03.02 港珠澳大桥拱北隧道有多难挖?集中了迄今人类建设隧道的全部难度


港珠澳大桥拱北隧道有多难挖?集中了迄今人类建设隧道的全部难度。255米,这是一段普通人步行一两分钟就能走完的距离,而当把这段路程放在珠海拱北口岸的地下隧道工程中时,带来的是困扰我国工程师们的世界性难题,这就是被称为世界最复杂、施工难度最大的公路隧道的港珠澳大桥拱北隧道。


拱北隧道工程是港珠澳大桥珠海连接线的核心控制性工程,也是港珠澳大桥主体工程与珠海连接的唯一通道。 隧道全长2741米,采用双向六车道设计,由海域人工岛明挖段、口岸暗挖段以及陆域明挖段三种不同结构的隧道连接而成。
其中,255米长且下穿拱北口岸的拱北隧道暗挖段,其综合造价达到了4亿元,相当于每米接近160万元。该255米长的拱北隧道暗挖段分为上下5层14个洞口,并与两端的暗埋隧道相连,未来正式投入使用后,上层为香港到珠海方向,下层则为珠海往香港方向。

既然连接拱北口岸的坐标的陆地部分和右边的海域部分都是采用明挖法,那么问题来了!拱北口岸作为连接区域,那为啥又要用暗挖法?原因就在于拱北口岸,中国第一大陆路口岸。每天,有30万-50万人次进出这个口岸往返珠海和澳门,如果明挖,施工周期长达4年之久,这将会对口岸通行造成巨大的阻碍,所以全世界上施工难度最大,地质条件最复杂,周边建筑环境最密集的隧道就诞生了。
隧道外轮廓线几乎贴着澳门边检大楼,相距仅1.46米,而距珠海边检楼的风雨廊更是只有46厘米,更严重的是建筑桩基和地下管线星罗密布,为了避让,只能由左右并行的传统隧道改为上下双行, 由此造成了隧道21mX19m超大断面, 如篮球场般的大断面使周边结构极易收敛变形,掌子面的稳定性变差,容易引起变形、坍塌、失稳。
深邃的隧道内安静得掉根针都能听见。没有人能想象,就在这个隧道上方仅4米多处,就是热闹的拱北口岸珠海边检楼的风雨廊 理论上,隧道覆土厚度小于跨度的二分之一就是浅埋了,而拱北隧道为四分之一,对地表影响的风险系数加大,很容易导致沉降或建筑物开裂,甚至引发坍塌。5年间,中国最大陆上口岸拱北口岸,不曾因暗挖段的施工丝毫影响通关。

拱北隧道暗挖段地质复杂,其地下的土层为粉沙质,富含地下水,承载力极低;在这种粉沙质地层,不但要打隧道,还不能对地面上的澳门联检大厅的运行有丝毫影响,中国工程院院士王梦恕作出了评价——“拱北隧道255米暗挖段,集中了迄今人类建设隧道的全部难度”。
为了达到施工基础条件,工程人员利用36根具有冷冻功能的特殊钢管先行搭建出隧道结构,将隧道周边泥沙变成具有支撑条件的冻土层。直径1.62米的36根顶管紧密连接起来,形成环形支护体系,由于地下情况复杂,顶管顶进施工用了2年之久。这使其成为当今世界上第一个使用曲线管幕加水平冻结施工工法建造的世界最大断面公路隧道。
将冷冻管插入顶管中,冻出一个厚2米-2.6米、长255米的大冰筒。隧道的天然软弱土体被人为地变成冻土,隔绝了地下水与工程的联系,隧道便可以在无水条件下开挖 为了保持温度恒定,这个巨大的圆柱形”冰箱“每天耗电约10万度,仅每年的电费就达到了约4000万元。

港珠澳大桥拱北隧道贯通,标志着我国在这一领域的技术水平走在了世界前列,同时也宣告我国乃至世界上首座采用“超大曲线管幕+超大冻结法”施作的双层叠加公路隧道取得重大突破。其综合造价达到了4亿元,相当于每米接近160万元。