本文比較詳細地介紹了港珠澳大橋的社會、經濟意義和大橋主體工程的橋位，及工程規模、主要技術標準、主要建設條件、總體設計、橋樑方案、隧道方案、人工島方案，提出了大橋的挑戰以及基本對策與設計指導思想。
1、工程概況
港珠澳大橋跨越珠江口伶洋海域，是連接香港特別行政區、廣東省珠海市、澳門特別行政區的大型跨海通道，是國家高速公路網規劃中珠江三角洲地區環線的組成部分和跨越伶們洋海域的關鍵性工程，是我國繼三峽工程、青藏鐵路、京滬高鐵後又一項超級工程，是當今世界上規模最大、標準最高、技術最複雜的橋、島、隧一體化的集群工程，它是我國邁向橋樑及交通建設強國的里程碑項目。
大橋的建設將進一步完善國家和粵港澳三地的綜合運輸體系和高速公路網絡，密切珠江西岸地區與香港地區的經濟、社會聯繫，改善珠江西岸地區的投資環境，加快產業結構調整和佈局優化，拓展經濟發展空間，提升珠江三角洲地區的綜合競爭力，保持港澳地區的持續繁榮和穩定，促進珠江兩岸經濟社會協調發展，將加速珠江三角洲社會、經濟一體化的進程。大橋與區域路網的關係如圖1所示。
圖1 港珠澳大橋與區域路網關係
2、橋位及工程規模
大橋東岸登陸點位於香港大嶼山機場西南的散石灣，西岸珠海登陸點為拱北，澳門登陸點為明珠。工程建設包括三項內容：
（1）海中橋隧主體工程。
（2）香港、珠海及澳門三地人工島口岸工程。
（3）香港、珠海及澳門三地連接線及配套工程。
根據三地達成的共識，海中橋隧主體工程由粵港澳三地共同建設；三地口岸和連接線由三地各自負責建設。項目工程內容及總平面佈置如圖2所示。
圖2 港珠澳大橋項目總平面佈置
海中橋隧主體工程總長約29.6km，東起自粵港分界線，西止於珠海/澳門口岸人工島，採用橋隧組合方案，穿越伶西航道和銅鼓航道段約6km，採用隧道方案，其餘約22.9km段採用橋樑方案，包括：青州航道橋、江海直達船航道橋、九洲航道橋和非通航孔橋。為實現橋隧轉換和設置隧道通風井，主體工程隧道兩端各設置一個海中人工島，東、西人工島各長約625m，造陸面積各約為10m2。
香港口岸位於香港國際機場東北面填海興建，佔地約130公頃（130萬m2），分別與港珠澳大橋、香港國際機場及屯門至赤懶角連接路相接。珠海口岸和澳門口岸在澳門明珠點附近內地水域填海同島設置，填海面積217公頃（217萬m2）。珠海連接線起自珠海口岸人工島，經灣仔、珠海保稅區北，止於珠海洪灣，接擬建的珠江三角洲地區環線高速公路珠海南屏至洪灣段，全長約13.9km；全線在南灣、橫琴北、洪灣等3處設置互通式立交。澳門連接線（橋）起自澳門口岸，連接至規劃建設的澳門填海A區，長約150m。香港連接線起自粵港分界線的大橋主體工程，經香港口岸人工島，連接至大嶼山高速公路，全長約15km。港珠澳大橋自香港大嶼山東湧至珠海拱北的主線橋隧工程總長約50km，是世界最長的橋隧組合工程。
3、主體工程主要技術標準
主體工程採用六車道高速公路標準，同時滿足內地及香港規範要求，主要技術標準為：
（1）公路等級：高速公路。
（2）設計速度：海中橋樑、隧道設計速度為100km/h，進口岸前逐步限速；珠澳口岸人工島互通設計速度採用40km/h；東、西隧道人工島島上匝道設計速度採用30km/h。
（3）行車道數：雙向六車道。
（4）設計壽命：120年。
（5）建築限界：路面總寬度33.10m。
（6）最大縱坡：≤3%。
（7）路面橫坡：橋面橫坡2.5%；隧道路面橫坡1.5%。
（8）設計荷載：汽車荷載採用公路-I級，同時滿足香港《Structure design manual for highways and railways》中規定的活載要求。
（9）設計最高通航水位：3.52m（1985國家高程基準）。
（10）設計最高水位：3.82m（1985國家高程基準）。
（11）設計通航淨空：橋區通航孔設置以及通航孔淨空尺度要求見表1。
表1 各通航孔淨空尺度表
