港珠澳大橋島、隧、橋跨海交通集群施工技術(shù)

宮大輝

(中鐵十八局集團(tuán)有限公司，天津 300222)

摘 要：港珠澳大橋東連香港、西接珠海/澳門，是集島、隧、橋?yàn)橐惑w的跨海通道。珠海連接線為港珠澳大橋的重要組成部分，其涉海項(xiàng)目為拱北灣大橋、連接線人工島及拱北隧道海域段，修建連接線人工島目的是實(shí)現(xiàn)拱北灣大橋與拱北隧道的轉(zhuǎn)換銜接，滿足島上建筑物布置需要，并提供基本掩護(hù)功能，保障主體工程(拱北隧道海域段與拱北灣大橋)的順利建設(shè)和正常運(yùn)營(yíng)。結(jié)合港珠澳大橋珠海連接線工程實(shí)例，介紹島、隧、橋跨海交通集群工程施工技術(shù)特點(diǎn)，為今后跨海工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工提供有益參考。

關(guān)鍵詞：港珠澳大橋；跨海交通集群；橋、隧、島施工

1 工程概況

港珠澳大橋起自香港口岸，跨越伶仃洋海域，下穿拱北口岸，止于南屏鎮(zhèn)洪灣，線路總長(zhǎng)約為55 km；大橋共分為珠海和澳門連接線、珠澳口岸人工島、大橋主體工程、香港連接線及香港口岸人工島六部分，是由橋梁、隧道、人工島組成的跨海交通集群工程。

港珠澳大橋珠海連接線全長(zhǎng)13.432 km，雙向六車道，設(shè)計(jì)時(shí)速80 km/h，位于珠海市香洲區(qū)，毗鄰澳門。珠海連接線第一合同段(見(jiàn)圖1)是港珠澳大橋珠海連接線的控制性工程，起點(diǎn)珠澳人工島，經(jīng)拱北灣特大橋連接珠海連接線人工島，先島后隧，隧道經(jīng)海域明挖段、口岸暗挖段和陸域明挖段，終點(diǎn)位于公安邊防第五支隊(duì)茂盛圍軍事管理區(qū)。

圖1 珠海連接線第一合同段平面圖

2 項(xiàng)目建設(shè)條件

2.1 地質(zhì)條件

場(chǎng)地海域范圍屬侵蝕堆積地貌單元中的陸緣淺海微地貌，海拔高程-3～-1 m左右，人工島填筑后+4.8 m。上部覆蓋層發(fā)育，且?guī)r性在縱向具有海相、海陸交互相、陸相多層結(jié)構(gòu)，巖性條件較為復(fù)雜。沉積層發(fā)育，一般厚度約為26.3～34.6 m，主要有淤泥、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉土、中細(xì)砂、淤泥質(zhì)粉土、粉質(zhì)粘土、礫砂等。土層具有軟弱、飽和含水、水量補(bǔ)給豐富、高壓縮性、高滲透性、承載力低的特點(diǎn)。

2.2 氣象水文條件

港珠澳大橋工程場(chǎng)地屬南亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候區(qū)，位于珠江口外伶仃洋海域，北靠亞歐大陸，南臨熱帶海洋，氣候溫暖潮濕，受亞歐大陸和熱帶海洋的交替影響，該區(qū)域天氣氣候復(fù)雜多變，災(zāi)害性天氣頻繁。

2.2.1 氣象

工程區(qū)域盛行風(fēng)向以東南偏東和東風(fēng)為主，但季節(jié)變化明顯。熱帶氣旋影響十分頻繁，據(jù)1949～2008年資料統(tǒng)計(jì)，平均每年2個(gè)左右，最多時(shí)每年可達(dá)6個(gè)，自4～12月均有可能發(fā)生，主要集中在6～10月。

2.2.2 潮流波浪

工程區(qū)域潮汐類型屬于不規(guī)則的半日潮混合潮型。該潮型呈往復(fù)運(yùn)動(dòng)形式，具有落潮流速大于漲潮流速、中部海域潮流流速比兩邊大的特點(diǎn)。設(shè)計(jì)高水位：+1.65 m(高潮累積頻率 10%)；設(shè)計(jì)低水位：-0.78 m(低潮累積頻率 90%)，潮差2.43 m。

