港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道全线贯通

作者:达科机电设备(北京)有限公司发布时间:2019-05-06

港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道全线贯通

  2017年4月10日,历时近5年的超大断面曲线管幕顶管施工、超长距离水平环向冻结完成后,经过近1年的艰苦努力,港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道工程完成全部5台阶14步开挖开挖作业,顺利实现隧道全线贯通。

  珠海连接线是港珠澳大桥的重要组成部分,而拱北隧道是项目的关键控制性工程,由广东省南粤交通投资建设有限公司下属港珠澳大桥珠海连接线管理中心负责建设管理,由中铁十八局集团有限公司具体承建。拱北隧道全长2741米,由海中隧道和城市地下隧道组成,按照“先分离并行,再上下重叠,最后又分离并行”的形式设置,包括海域人工岛明挖段、口岸暗挖段及陆域明挖段等不同结构形式和施工工法。其中,口岸暗挖段采用255米曲线管幕+冻结法施工,是世界首座采用该工法施作的双层公路隧道,其管幕长度和冻结规模均创造了业内新纪录。

  拱北隧道暗挖段建设条件复杂,地层软弱,富含地下水,顶部覆土厚度不足5米,开挖断面宽约19米,高约21米,达科机电设备(北京)有限公司,开挖轮廓面积达336.8平方米,是同类型公路隧道的3倍多,需采用5台阶14步多导坑分部开挖作业,其工程施工技术难度大、安全风险高,是业内极具挑战性的公路工程建设项目之一。管幕冻结工程是拱北隧道暗挖段的核心,也是基础。管幕由36根直径为1.62米的钢管组成,平均长255米。自2013年6月第一根试验管始发,至2015年5月最后一根顶管顺利接收,历时两年。拱北口岸下方桩基与管线星罗棋布,给顶管的顶进带来了难题。管幕离澳门关闸大楼桩基最近距离为1.6米,离珠海免税商场回廊桩基仅有46公分。为了躲避隧道两侧密布的桩基,顶管被设计成了曲线,在建筑物地下桩基间穿梭就像在刀尖旁行走,加大了管幕施工的难度。顶管从隧道一端的工作井顶入,另一端穿出。出口事先预留好,顶管施工时必须将顶进误差控制在5公分以内,否则就会出现顶得进去穿不出来的情况。此外,由36根顶管组成的环形管幕圈与单根顶管顶进相比,其技术难度不是简单的倍数关系,由于存在群管效应,单根顶管的顶进精度须严格控制才能确保管幕的形成。管幕工程的完成好比人身体的骨骼顺利塑造完成,而下一步冻结工程就是利用冷却盐水管道,通过循环低温盐水在骨骼上塑造血肉,最终形成完整的“人体”。拱北隧道暗挖段采用的超大断面水平环向一次冻结技术是工程建设的另一个重难点,相当于要以管幕为“骨架”,完成一个高23米,宽21米,厚2.6米,纵向长度255米的一个大“冰箱”。俗话说“冰冻三尺非一日之寒”,如此大的一个冻结体系如何形成?如何实现精准冻土厚度控制,确保不因冻胀影响口岸通行安全?工程完成后又如何解冻及降低冻土融化引起的地表下沉风险?这一系列的问题是工程师们必须面临和解决的难题。

港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道全线贯通

  区别于传统冻结工法,拱北隧道暗挖段将冻结管路布置在管幕顶管内,冷量通过顶管传递给土体,最终使顶管间土体降至负温,土体中的水结冰形成冻土,并将顶管包裹,利用管幕+冻土将隧道完全封闭,从而在开挖期间阻止顶管外侧地下水进入隧道,保证隧道施工安全。针对长距离管幕冻结止水问题,将管幕设置为“实顶管”和“空顶管”交替布置状态。首先,需要验证能否形成冻土帷幕的问题;其次,需要考虑隧道开挖引起的热扰动作用下冻土帷幕是否能够保持良好的止水状态;另外,须严格控制冻土体积以限定冻胀量,确保口岸地表及建筑物变形不影响正常通关。为此,确立了“冻起来、抗弱化、控冻胀”的理念,提出了在管幕钢管内部布置“圆形主力冻结管”、“异形加强冻结管”和“升温盐水限位管”三种特殊管路构成的国内外前所未有的冻结方案。由于水结冰形成冻土挤压周围土体,对周围环境影响较大,必须将冻土体积控制在一定范围内。既要达到封水的目的,又不能影响周边环境,这就需要精细化的控制,动态调整冻结参数。首先,为了实现冻结圈成环,工程师经过精心细致的验算,确定在暗挖段两边各设一个冻结站,其中一边设置冷冻机组17台,另一边设置冷冻机组8台,以确保冷量持续供给,对管幕圈不间断实施控制冻结,日均耗电量近10万度。配备足够的冷冻机组后,如何确定每一个点都能够达到设计要求的冻土厚度?局部未达到冻结厚度怎么处理?局部冻土厚度发展过快造成地表变形怎么办?针对这些问题,工程师们在暗挖段冻结圈周围共布设了10000多个温度监测元器件,并实时对监测数据进行反复的排查、处理。通过调整盐水流量、温度及限位管等措施对冻结参数不断进行调整。通过参建各方的共同努力,拱北隧道暗挖段冻结工程自2016年1月中旬正式开机启动,至5月底,冻结圈厚度即达到设计要求。