（12）地震設防標準：地震基本烈度為Ⅶ度。
①對於隧道、通風豎井、人工島的地震設防標準考慮兩種重現期定義，對應於兩種極限狀態：
工作狀態120年；極限狀態1200年。
②對於橋樑的非通航孔橋的地震設防標準有三種重現期定義，對應三種極限狀態：工作狀態120年；極限狀態600年；結構完整性狀態2400年。
③對於單孔跨度大於150m的橋樑的地震設防標準有三種重現期定義，對應三種極限狀態：
工作狀態120年；極限狀態1200年；結構完整性狀態2400年。
（13）設計洪水頻率：1/300。
4、主要建設條件
建設條件的特點分述如下：
4.1氣象特徵
大橋處於南亞熱帶海洋性季風氣候區，工程區年平均氣溫在22.4~23℃之間，實測極端最高氣溫為38.9℃，極端最低氣溫-1.8℃。
橋址區域年盛行風向以東南偏東和東風為主，熱帶氣旋影響十分頻繁，平均每年2個左右，最多時每年可達6個，自4月至12月均有可能發生，主要集中在6月至l0月。橋區重現期120年10min平均風速達48.7m/s。
4.2水文特徵
工程區水域寬闊，水下地形具有中西部寬淺、東部窄深的顯著特點，九洲航道橋以西水深在3~4m之間（1985國家高程基準，下同），九洲航道橋至江海直達船航道橋之間水深為4~5m之間，江海直達船航道橋至青州航道橋之間水深為5~6m之間，青州航道橋至西人工島之間水深為6~8m之間；西人工島以東工程沿線水域水深較深，沿線水深基本在8m以上，其中大濠水道最深處可達17m左右，10m深槽寬度達2.3km左右，如圖3所示。
圖3 工程沿線水下地形示意圖
注：上圖中各等深線（原圖為彩色，黃線-1~4m，綠線-5~9m，青線-10~14m，藍線-15m及以上，本書為單色無法分辨，僅供參考）
橋區海域為不規則半日潮海區，水位在一個潮週期內變化相對較平緩。實測最高潮位3.52m，最低潮位-1.32m，最大潮差3.58m，最小潮差0.02m，平均海平面
0.54m；300年一遇設計高水位為3.82m，低水位為-1.63m。潮流呈現往復流運動形式，具有落潮流速大於漲潮流速，中部海域潮流流速比兩邊大的特點。漲急時垂線平均流向基本為N向，落急時垂線平均流向基本為S向；實測最大流速2m/s，垂線最大平均流速1.36m/s。
根據九澳站1986年~2001年波浪觀測資料統計，波浪常浪向為SE、SSW和S向，出現頻率分別為20.024%、18.693%和16.907%；強浪向為ESE~S向；有效波高大於1m的波出現頻率為4.96%。依據橋址站2007年4月~2008年3月和2008年6月~10月實測資料，實測最大有效波高（H，）3.64m，週期（T）為5.3s，波向為SSW向。
依據橋墩前墩前行近流速、橋墩寬度、墩形、水深、床沙粒徑、水流交角等資料，按交通運輸部頒佈的《公路工程水文勘測設計規範》（JTGC30-2003）對基礎沖刷進行了計算，具體成果見表2。
表2 100年一遇水文條件下衝刷計算成果表
注：非通航孔橋1——係指跨度110m，非通航孔橋2——係指跨度85m。
4.3航運特點
橋區所在的水域寬闊，航道眾多，航線複雜、通航船型類型眾多、船舶通航密度大、通航要求高，航行安全管理要求高。工程沿線從西至東有九洲航道、江海直達船航道、青州水道、伶們西航道、銅鼓航道和香港側航道；現狀平均每天船舶交通流量可達4000艘次，每年可達150萬艘次。
4.4地質特徵
大地構造上，本工程近場區主要處於華南褶皺系粵北、粵東北一粵中坳陷帶的永梅一惠陽坳陷，區域構造穩定，適合大橋建設。