珠江口為我國(guó)臺(tái)風(fēng)頻發(fā)區(qū)，臺(tái)風(fēng)過(guò)境時(shí)，在近岸水域會(huì)產(chǎn)生明顯的水位升降，即臺(tái)風(fēng)暴潮。據(jù)伶仃洋各測(cè)站風(fēng)暴增水情況的統(tǒng)計(jì)，伶仃洋海區(qū)臺(tái)風(fēng)暴潮增水可達(dá)2 m以上。

2.3 周邊環(huán)境

本合同段地理位置獨(dú)特，環(huán)境因素復(fù)雜，沿線途經(jīng)拱北灣海域、人工島、軍事管制區(qū)、拱北口岸、邊界河等，涉及到邊檢、邊防、海關(guān)、海事、海洋等部門，且與城市道路多次交叉，需要協(xié)調(diào)的部門眾多，協(xié)調(diào)難度極大。

3 工程特點(diǎn)

工程設(shè)計(jì)方案制定遵循“安全、適用、耐久、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、先進(jìn)”的原則。設(shè)計(jì)方案考慮滿足交通運(yùn)輸方面的要求，施工、運(yùn)營(yíng)期不影響拱北口岸正常通關(guān)，并考慮減少對(duì)周邊原有建筑、交通設(shè)施、環(huán)境的影響[1]。根據(jù)連接線工程隧道的走向及橋梁的斷面設(shè)計(jì)，拱北灣大橋從珠澳口岸人工島過(guò)來(lái)接近連接線人工島時(shí)往西通過(guò)路基段與隧道敞開(kāi)段連接，再往西延伸到隧道進(jìn)入地下，具體見(jiàn)圖2。

圖2 珠海連接線第一合同段線路縱斷面圖

設(shè)計(jì)方案的先進(jìn)性主要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)施工特征表現(xiàn)，減少臨建工程，避開(kāi)拱北口岸周邊復(fù)雜的建筑和擁擠的交通，下穿海底隧道確保拱北口岸正常運(yùn)轉(zhuǎn)，人工填海實(shí)現(xiàn)了橋隧海上轉(zhuǎn)換銜接，并為海上施工提供充足的作業(yè)空間。

3.1 拱北灣大橋工程特點(diǎn)

拱北灣大橋(暨珠澳口岸人工島連接匝道)是連接珠澳口岸人工島與港珠澳大橋珠海連接線的紐帶。全長(zhǎng)890 m，共設(shè)置6條出入境匝道，匝道采用客貨分流的方式，分別連接珠澳口岸人工島的相應(yīng)功能區(qū)。

拱北灣大橋及匝道橋共24聯(lián)連續(xù)梁，主線10聯(lián)，其中8聯(lián)先簡(jiǎn)支(35 m小箱梁)后連續(xù)，2聯(lián)為整體現(xiàn)澆連續(xù)梁；匝道橋共14聯(lián)，全部為現(xiàn)澆連續(xù)梁、最大跨徑58 m。全橋施工順序圍繞現(xiàn)澆連續(xù)梁分段施工特點(diǎn)進(jìn)行安排，重點(diǎn)處理好橋梁與兩島銜接轉(zhuǎn)換。

3.2 人工島工程特點(diǎn)

連接線人工島屬于淺海圍壁式斜坡護(hù)面人工島[2]，人工島軸線與橋隧軸線一致，長(zhǎng)約1.3 km，起點(diǎn)位于拱北口岸東側(cè)現(xiàn)有海岸處，距離南側(cè)澳門250 m，終點(diǎn)接拱北灣大橋。人工島南北寬70 m，填海面積 9.27萬(wàn)m2，護(hù)岸總長(zhǎng)度 2 684.19 m，由南北護(hù)岸及現(xiàn)有海岸圍封而成。

