03.02 港珠澳大橋拱北隧道有多難挖?集中了迄今人類建設隧道的全部難度


港珠澳大橋拱北隧道有多難挖?集中了迄今人類建設隧道的全部難度。255米,這是一段普通人步行一兩分鐘就能走完的距離,而當把這段路程放在珠海拱北口岸的地下隧道工程中時,帶來的是困擾我國工程師們的世界性難題,這就是被稱為世界最複雜、施工難度最大的公路隧道的港珠澳大橋拱北隧道。

拱北隧道工程是港珠澳大橋珠海連接線的核心控制性工程,也是港珠澳大橋主體工程與珠海連接的唯一通道。 隧道全長2741米,採用雙向六車道設計,由海域人工島明挖段、口岸暗挖段以及陸域明挖段三種不同結構的隧道連接而成。

其中,255米長且下穿拱北口岸的拱北隧道暗挖段,其綜合造價達到了4億元,相當於每米接近160萬元。該255米長的拱北隧道暗挖段分為上下5層14個洞口,並與兩端的暗埋隧道相連,未來正式投入使用後,上層為香港到珠海方向,下層則為珠海往香港方向。

既然連接拱北口岸的座標的陸地部分和右邊的海域部分都是採用明挖法,那麼問題來了!拱北口岸作為連接區域,那為啥又要用暗挖法?原因就在於拱北口岸,中國第一大陸路口岸。每天,有30萬-50萬人次進出這個口岸往返珠海和澳門,如果明挖,施工週期長達4年之久,這將會對口岸通行造成巨大的阻礙,所以全世界上施工難度最大,地質條件最複雜,周邊建築環境最密集的隧道就誕生了。

隧道外輪廓線幾乎貼著澳門邊檢大樓,相距僅1.46米,而距珠海邊檢樓的風雨廊更是隻有46釐米,更嚴重的是建築樁基和地下管線星羅密佈,為了避讓,只能由左右並行的傳統隧道改為上下雙行, 由此造成了隧道21mX19m超大斷面, 如籃球場般的大斷面使周邊結構極易收斂變形,掌子面的穩定性變差,容易引起變形、坍塌、失穩。

深邃的隧道內安靜得掉根針都能聽見。沒有人能想象,就在這個隧道上方僅4米多處,就是熱鬧的拱北口岸珠海邊檢樓的風雨廊 理論上,隧道覆土厚度小於跨度的二分之一就是淺埋了,而拱北隧道為四分之一,對地表影響的風險係數加大,很容易導致沉降或建築物開裂,甚至引發坍塌。5年間,中國最大陸上口岸拱北口岸,不曾因暗挖段的施工絲毫影響通關。


拱北隧道暗挖段地質複雜,其地下的土層為粉沙質,富含地下水,承載力極低;在這種粉沙質地層,不但要打隧道,還不能對地面上的澳門聯檢大廳的運行有絲毫影響,中國工程院院士王夢恕作出了評價——“拱北隧道255米暗挖段,集中了迄今人類建設隧道的全部難度”。

為了達到施工基礎條件,工程人員利用36根具有冷凍功能的特殊鋼管先行搭建出隧道結構,將隧道周邊泥沙變成具有支撐條件的凍土層。直徑1.62米的36根頂管緊密連接起來,形成環形支護體系,由於地下情況複雜,頂管頂進施工用了2年之久。這使其成為當今世界上第一個使用曲線管幕加水平凍結施工工法建造的世界最大斷面公路隧道。

將冷凍管插入頂管中,凍出一個厚2米-2.6米、長255米的大冰筒。隧道的天然軟弱土體被人為地變成凍土,隔絕了地下水與工程的聯繫,隧道便可以在無水條件下開挖 為了保持溫度恆定,這個巨大的圓柱形”冰箱“每天耗電約10萬度,僅每年的電費就達到了約4000萬元。


港珠澳大橋拱北隧道貫通,標誌著我國在這一領域的技術水平走在了世界前列,同時也宣告我國乃至世界上首座採用“超大麴線管幕+超大凍結法”施作的雙層疊加公路隧道取得重大突破。其綜合造價達到了4億元,相當於每米接近160萬元。


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