工程主線區覆蓋層厚24.0~89.3m，按成因時代、巖性特徵可劃分為5個大層組。其中，第一層組為全新統海相沉積的淤泥、淤泥質黏土和淤泥質黏土夾砂等軟土，工程性能極差；第二層組主要為晚更新統晚期陸相沉積的軟~可塑狀黏土，其埋藏淺、層厚較薄、分佈不均勻；第三層組主要為晚更新統中期海相沖積的淤泥質粉質黏土、淤泥質黏土和軟~可塑狀黏土，以軟弱-中軟土為主，工程性能亦很差；第四層組為晚更新統早期河流相沖積物，以中密~密實砂類土為主，承載力較高，在基岩理藏較深的地段，可作為基礎持力層；第五層組為基岩風化層，工程性能較好，但據已有鑽探及物探資料分析，基岩頂面起伏變化很大，風化差異顯著，沿橋位線共分佈有4個風化深精，寬達430~1000m，深槽內全、強風化層厚度多大於40m。
軟土分佈廣、工程性能差、基岩面起伏大及存在風化深精是工程建設中需重點關注的地質問題。
橋址區地下水可劃分為鬆散巖類潛水、承壓水和基岩裂隙水三大類型。水樣分析結果表明，海水和地下水化學成分相似，對混凝土、鋼筋混凝土和鋼結構具有較強腐蝕性。
4.5航空限高要求
香港大的山機場位於大橋東岸登陸點附近，澳門機場位於大橋西岸附近。大橋部分線位位於香港、澳門機場飛機起飛和降落的飛行區內，工程方案的選擇需滿足大的山機場和澳門機場航空限高要求。大嶼山機場和澳門機場臨近大橋登陸點附近辭有禁航水域，大橋的施工組織設計應考慮這一因素。
4.6環保要求
大橋線位穿過了珠江口中華白海豚保護區的核心區、緩衝區、試驗區，在方案設計及工程建設中需採取切實有效的環保措施。
4.7水利防洪要求
為降紙大橋建設對珠江口水利防洪影響，水利部門要求大橋阻水比控制在10%以內，並將非通航孔橋承臺全部埋入海床面以下。
5、主體工程總體設計
5.1項目建設面臨的挑戰
港珠澳大橋所處的特殊區位、建設條件和具有的多重功能決定了它面對的四大挑戰：建設管理的挑戰、工程技術的挑戰、施工安全的挑戰、環境保護的挑戰。
5.2總體設計目標
三地政府提出本項目的建設目標為：建設世界級跨海通道、為用戶提供優質服務、成為地標性建築。總體設計需滿足建設目標並充分考慮建設條件，達到“安全、耐久、環保、經濟”的總體目標。
5.3總體設計指導思想
根據主體工程建設面臨的挑戰、特點及建設條件，總體設計及方案設計的指導思想如下：
（1）全面實現“工廠化、大型化、標準化、裝配化”工法為總體設計思想，以適應工程區颱風影響、航運複雜、環保要求的特點，保證施工安全及航運安全、確保工程質量、降低現場工作量、減少海中作業時間、保護海洋生物、保障工期。
（2）方案總體佈置中以儘量減少阻水比，滿足水利部門要求為目標。
（3）注重景觀設計，充分進行橋樑及人工島總體方案比選。
（4）總體設計充分考慮為運營養護提供方便，按照“需求引導設計“思想開展設計工作。
（5）本工程專業廣、接口多，總體設計中注重各專業接口的協調及平衡，使之達到總體最優的目標。
5.4總體平、縱面設計
平面設計主要考慮：與香港側工程在平面上順接，滿足雙方要求；為降低隧道出口段的設計施工難度，隧道起點段路線取為5500m不設超高的大半徑圓曲線；保證通航孔橋位於直線段，降低通航孔橋設計施工難度；儘量減少與水流夾角；平面曲線指標儘量提高，按不設超高控制，處理好平縱配合設計：妥善處理好主線與東、西隧道人工島及珠澳口岸人工島重道佈置；平面設計線形如圖2所示。
縱面按主線最大縱坡小於3%控制設計，各控制點高程滿足通航要求及機場航空限高要求。
航道橋縱斷設計原則為：豎曲線長度宜包含整個通航孔橋長（路線範圍內應為凸曲線），通航孔橋橋樑中心兩側縱坡應對稱，即將通航孔橋範圍內的變坡點放在橋樑中心位置。兩通航孔橋間非通航孔橋推薦平坡方案，通過2.5%的橫坡及適當增設雨水管解決排水問題。隨道段縱斷面設計原則為：儘量減短人工島長度，減少基精開挖量，隧道段採用W形坡。
5.5橋樑總體跨徑佈置
5.5.1通航孔橋佈置
青州航道橋橋跨佈置為110+126+458+126+110=930m；江海直達船航道橋橋跨佈置為129+2×258+l29=774m；九洲航道橋橋跨佈置為85+150+298+150+85=768m，均滿足通航要求。
5.5.2主線非通航孔橋佈置