港珠澳大橋珠海連接線人工島填海工程由人工島護(hù)岸、陸域形成及地基處理等部分組成。形成后的陸域交工標(biāo)高為 4.3 m及 4.8 m。

人工島護(hù)岸設(shè)計(jì)使用壽命按 100 a考慮，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)按一級(jí)設(shè)計(jì)。

3.3 拱北隧道工程特點(diǎn)

拱北隧道為港珠澳大橋珠海連接線的關(guān)鍵控制性工程，全線分為海域段、口岸段、陸域段。海域段主要位于拱北灣海域，長(zhǎng)1 232.048 m(左線)，共55個(gè)節(jié)段，采用筑島明挖法施工；口岸段位于拱北口岸，長(zhǎng)255 m，包括1段暗挖段和2座工作井，暗挖斷采用管幕暗挖法施工，工作井采用明挖法施工；陸域段位于鴨涌河和茂盛圍區(qū)域，長(zhǎng)1 226.761 m(左線)，共56個(gè)節(jié)段，主要采用明挖法施工。

拱北隧道主要工程項(xiàng)目有：明挖圍護(hù)結(jié)構(gòu)、明挖主體結(jié)構(gòu)、工作井圍護(hù)結(jié)構(gòu)、工作井主體結(jié)構(gòu)、管幕超前支護(hù)、凍結(jié)止水帷幕、暗挖支護(hù)結(jié)構(gòu)、全線防水、洞內(nèi)路面等。

4 橋、隧、島工程建造技術(shù)應(yīng)用

4.1 人工島工程建造技術(shù)

人工島為港珠澳大橋珠海連接線的先行工程項(xiàng)目，考慮到要進(jìn)行大范圍的疏浚、填海造地以及回填施工，為滿足規(guī)定的沉降與變形要求，基礎(chǔ)施工非常重要，人工島采用圍壁法施工，島內(nèi)換填中粗砂振沖密實(shí)。

4.1.1 面臨的挑戰(zhàn)

(1)開(kāi)敞海域、深厚軟土地基、復(fù)雜施工條件下的快速成島。

(2)根據(jù)總工期要求人工島需1 a內(nèi)快速成島，且完成基礎(chǔ)處理和護(hù)面工程。

(3)要有充足的砂、石料供應(yīng)。

(4)疏浚物傾倒區(qū)為大萬(wàn)山南，淤泥開(kāi)挖、運(yùn)輸、傾倒施工環(huán)保要求高。

(5)工程海域是國(guó)內(nèi)乃至世界范圍內(nèi)航運(yùn)最復(fù)雜的水域，海上施工安全保障難度大。

4.1.2 人工島施工方案

開(kāi)辟臨時(shí)航道，縱向自西向東分三個(gè)施工區(qū)域“后退式”組織自下而上的平行流水作業(yè)，縱向分段、平面分區(qū)、立面分層開(kāi)挖基槽，先用塊石和中粗砂圍堤，后施工混合到濾層，再島內(nèi)吹填中粗砂，振沖、碾壓密實(shí)。水下拋石棱體，采用開(kāi)底駁和長(zhǎng)臂挖機(jī)粗拋，橫雞躉補(bǔ)拋[3]；長(zhǎng)臂挖掘機(jī)理坡；護(hù)面塊石用大型挖掘機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)、理坡；柵欄板由預(yù)制場(chǎng)駁運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，履帶吊配合浮吊安裝。

為確保原護(hù)岸開(kāi)挖穩(wěn)定，接岸處50 m范圍不進(jìn)行開(kāi)挖，采用“拋石擠淤法”施工基礎(chǔ)。

人工島分兩個(gè)階段進(jìn)行：第一階段填筑至+3.5 m標(biāo)高形成陸域，交付場(chǎng)地進(jìn)行海域隧道段和拱北灣特大橋施工；第二階段填筑至+4.8 m(+4.3 m)設(shè)計(jì)頂面高程，完成護(hù)岸及其它附屬工程。

4.2 拱北灣大橋工程建造技術(shù)

4.2.1 面臨的挑戰(zhàn)

