C FP供圖
整個(gè)拱北隧道(dào)全長2741米，由海域人(rén)工島明(míng)挖段、口岸暗挖段以及陸域明(míng)挖段三種不同結構的隧道(dào)連接而成。 拱北隧道(dào)暗挖段開(kāi)挖支護結構圖。拱北隧道(dào)暗挖段空(kōng)間(jiān)結構圖。
原标題：超大(dà)“管幕冰箱”拱出一條地下隧道(dào)
曆時(shí)5年，港珠澳大(dà)橋珠海連接線拱北隧道(dào)，昨日全線貫通(tōng)。據南粵交通(tōng)投資建設公司消息，在先後完成超大(dà)斷面曲線管幕頂管施工、超長距離水(shuǐ)平環向凍結後，又經過近1年的施工，拱北隧道(dào)工程于昨日完成全部5台階14導洞開(kāi)挖作(zuò)業，順利實現隧道(dào)全線貫通(tōng)。作(zuò)為(wèi)大(dà)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(dào)，同時(shí)其多(duō)項建設刷新了建築行(xíng)業的新紀錄。
拱北隧道(dào)按照“先分離并行(xíng)，再上(shàng)下重疊，最後又分離并行(xíng)”的形式設置，包括海域人(rén)工島明(míng)挖段、口岸暗挖段及陸域明(míng)挖段等不同結構形式和(hé)施工工法。尤其口岸暗挖段工程施工技(jì)術(shù)難度大(dà)、安全風險高(gāo)，是業內(nèi)極具挑戰性的公路工程建設項目之一。南都記者獲悉，該隧道(dào)全線貫通(tōng)後，将進入主體(tǐ)結構和(hé)附屬工程施工階段，預計(jì)今年12月該大(dà)橋珠海連接線可(kě)具備通(tōng)車(chē)條件。
拱北隧道(dào)暗挖段
綜合造價達到4億元
據了解，珠海連接線是港珠澳大(dà)橋的重要組成部分，同時(shí)拱北隧道(dào)也是項目的關鍵控制(zhì)性工程。南都記者獲悉，作(zuò)為(wèi)世界最大(dà)的斷面公路隧道(dào)的珠海連接線拱北隧道(dào)工程曆時(shí)近5年，在先後完成超大(dà)斷面曲線管幕頂管施工、超長距離水(shuǐ)平環向凍結後，昨日在完成全部5台階14導洞開(kāi)挖作(zuò)業後，順利實現隧道(dào)全線貫通(tōng)。
據承建方中鐵(tiě)十八局集團有(yǒu)限公司介紹，整個(gè)拱北隧道(dào)全長2741米，由海域人(rén)工島明(míng)挖段、口岸暗挖段以及陸域明(míng)挖段三種不同結構的隧道(dào)連接而成。其中，255米長且下穿拱北口岸的拱北隧道(dào)暗挖段，其綜合造價達到了4億元，相當于每米接近160萬元。南都記者了解到，該255米長的拱北隧道(dào)暗挖段分為(wèi)上(shàng)下5層14個(gè)洞口，并與兩端的暗埋隧道(dào)相連，未來(lái)正式投入使用後，上(shàng)層為(wèi)香港到珠海方向，下層則為(wèi)珠海往香港方向。
珠海連接線
年底具通(tōng)車(chē)條件
伴随着昨日拱北隧道(dào)的全面貫通(tōng)，這也标志(zhì)着全長13 .4公裏的港珠澳大(dà)橋珠海連接線主體(tǐ)工程也終于實現了全線貫通(tōng)。據介紹，港珠澳大(dà)橋珠海連接線路線未來(lái)将采用雙向六車(chē)道(dào)高(gāo)速公路标準，設計(jì)速度80公裏/小(xiǎo)時(shí)，整體(tǐ)式路基寬度32米，分離式路基寬度16米。隧道(dào)6204米/2座，橋梁長5973米/3座，設人(rén)工島1處，同時(shí)還(hái)将建設南灣互通(tōng)、橫琴北互通(tōng)、洪灣互通(tōng)3處互通(tōng)立交以及口岸人(rén)工島連接匝道(dào)1處。