江海直達船航道以西，水深3~4m，基岩埋深24~55m，小跨徑為經濟跨徑，為減少橋嫩數量並減少阻水率，適當增大跨徑，推薦採用85m等跨；江海直達船航道橋以東，水深5～10m，基岩埋深60~89m。該處位於潮流主通道，採用較大跨徑，以減少阻水率。為在經濟性與阻水率之間獲得一個平衡的跨徑，經經濟技術比較後推薦採用1l0m等跨：同時，為實現江海直達船航道兩側景觀協調一致，在其西側一定範圍與東側對稱佈置了10孔110m跨非通航孔。
5.5.3人工島結合部非通航孔橋佈置
人工島結合部採用合理壓低橋樑起始處高程來縮短人工島長度，按照300年一遇洪水加浪高不進入橋面為原則.浪高影響範圍內橋坡與主樑固結，取消支座。為抵抗梁體承受的波浪力，臨島附近橋樑採用小跨徑，採用不鏽鋼鋼筋及增加混凝土政密性解決耐久性問題。島橋連接處構造如圖4所示。
（1）粵港分界線至東人工島段橋跨佈置為2×（3×47.5）m+3×35m，結構外形及風格與香港側保持一致。
（2）西人工島島橋結合段橋跨佈置為2×（3x44）m。
圖4 島橋結合部縱向位置關係圖（尺寸單位：cm）
5.5.4珠澳口岸連接匝道橋
珠海、澳門口岸內客、貨檢分區設置，在大橋與口岸連接處需設置定向立交橋，使客、貨車進出各自查驗區。主線橋採用48×4m+30m一聯的預應力混凝土連續箱梁，各匝道橋上部主樑採用25~40m跨單箱單室等截面連續箱梁。
5.6隧道方案及佈置
經對沉管工法及盾構工法進行深入比選後，為減小隧道人工島長度，減小對水流的長期影響，降低施工風險，推薦採用沉管法，隧道縱斷面佈置如圖5所示。
圖5 沉管隧道縱斷面佈置
首節管段與暗埋段相接處管底高程確定為-12.5m，暗埋段幹施工時的水頭差控制在15m以內，降低工程難度及風險；同時，為儘量縮短人工島長度，在島隧結合部，島頭合理向島身移動，部分管節露出海床，對此部分管節參考國際上厄勒海峽及韓國釜山隧道經驗，採用特殊的大型塊石及鎖管石塊進行覆蓋鎖定防護，沉管隧道兩側採取防撞措施，避免露出海床的沉管船撞風險。
5.7隧道人工島佈置
為實現橋隧轉換，設東、西兩人工島，東人工島西邊距銅鼓航道中心1563m，採用橢圓形佈設，形似“蠔貝”，島長625m，總面積為103161m2；西人工島東邊距伶們西航道中心2018m，也為橢圓形島，島長625m，總面積為97962m2。
為減少阻水效應，兩島均位於-10m等深線以外。
5.8橋、島、隧總體佈置
主體工程主線立面總體佈置如圖6所示，橋、島、隧工程總阻水比小於10%。
圖6 主體工程橋、島、隧總體佈置（尺寸單位：m）
6、橋樑方案
橋樑工程包括青州航道橋，江海直達船航道橋，九洲航道橋以及深水區非通航孔橋，淺水區非通航孔橋，與東、西人工島相接處非通航孔橋等。
6.1通航孔橋
本項目各通航孔橋跨徑中等，最大458m，橋樑技術難度不大，國內外均有許多成熟經驗。通航孔橋方案選擇的重點在於景觀，九洲航道橋及江海直達船航道橋均選用中央索麵斜拉橋，為保證三座通航孔橋風格一致性，青州航道橋採用中央索麵斜拉橋（暫定，也有可能採用雙索麵斜拉橋）。
6.1.1青州航道橋
為雙塔獨柱鋼箱梁斜拉橋，橋跨佈置110+126+458+126+110=930m（圖7、圖8），半漂浮體系。塔、輔助墩、過渡墩處設置阻尼提高抗震性能，塔區附近橋面設置風障，保證大風時行車安全。
主樑為大懸臂單箱三室倒梯形截面，如圖9所示，梁頂寬41.5m，底寬23.4m，梁高4.5m，頂板懸臂長度為5.5m，標準梁段長度為15m，拉索錨固位置位於中央直腹板處。
考慮增大正交異性板剛度以改善正交異性板疲勞並利於鋼橋面鋪裝，頂板最小板厚18mm。
斜拉索採用接近豎琴型雙索麵，每個塔上有14對斜拉索，樑上索距為15m，塔上索距為7.5~9m；採用平行鋼絲成品斜拉索。
圖7 青州航道橋方案橋型總體佈置（尺寸單位；cm）
圖8 青州航道橋方案效果圖
圖9 青州航道橋主樑標準橫截面（尺寸單位：mm）