(1)工期緊，因拱北灣大橋匝道橋與珠澳口岸人工島連接設(shè)計(jì)方案剛剛確定，工期推遲9個(gè)月。

(2)海上現(xiàn)澆梁工程量較大，全橋16聯(lián)現(xiàn)澆連續(xù)梁需海上施工，海上作業(yè)空間不足，各個(gè)匝道互相影響，對(duì)施工組織及施工進(jìn)度是個(gè)不小的挑戰(zhàn)。

(3)長(zhǎng)樁施工，海上潮汐地區(qū)完成?2.0 m、樁長(zhǎng)80 m樁基難度較大，成樁質(zhì)量要求高。

(4)口岸人工島與連接線人工島主體已經(jīng)完成，拱北灣大橋與兩島接點(diǎn)處基礎(chǔ)處理困難大。

4.2.2 拱北灣大橋施工方案

按照總體施工部署，拱北灣大橋分兩部分施工：一是35 m預(yù)制小箱梁施工，在連接線人工島島頭路基段建設(shè)箱梁預(yù)制場(chǎng)，采用架橋機(jī)鋪架預(yù)制梁；二是海上下部結(jié)構(gòu)及現(xiàn)澆梁施工，在主線橋左右幅中間及現(xiàn)澆梁澳門側(cè)布置施工棧橋連接兩島，形成海上運(yùn)輸通道及臨時(shí)施工平臺(tái)完成下部結(jié)構(gòu)與現(xiàn)澆梁施工。

采用“釣魚(yú)法”從連接線人工島開(kāi)始搭設(shè)施工棧橋直通口岸人工島(見(jiàn)圖3(a))，相應(yīng)墩位處垂直棧橋搭設(shè)施工平臺(tái)施工橋梁下部結(jié)構(gòu)；鋼板樁圍堰施工海上基礎(chǔ)承臺(tái)；鋼管貝雷片支架施工現(xiàn)澆梁(見(jiàn)圖3(b))。

圖3 拱北灣大橋棧橋、現(xiàn)澆梁施工

橋梁與人工島接點(diǎn)處棱體及護(hù)坦石樁基采用“護(hù)筒跟進(jìn)法”沖擊成孔。

4.3 拱北隧道海域段建造技術(shù)

拱北隧道海域段在人工島上采用明挖暗埋技術(shù)施工，圍護(hù)結(jié)構(gòu)為地下連續(xù)墻與鋼板樁。

4.3.1 面臨的挑戰(zhàn)

(1)人工島10 m厚回填砂層地連墻成槽施工。

(2)海域段地連墻接縫止水。

(3)人工島島面上400 t履帶吊吊裝巨大鋼筋籠。

(4)橋隧連接路基段基礎(chǔ)穩(wěn)定性及沉降控制。

4.3.2 拱北隧道海域段施工方案

海域明挖段基坑最大寬度32.3 m，最大深度24.7 m，主體結(jié)構(gòu)共分55個(gè)施工節(jié)段，其中敞開(kāi)段31個(gè)節(jié)段，暗埋段24個(gè)節(jié)段，節(jié)段長(zhǎng)度22 m。

(1)圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工方案。圍護(hù)結(jié)構(gòu)地連墻(見(jiàn)圖4)采用液壓成槽機(jī)成槽，雙機(jī)抬吊吊放鋼筋籠，其中吊車的組合形式有：400 t履帶主吊+280 t履帶副吊，直升導(dǎo)管法灌注水下混凝土；鋼板樁采用專用設(shè)備壓入，主體結(jié)構(gòu)完成后拔除裙邊和抽條式地基加固采用雙重旋噴或三軸攪拌工藝。抗拔樁采用旋挖鉆成孔，汽車吊吊放鋼筋籠，直升導(dǎo)管法灌注水下混凝土。鋼管支撐、鋼板樁、鋼構(gòu)件等在加工廠加工，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)安裝；混凝土支撐現(xiàn)場(chǎng)綁扎鋼筋立模澆筑。