“珠海連接線東起珠澳口岸人(rén)工島，向西設拱北灣大(dà)橋連接珠海連接線人(rén)工島；采用海底隧道(dào)方式穿越拱北灣海域，城區(qū)隧道(dào)形式下穿拱北口岸；經茂盛圍軍事管理(lǐ)區(qū)後，經前山(shān)河(hé)特大(dà)橋跨越前山(shān)河(hé)；經中富工業園上(shàng)跨南灣大(dà)道(dào)後，經加林山(shān)隧道(dào)穿越将軍山(shān)；後以高(gāo)架橋形式繼續西行(xíng)至本項目終點洪灣，通(tōng)過西部沿海高(gāo)速公路接入國家(jiā)高(gāo)速公路網。”相關部門(mén)負責人(rén)稱。南都記者了解到，截至目前，港珠澳大(dà)橋珠海連接線一期工程洪灣互通(tōng)至橫琴北互通(tōng)至南灣互通(tōng)，已先後于去年1月和(hé)9月提前建成通(tōng)車(chē)。而按照目前計(jì)劃，港珠澳大(dà)橋珠海連接線将在今年10月完成全部土建施工，12月可(kě)完成交工驗收并具備通(tōng)車(chē)條件。
揭秘
地下“大(dà)冰箱”是如何煉成的
拱北隧道(dào)全線順利貫通(tōng)，标志(zhì)着港珠澳大(dà)橋珠海連接線關鍵核心技(jì)術(shù)取得(de)重大(dà)突破。其中，曲線管幕頂管成套施工技(jì)術(shù)、長距離大(dà)斷面水(shuǐ)平環向一次凍結技(jì)術(shù)，均填補了我國建築領域的空(kōng)白；淺埋超大(dà)斷面暗挖施工采用的“多(duō)層多(duō)部開(kāi)挖、立體(tǐ)交叉作(zuò)業”施工組織模式及安全風險管控措施可(kě)為(wèi)類似工程提供借鑒參考。
36根頂管安裝用了兩年
拱北隧道(dào)口岸暗挖段共長255米，采用曲線管幕+凍結法施工，是世界首座采用該工法施作(zuò)的雙層公路隧道(dào)，其管幕長度和(hé)凍結規模均創造了業內(nèi)新紀錄。拱北隧道(dào)暗挖段建設條件複雜，地層軟弱，富含地下水(shuǐ)，頂部覆土厚度不足5米。管幕凍結工程是拱北隧道(dào)暗挖段的核心，也是基礎。管幕由36根直徑為(wèi)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，給頂管的頂進帶來(lái)了難題。管幕離澳門(mén)關閘大(dà)樓樁基最近距離為(wèi)1.6米，離珠海免稅商場(chǎng)回廊樁基僅有(yǒu)46厘米。
為(wèi)了躲避隧道(dào)兩側密布的樁基，頂管被設計(jì)成了曲線，在建築物地下樁基間(jiān)穿梭就像在刀尖旁行(xíng)走，加大(dà)了管幕施工的難度。頂管從隧道(dào)一端的工作(zuò)井頂入，另一端穿出。出口事先預留好，頂管施工時(shí)必須将頂進誤差控制(zhì)在5厘米以內(nèi)，否則就會(huì)出現頂得(de)進去穿不出來(lái)的情況。
此外，由36根頂管組成的環形管幕圈與單根頂管頂進相比，其技(jì)術(shù)難度不是簡單的倍數(shù)關系，由于存在群管效應，單根頂管的頂進精度須嚴格控制(zhì)才能确保管幕的形成。“管幕工程的完成好比人(rén)身體(tǐ)的骨骼順利塑造完成，而下一步凍結工程就是利用冷卻鹽水(shuǐ)管道(dào)，通(tōng)過循環低(dī)溫鹽水(shuǐ)在骨骼上(shàng)塑造血肉，最終形成完整的‘人(rén)體(tǐ)’。”港珠澳大(dà)橋珠海連接線管理(lǐ)中心主任王啟銅介紹，自2013年6月第一根試驗管始發，至2015年5月最後一根頂管順利接收，曆時(shí)兩年。
暗挖段凍結成超大(dà)“冰箱”
拱北隧道(dào)暗挖段采用的超大(dà)斷面水(shuǐ)平環向一次凍結技(jì)術(shù)，是工程建設的另一個(gè)重難點，相當于以管幕為(wèi)“骨架”，完成一個(gè)高(gāo)23米，寬21米，厚2 .6米，縱向長度255米的大(dà)“冰箱”。如此大(dà)的一個(gè)凍結體(tǐ)系如何形成？如何實現精準凍土厚度控制(zhì)，确保不因凍脹影(yǐng)響口岸通(tōng)行(xíng)安全？工程完成後又如何解凍及降低(dī)凍土融化引起的地表下沉風險？區(qū)别于傳統凍結工法，拱北隧道(dào)暗挖段将凍結管路布置在管幕頂管內(nèi)，冷量通(tōng)過頂管傳遞給土體(tǐ)，最終使頂管間(jiān)土體(tǐ)降至負溫，土體(tǐ)中的水(shuǐ)結冰形成凍土，并将頂管包裹，利用管幕+凍土将隧道(dào)完全封閉，從而在開(kāi)挖期間(jiān)阻止頂管外側地下水(shuǐ)進入隧道(dào)，保證隧道(dào)施工安全。