索塔為中央獨柱型混凝土塔，塔高（含塔冠）180.0m，在下塔柱頂部設置牛腿，下塔柱高度為45.0m，上塔柱高度為135.0m。下塔柱斷面為倒角空心菱形斷面，上塔柱斷面為空心矩形斷面。塔底5m採用實心斷面。
索塔基礎均採用群樁基礎，承臺採用八邊形，承臺下設36根直徑2.5~2.2m的鋼管複合樁，最大樁長為118.8m，按照支承樁設計。
輔助墩及過渡墩採用整體基礎、整體墩身的結構形式，墩身採用與引橋墩身形式一致的矩形斷面，墩高分別為40.7m和37.55m，斷面尺寸為16m×4m。採用群樁基礎，樁基採用鋼管複合樁，承臺採用八邊形，外輪廓尺寸為24m×39.5m，承臺厚3m，二承臺厚2.5m。承臺下設20根直徑2.5~2.2m的鋼管複合樁，最大樁長為100.8m，按照摩擦樁設計。
索塔及輔助墩過渡墩基礎規模及結構由地震工況控制，經驗算，自身可抵抗船撞荷載，因此考慮採用結構自身防撞的思想進行防船撞設計，承臺周邊設置消能及緩衝設施。
6.1.2江海直達船航道橋
為三塔獨柱鋼箱梁斜拉橋，橋跨佈置為129+258+258+129=774m，主要設計思路同青州航道橋。主樑為倒梯形、帶懸臂整幅單箱三室截面，斜拉索採用接近豎琴型雙索麵，索塔為中央獨柱型混凝土塔，索塔基礎均採用群樁鋼管複合樁基礎，主橋跨佈置如圖10所示，方案效果圖如圖11所示，主樑標準橫斷面如圖12所示。
圖10 江海直達船航道橋橋型總體佈置（尺寸單位：cm）
圖11 江海直達船航道橋方案效果圖
圖12 江海直達船航道橋主樑標準橫截面（尺寸單位：mm）
6.1.3九洲航道橋
為風帆塔雙塔獨柱鋼箱梁斜拉橋，橋跨佈置為85+150+298+150+85=768m（圖13、圖14），兩個索塔皆與主樑固結，輔助墩設豎向支撐，過渡墩設豎向支撐及橫向抗風支座。在縱向，在三個索塔處設置縱向阻尼裝置提高抗震性能。
圖13 九洲航道橋橋型總體佈置（尺寸單位：cm）
圖14 九洲航道橋效果圖
主樑為倒梯形、帶懸臂整體單箱三室截面（圖15），梁頂寬39.1m，底寬22.8m，梁高3.575m，頂板懸臂長度為5.5m，標準梁段長度為16m，拉索錨固位置位於中央直腹板處。
斜拉索採用豎琴型中央單索麵，樑上索距為16m，塔上索距為9.63m。
索塔為風帆形中央獨柱型鋼塔，塔高（含塔冠）塔頂高程136.190m，曲臂由三組平行鋼管件連接到鋼塔的主垂直構件。主塔柱是鋼一混凝土組合結構，外部為鋼結構，易於製造和安裝；內部為混凝土結構，以便有效地傳遞豎向力，並減少鋼材用量。
基礎採用鋼管複合樁群樁基礎，承臺外輪廓尺寸為47.75m×26.70m，承臺厚5m。承臺下設22根直徑2.5/2.2m的鋼管複合樁，最大樁長86m，按嵌巖樁設計，考慮鋼管參與受力。
輔助墩、過渡墩均採用整體基礎、整體墩身的形式，墩身採用與引橋墩身形式一致矩形斷面。輔助墩承臺下設16根直徑2.5/2.2m的鋼管複合樁，最大樁長74m，過渡墩承臺下設6根直徑2.5/2.2m的鋼管複合樁，最大樁長79m，均按嵌巖樁設計，考慮鋼管參與受力。
圖15 九洲航道橋主樑標準橫截面（尺寸單位：cm）
6.2非通航孔橋
通過對整墩整箱鋼箱梁、整墩分幅鋼箱疊合梁及分墩分幅預應力混凝土梁及整墩整幅混凝土梁、整墩分幅混凝土梁、整墩整幅鋼箱疊合梁深入比較，為增加大橋景觀、利於防撞、減少對水流影響、利於抗震、減少基礎規模、減少施工風險、保證結構壽命及耐久性角度，考慮成本/壽命比價值最大，推薦採用整墩整箱鋼箱梁，設置減隔震支座提高結構抗震能力，為減少阻水比，非通航孔橋承臺全部埋入海床。實現“工廠化、大型化、標準化、裝配化”施工，基礎採用鋼管複合樁、預製承臺及預製空心墩身，整孔鋼樑整體吊裝施工。如圖16、圖17所示。
6.2.1深水區非通航孔橋