為解決島內(nèi)沙層成槽困難，采用攪拌樁進(jìn)行槽壁加固，確保順利成槽；地連墻接縫外側(cè)進(jìn)行旋噴樁止水處理。

圖4 拱北隧道海域段地連墻施工

(2)主體結(jié)構(gòu)施工方案?；邮韪山邓?，逐層開(kāi)挖架設(shè)各道支撐至基坑底部，采用坑內(nèi)小挖機(jī)配合坑外長(zhǎng)臂挖機(jī)和履帶抓斗的方式進(jìn)行出土。及時(shí)施作墊層及防水層、澆筑底板，而后逐層施作側(cè)墻(中墻)至鋼支撐底部(鋼模板，單側(cè)三角斜支撐施工)，待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后先架設(shè)換撐后拆除相應(yīng)支撐，適時(shí)澆注中板、頂板(鋼模板，滿堂腳手架施工)。最后施工頂板柔性防水層以及保護(hù)層，壓頂腰梁、拆除第1道混凝土支撐，回填覆土。

5 結(jié)束語(yǔ)

目前，連接線人工島一期工程、拱北隧道海域段圍護(hù)結(jié)構(gòu)已完成，正在進(jìn)行隧道主體與拱北灣大橋施工；人工島工后沉降均勻穩(wěn)定，從2013年11月至2014年6月島體平均沉降45 mm。島內(nèi)采用擠密砂樁、攪拌樁槽壁加固及旋噴樁接縫止水攻克了島面承載力不足、地連墻成槽塌孔和海域基坑防水難題。通過(guò)實(shí)踐證明，連接線人工島采用圍壁式成島及島內(nèi)置換法基礎(chǔ)施工，較好的完成了橋、隧島上銜接轉(zhuǎn)換，并為隧道和島上交通設(shè)施提供了安全穩(wěn)定的掩護(hù)功能[4]。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳 越.港珠澳大橋島隧工程建造技術(shù)綜述[J].施工技術(shù)，2013，42(9)：1-5

[2]劉 挺，肖 鶴，凌育洪.關(guān)于人工島設(shè)計(jì)中的研究方法探討[J].華中建筑,2010(6):69-71

[3]王柳君，竺艷蓉.極淺海、淺海人工島設(shè)計(jì)與施工的幾個(gè)問(wèn)題[J].石油工程建設(shè),1994(5):1-8

[4]中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部.JTS257—2008 水運(yùn)工程質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：人民交通出版社，2008

Techniques for the Construction of the Hongkong-Zhuhai-Macao Sea-Crossing Traffic Facility Group Consisting of Islands,Tunnels and Bridges

Gong Dahui

(The 18th Bureau Group Co. Ltd. of China Railway,Tianjin 300222,China)

Abstract：Linking Hongkong in the east and connecting Zhuhai\Macao in the west,the Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge is a sea-crossing passage,a traffic facility group made up of islands,tunnels and bridges.As an important part of the Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge, the Zhuhai Linking Line is made up of such sea-involving projects as the Gongbei Bay Bridge,the man-made island of the Linking Line and the sea-crossing section of the Gongbei Tunnel.Building the man-made island aims at conversion-linking the Gongbei Bay Bridge and the Gongbei Tunnel,meeting the needs of the lay-out of different buildings on the island and providing the basic screening function so as to ensure the smooth construction and normal operation of the main projects(the sea-crossing section of the Gongbei Tunnel and the Gongbei Bay Bridge).With the construction of the project of the Zhuhai Linking Line of the Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge as a practical example,introduced in the paper are the technical characteristics of the construction of sea-crossing traffic facility groups made up of islands,tunnels and bridges.It may serve as a useful reference for the design and construction of other sea-crossing projects in the future.

Key words：Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge;sea-crossing traffic facility group;bridges,tunnels and islands

收稿日期：2014-09-16

作者簡(jiǎn)介：宮大輝(1982—)，男，工程師，主要從事橋梁、隧道工程施工與管理工作 47772887@qq.com

DOI：10.13219/j.gjgyat.2015.01.015

中圖分類號(hào)：U44；U45

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-3953(2015)01-0057-04