針對長距離管幕凍結止水(shuǐ)問題，将管幕設置為(wèi)“實頂管”和(hé)“空(kōng)頂管”交替布置狀态。首先，需要驗證能否形成凍土帷幕的問題；其次，需要考慮隧道(dào)開(kāi)挖引起的熱擾動作(zuò)用下凍土帷幕是否能夠保持良好的止水(shuǐ)狀态；另外，須嚴格控制(zhì)凍土體(tǐ)積以限定凍脹量，确保口岸地表及建築物變形不影(yǐng)響正常通(tōng)關。為(wèi)此，項目工程師(shī)提出了在管幕鋼管內(nèi)部布置“圓形主力凍結管”、“異形加強凍結管”和(hé)“升溫鹽水(shuǐ)限位管”三種特殊管路構成的國內(nèi)外前所未有(yǒu)的凍結方案。
首先，為(wèi)了實現凍結圈成環，工程師(shī)經過精細驗算(suàn)，确定在暗挖段兩邊各設一個(gè)凍結站(zhàn)，以确保冷量持續供給，對管幕圈不間(jiān)斷實施控制(zhì)凍結，日均耗電(diàn)量近10萬度。如何确保沒出凍土的厚度？工程師(shī)們在暗挖段凍結圈周圍共布設了10000多(duō)個(gè)溫度監測元器(qì)件，并實時(shí)對監測數(shù)據進行(xíng)反複的排查、處理(lǐ)。通(tōng)過調整鹽水(shuǐ)流量、溫度及限位管等措施對凍結參數(shù)不斷進行(xíng)調整。拱北隧道(dào)暗挖段凍結工程自2016年1月中旬正式開(kāi)機啓動，至5月底，凍結圈厚度即達到設計(jì)要求。管幕凍結止水(shuǐ)帷幕的形成，在隧道(dào)周圍形成了強大(dà)的超前預支護體(tǐ)系，為(wèi)隧道(dào)開(kāi)挖提供了安全保障。
上(shàng)千萬個(gè)監測元器(qì)件充當“眼睛”
拱北隧道(dào)暗挖作(zuò)業其次要解決凍土開(kāi)挖困難、施工工效低(dī)的問題。随着凍結時(shí)間(jiān)的持續，隧道(dào)內(nèi)部凍土發展厚度與凍土強度遠遠超出預料，常規的岩土爆破、靜态爆破等開(kāi)挖方式在這種工況下均不可(kě)行(xíng)。采用大(dà)型破除設備，導洞淨空(kōng)太小(xiǎo)，設備無法進行(xíng)作(zuò)業；采用小(xiǎo)型挖機配備旋挖鑽頭，機體(tǐ)太輕，開(kāi)挖凍土效率太低(dī)，工程一度陷入凍土開(kāi)挖困難的被動局面。
經過不斷的設備選型和(hé)組織調整，最後形成微台階開(kāi)挖工法，即利用小(xiǎo)型挖掘機破碎錘開(kāi)挖凍土，每個(gè)導洞分做(zuò)三個(gè)微小(xiǎo)台階，每個(gè)小(xiǎo)台階配置一台小(xiǎo)型挖掘機破碎錘，人(rén)工配合修邊，很(hěn)大(dà)程度上(shàng)提高(gāo)了開(kāi)挖工效。
另外，拱北隧道(dào)暗挖作(zuò)業要确保隧道(dào)始終在封閉止水(shuǐ)的條件下進行(xíng)。随着隧道(dào)開(kāi)挖的進行(xíng)，管幕及凍土暴露在空(kōng)氣之中，隧道(dào)機械開(kāi)挖産生(shēng)熱量、隧道(dào)通(tōng)風産生(shēng)的空(kōng)氣對流以及混凝土施工産生(shēng)的水(shuǐ)化熱等，都會(huì)對凍土帷幕産生(shēng)不利影(yǐng)響，造成凍土消融。怎樣保證在隧道(dào)開(kāi)挖引起的熱擾動作(zuò)用下凍土帷幕能夠保持良好的止水(shuǐ)狀态，同時(shí)又要避免凍土發展過快引起隧道(dào)上(shàng)方拱北口岸地表變形？布設在凍結圈內(nèi)成千上(shàng)萬個(gè)監測元器(qì)件充當了工程師(shī)的“眼睛”，适時(shí)告訴工程師(shī)及時(shí)調整凍結參數(shù)，保證凍結效果。