為110m等跨整幅鋼箱連續梁深水區非通航孔橋，共13.89km長，位於江海直達船航道橋以東（K13+437~K17+593，K18+523~K27+323）及以西（K28+097~K29+197），該處位於潮流主通道，宜採用較大跨徑，以減少阻水率，選擇110m等跨佈置；為實現江海直達船航道兩側景觀協調一致，在其西側一定範圍需與東側對稱佈置。標準聯採用6孔一聯，等跨等截面佈置，連續梁結構。
圖16 整幅整箱方案標準橫截面佈置（尺寸單位：cm）
圖17 整幅整箱方案效果圖
主樑採用單箱雙室整幅等梁高鋼箱梁，全寬33.1m，梁高4.5m，頂板挑臂長度5.5m，考慮增大正交異性板剛度以改善正交異性板疲勞並利於鋼橋面鋪裝，頂板最小板厚18mm，整跨梁吊裝重量2270t。
基礎採用鋼管複合樁。鋼管複合樁採用變截面樁，鋼管壁厚22mm，鋼管全長範圍內澆注填芯混凝土。低墩區採用6根基樁，有鋼管段直徑200cm，無鋼管段直徑180cm，承臺尺寸為9.9m×14.4m×4.85m，預製承臺及其上連帶墩身重量為23001；高墩區採用6根基樁，有鋼管段直徑220cm，無鋼管段直徑200cm，承臺尺寸為10.6m×l5.6m×5.0m，預製承臺及其上連帶墩身重量為2600t。
承臺及墩身均採用預製安裝方案，為減少墩身重量，預製墩身採用空心墩，承臺與首節墩身一體預製及安裝，並將墩身接縫設於浪濺區以上，以提高接縫的耐久性。橋墩採用空心薄壁形式，墩高小於等於26m的墩身採用3.5m×10.0m截面，墩高大於26m高墩區墩身採用4.0m×10.0m截面。墩頂8m範圍內在橫橋向由10m加寬至14m。
6.2.2淺水區非通航孔橋
為85m 跨整墩整幅鋼箱連續梁（圖18）
圖18 整墩整幅鋼箱連續梁標準橫斷面（尺寸單位：mm）
淺水區非通航孔橋共長約5.4km，位於江海直達船航道以西（K29+197~K33+702、K34+470~K35+370），水深3~4m，採用85m等跨佈置，淺水區設計思路及構造外形同深水區非通航孔橋，只因跨徑減小，結構尺寸減小及對設備要求降低。採用六跨一聯（6×85m=510m）連續梁結構。
與深水區110m非通航孔橋保持外觀上的一致性，採用相同的懸臂長度和腹板斜度，梁高則由深水區110m梁的4.5m降到3.5m，主樑採用單箱三室帶肋整帽架，對稱佈置.梁高3.5m，頂板寬33.1m，板厚18mm。整跨梁吊裝重量17001。
基礎採用鋼管複合變截面樁，鋼管壁厚22mm，鋼管全長範圍內澆築填芯混凝土。低裝區採用4根基樁，有鋼管段直徑200cm，無鋼管段直徑180cm，承臺尺寸為10.2m×ll.2m×4.85m；高墩區採用4根基樁，有鋼管段直徑220cm，無鋼管段直徑200cm，承臺尺寸為11.1m×12.75m×4.85m。
橋嫩採用工廠預製現場節段拼接方案，通過預應力幹接縫連接，墩高小於等於26m的數身採用10m×3.0m帶倒角矩形截面，墩高大於26m高墩區教身採用10m×3.5m帶倒角矩形截面，採用等截面墩身到距離墩頂部8m處逐漸打開到18.46m寬。
考慮預製場的轉運設備及現場安裝的吃水要求，嫩身分段預製時節段重量控制在15001左右。預製橋墩的承臺頂面至+8.000m高度的教身範圍內採用防腐鋼筋，其餘部分均為普通鋼筋。
6.2.3西人工島結合部非通航孔橋
西人工島結合部自隧道敞口段與橋樑的分界線K13+149~K13+413.總長264m，橋跨佈置為（3×44）m+（3×44）m，3跨一聯，過渡墩上設支座，中間墩墩梁固結。採用分嫩分福預應力混凝土方案，箱梁連續變寬，橋面平均寬度在20m左右，設計採用雙室三腹板的預應力混凝土箱梁。
6.2.4東人工島結合部非通航孔橋
粵港分界線K5+972.454~K6+362.454為東人工島結合部橋樑，總長390m，橋跨佈置為2x（3×47.5）m+（3×35）m，3跨為一聯，過渡墩設支座，中間支點採用墩梁固結。
