在沉管隧道设计过程中还需要考虑地基刚度的不确定性(包括勘察不确定性、基槽超欠挖和基础不平整等因素)对隧道结构内力和变形的影响,目前主要是以一定的偏差波动(一般按经验取20%)结合管节长度计算出最不利的偏差波长,再以此作为沉管隧道结构纵向受力最不利工况。因此CPTu的布孔应考虑管节长度和计算最不利偏差波长,并与鉴别孔、消散孔(孔压消散试验)的布置相结合。港珠澳大桥岛隧工程在约7个月的补勘工作中完成了CPTu孔374个、消散孔22个、原位测试孔39个以及技术孔41个,在确保对主航道航运影响最小的前提下,短时间内完成了大量的地质补勘工作,避开了台风期作业,通过精细化勘察,,其管节的长度与型式直接影响到隧道结构纵向受力、施工工艺、干坞(预制厂)规模、工期和造价,需综合各因素进行合理选择。 管节长度在20世纪,世界上修建的沉管隧道长度一般在2km以内,每节管长一般在100~130m。目前,大型沉管隧道的长度已增加至3km以上,随着隧道长度的增加和建设工期的要求,管节长度需要进一步增大:2000年建成的丹麦—瑞典的厄勒松海峡沉管隧道,,其标准管节长176m;2011年建成的韩国釜山—巨济沉管隧道,,其标准管节长180m;,在综合考虑装备能力和工期的影响下确定标准管节长180m;拟建的丹麦—德国的费马恩海湾沉管隧道,,业主招标方案的标准管节采用了长217m的节段式钢筋混凝土矩形管节。可见,