結構外形與香港側保持一致，採用分兼分解預應力混凝土方案，箱梁連續變寬，橋面平均寬度在20m左右，設計採用雙室三覆板的預應力混凝土箱梁。
7、隧道方案
7.1隧道方案特點
（1）全長5990m（不含橋隧過渡段，沉管段長5664m，現澆暗埋段長各163m），建成後為世界最長的沉管隧道。
（2）為綜合技術難度非常高的隧道工程，表現在：
①長度近6km、管底最大埋深達45m；對安全運營系統及結構帶來難度；
②橫截面寬近38m；管頂覆蓋層受荷過程複雜，為不均勻同淤；
③地質不均勻，表層軟土性能差；沉管隧道不均勻沉降控制是關鍵；
④海洋環境；與新填人工島連接；島隨結合部完好連接並協調是關鍵。
7.2橫截面設計
結合通風方式，採用兩孔一管廊橫斷面，兩側為行車道孔，中間為綜合管廊，管廊內分為三層，上層為專用排煙通道，中層為橫向安全通道，下層為電纜溝和海底泵房。隧道中隔牆上每間隔90m設置一處逃生安全門，連通兩行車道孔及橫向安全通道。中間管廊則根據排煙道面積、安全通道高度以及給排水管道高度等綜合需求確定。隧道段主體結構路拱橫坡採用l.5%：沉管隧道橫斷面佈置如圖19所示。
圖19 兩孔一管廊隧道斷面
7.3縱斷面設計
隧道縱面形式直接關係到隧道最大埋深、水下作業難度以及基槽開挖量的大小等。根據隧道區航道佈置情況，本項目沉管隧道縱斷面可採用V形或W形，為了儘可能提高隧道設計高程、減少基槽開挖量，並滿足隧道內最小排水縱坡0.3%的需要，在伶們西及銅鼓（預留）兩主航道間的K8+135~K10+945段採用坦W形斷面，兩航道中間設高點，最低點設兩處，分別位於靠近主航道的下方，便於運營期廢水的排放。沉管隧道縱斷面佈置如圖20所示。
圖20 沉管隧道縱斷面圖（尺寸單位；m）
7.4管節結構、接頭與防水
推薦採用節段式管節，其優點在於：對地層及回淤荷載適應性強；利於施工過程管理；全線共33個管節，每節長180m，由8×22.5m管段組成，管節間接頭採用傳統的：GINA+OME-
GA+剪切鍵，節段接頭採用“可注漿式止水帶+OMEGA密封條+剪力鍵”方案。按水密性混凝土澆築管段混凝土結構，不考慮外包防水。
浮運沉放管節長180m，寬37.95m，高1l.5m，每節排水量近8萬t，沉管最大埋深45m。
7.5管節基礎處理
對於在海中的管節長度長的節段式沉管隧道，從安全、風險等的角度出發，本階段推薦採用整平碎石墊層，墊層厚1.0m，橫向從隧道外牆向兩側各延伸至少2m範圍，基於地質、水文、技術、造價、工期等的綜合分析，擬定沉管隧道縱向不同管節的基礎處理形式見表3。
表3 沉管隧道管節基礎處理
8、人工島方案
8.1西人工島總體佈置
西人工島成橢圓形，採用“蠔貝”主題設計，總面積97962m2，島長625m，島最寬處190m。西人工島起點樁號K12+548，終點樁號K13+173，島東邊距伶們西航道2018m。西人工島以管理功能為主，設置運營、養護、救援站。隧道西人工島效果圖如圖21所示。
圖21 隧道西人工島效果圖
8.2西人工島結構
為實現島隧結合部安全施工，降低風險，島隧結合部島內隧道暗埋段推薦採用幹法施工。
根據島隧總施工工序及工期安排，將首先開工西人工島及島上隧道暗埋段，為首節沉管管節下沉提供條件。且工程開工後第27個月內，西人工島島內隧道必須具備實現與沉管隧道對接的條件。
為滿足此項關鍵節點工期的要求，西人工島上包含第一段暗埋隧道區域的區域（以下稱為“小島”）需先期施工，創造條件進行該段隧道現澆，儘快形成與沉管隧道的對接條件；在沉管隧道海中段逐段向東島推進同時完成西人工島剩餘部分填築及其他構築物施工。人工島島體結構方案設計重點在於三個方面：島壁結構選擇；島壁及暗埋段地基處理方案選擇；島上隧道段基坑圍護及止水方案選擇。
島壁結構採用拋石斜坡式，具有對地基承載能力要求不高，對地基的沉降變形適應能力強，結構中鋼筋混凝土用量少，耐久性好；同時開挖換填加擠密砂樁的地基處理方法技術較成熟，實踐經驗相對豐富，工程風險較小，工期滿足要求，工程造價相對較低。
為儘快形成幹施工條件，“小島”區域先行修築海上圍堰，封閉降水後即可進行隧道暗埋段施工，同時可施工人工島結構，使隧道與人工島施工同步進行，加快施工進度。由於圍堰結構先於島壁結構施工，在隧道施工期間，圍堰結構需要承擔外海的波浪、潮流的直接作用和基坑內外水頭差引起的水壓力的作用，因此圍堰結構要有足夠的自身穩定性。通過對本工程地質、水文等條件的分析及國外大型海上深基坑圍堰結構的工程實例分析，水上基坑圍堰結構採用格形鋼板樁結構。西島小島格形鋼板樁圍護方案斷面如圖22所示，西島島隧連接部平面如圖23所示。
圖22 西島小島格形鋼板樁圍護方案斷面（尺寸單位；cm）
圖23 西島島隧連接部平面（尺寸單位：cm）
“小島”區域地基處理採用開挖換填方案，挖除島隧端第一大層的淤泥和淤泥質黏土層，開挖深度至-31m，下部保留③3粉質黏土和③2粉質黏土夾砂層厚度為14~16m，挖除的土層考慮換填中粗砂，並振衝密實處理。根據計算人工島穩定和沉降均滿足要求，下部保留的粉質黏土層作為良好的隔水層可以比較方便地進行島上段隧道基坑的防滲止水。
“大島”區域地基處理採用部分開挖加擠密砂樁方案，將表層的淤泥土層全部挖除，換填成中粗砂，並經振衝密實處理。淤泥層下部的淤泥質黏土和粉質黏土層打設砂樁，分為島壁結構區和島內吹填區。島壁區的淤泥質黏土採用打設④1600@2400擠密砂樁處理，其置換率為35%，粉質黏土和黏土中打設①1000@2400的排水砂樁，其置換率為12%。島內吹填區採用打設p800@1800的排水砂井，為滿足人工島地基沉降和基坑內抗突湧穩定要求，砂樁底不穿透第三大層的土層，保留9m厚的黏土層。在島橋結合部為減少人工島的水平變形對橋墩樁基的影響，將該區域島壁下的擠密砂樁間距適當加密。
8.3東人工島總體佈置
東人工島臨近香港，成橢圓形，採用“蠔貝”主題設計，總面積為101973m2，島長625m，最寬處約215m。東人工島起點樁號K6+339，終點樁號K6+964，島西邊距銅鼓航道1563m。除了養護救援功能外，附加服務功能。隧道東人工島效果圖如圖24所示。
圖24 隧道東人工島效果圖
8.4東人工島結構
與西人工島不同，東人工島處在沉管隧道施工接近結束時才需要進行隧道對接，相對西人工島而言對接的時間比較靠後。因此，東人工島全島填築完成後，再進行隧道和島上其他構築物施工。
東人工島結構為：島壁採用拋石斜坡堤，地基處理採用開挖換填加擠密砂樁，東人工島一次填築完成後再進行隧道施工，隧道基坑圍護結構採用地連牆加支撐系統等結構形式。
9、結語
本項目是中國交通建設史上專業面最廣、技術標準最高、技術難度最大的工程，是我國繼三峽工程、青藏鐵路、京滬高鐵後又一項超級工程，是當今世界上規模最大、標準最高、技術最複雜的橋、島、隧一體化的集群工程，項目特點及創新主要包括：
（1）技術標準及要求高，建設條件複雜。設計壽命120年，綜合技術標準高；地處颱風區，平均每年遭遇1.8個颱風影響，最大風速在十二級以上；地質覆蓋層深厚軟弱，厚度30~60m，最厚達120m，淤泥最厚40m，島隧沉降控制難度巨大。
（2）技術覆蓋面廣、涵蓋專業多。大橋涵蓋了交通行業內橋、島、隧、路等各項工程專業，是我國首座集橋、島、隧一體化的世界級交通集群工程，它對水工、路橋、隧道等多專業的集成和綜合運用將邁入一個嶄新的階段。
（3）島隧關鍵技術具有世界級難度。隧道工程為我國第一條在外海修建的海底沉管隧道，沉管隧道長度居世界之首；隧道人工島為外海離岸人工島，島隧總體規模和難度為世界之最，場區風浪條件及地質條件挑戰大，島隧控制沉降、控制裂縫及防滲等技術具有世界級難度。
（4）港珠澳大橋主體工程橋、島、隧將更新建設理念，採用大型化、工廠化、標準化、裝配化的理念和方法開展設計、施工，趕超世界先進水平。
閱讀更多 土木論文秀 的文章
