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港珠澳大桥拱北隧道管幕工程全面完工
来源:http://www.zstxjh.com/     时间:2015/8/28    浏览数:898

  拱北隧道是港珠澳大桥珠海连接线项目关键控制性工程,全长2740米,由海中隧道和城市地下隧道组成。5月28日,随着顶管机缓缓移出,由36根钢管组成的管幕,以曲线形式成功下穿珠海拱北口岸,宣告了世界最大断面的公路隧道管幕工程全面完工。

  据中铁十八局集团项目经理介绍,拱北隧道采用的曲线管幕施工技术,就是沿着隧道的开挖轮廓线,在336平方米的断面上,布置36根直径1.62米、长255米的钢管,组成环形支护体系,防止周围土层坍塌、地表沉降。这是目前世界上施工难度最大、顶进长度最长、精度要求最高的曲线管幕工程。

  据了解,拱北隧道全长2741米,系港珠澳大桥珠海连接线的关键控制性工程。项目位于珠海市香洲区,毗邻澳门。由于海陆地质条件和地面建筑物的影响,拱北隧道的设计施工非常具有挑战性。在隧道东段,采用在拱北湾海域上首先人工筑岛,然后再做明挖施工;当经过拱北口岸时,则采取了“管幕冻结暗挖法”施工,隧道由左右并行,变成上下双洞叠层;穿过拱北口岸进入陆域地段后,又采用明挖法施工,隧道逐渐演变为左右并行的双洞平行结构。

  “特别是穿越拱北口岸255米长的隧道暗挖地段,开挖宽度约为22米,高度为24米,建设条件极其复杂。”拱北口岸日均客流30万人次、车流超万辆,周边建筑密集,技术难度大,施工风险高,文明环保要求高。下穿口岸30多米宽的狭长地带,两侧的建筑桩基和地下管线“星罗棋布”,管幕距口岸桩基最近距离仅0.46米,而且地层富水、软弱,整体风险和技术难度在国内乃至世界上都首屈一指。

  由于特殊的地理位置和地质环境,拱北隧道口岸段设计为曲线双层隧道,几乎所有传统隧道施工工法均无法采用。项目建设、设计、施工单位经过反复磋商研究,前后总共花了三年时间进行调查研究和方案比选,最终决定采取国际首创的曲线管幕+冻结法施工。即先从口岸两端施工现场开挖工作井,然后通过工作井,顶入直径为1.62米的钢管,形成高宽各为24米和21米的管幕群,再通过冷冻法将管幕周围的土层温度降至零摄氏度以下。在确保管幕四周土体地下水封闭的情况下,分层开挖隧道。通过一年的技术攻关,项目建设、设计、施工单位最终成功解决了顶管曲线穿越的技术难题。施工单位通过不断改进施工方案,采用东、西工作井为“曲线管幕+冻结法”支点。为提高顶进的施工顺序,还采取由下向上一次顶进的施工顺序,解决了群管顶进反复扰动地层的施工难题,使顶管顶进精度成功地控制在设计指标以内,部分精度偏差控制在5毫米范围。

  345平方米的断面上共36根直径1.62米、长255米的钢管组成的管幕群,是目前中国国内地质情况最复杂、管幕根数国内最多、世界最长、断面最大的曲线管幕群。拱北隧道管幕施工的顺利完成,为顶管曲线顶进、顶管精度控制、群管顶进技术积累了丰富经验,为隧道管幕超前支护设计、施工提供了宝贵经验。为后续水平冻结帷幕施工创造了条件,为暗挖段顺利施工提供了保障,为拱北隧道如期完工奠定基础。

  就管幕法的技术难度的问题,珠海连接线管理中心主任解释说,隧道管幕法施工通常为直线顶进,而拱北隧道管幕施工采用的是曲线顶进,即沿88米缓和曲线与167米圆形曲线顶进,255米长的顶管轨迹必须精确控制。以往曲线顶管顶进误差能控制在15厘米就“相当了不起了”,而该隧道管幕工程的误差,要求必须控制在5厘米以内,几乎要做到“零误差”,否则就意味着失败。

  地表沉降控制是管幕施工中面临的另一技术难题。拱北隧道紧临海岸线,距地表最薄处仅4米,相邻两根钢管间距仅30多厘米,顶管机要在口岸下方限定的区域进行36次顶进,由于对地层反复扰动挤压,稍有不慎,就会造成严重后果。另外,土层中夹杂的钢筋混凝土砌体、花岗岩等坚硬障碍物,也给管幕施工带来极大挑战。

  为攻克超长、超大曲线管幕施工中面临的精确控制、地表沉降和障碍物处理等世界级难题,项目建设、设计、施工、监理、科研单位联合开展了科技攻关。中铁十八局集团为此组建了专门的人才智库,投入近亿元专门定制了4套国际顶尖的泥水平衡式顶管机,利用“千里眼”UNS精确制导,建立了自动跟踪测量系统,并通过采取科学管理措施,解决了“高水压条件下顶管始发”、“接收安全风险和管幕曲线轨迹控制”、“障碍物处理”等一系列难题。最终,管幕轨迹误差控制在设计所要求的5厘米以内,并分别创造了单根顶管日进尺56米、最短施工周期9天、最小误差为5毫米的曲线管幕施工最好纪录。拱北口岸建筑“安然无恙”,通关没受任何影响。

  据了解,港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道“长距离、大直径、曲线管幕”工程的顺利完工,对我国特殊地理环境和复杂地质条件下大断面隧道的设计和施工,特别是对于我国城市化进程中的各大城市地下工程建设,都具有非常重要的指导意义。同时,对落实国家“一带一路”战略,促进整个港珠澳大桥建设、早日为港澳发展提供更便利的腹地空间,保持港澳经济繁荣和社会稳定具有深远影响。

  什么是管幕

  管幕是隧道施工中多用的钢管。由多个钢管组成管幕,并通过安置管幕隔离地下水,确保工程安全的方法即管幕法。

  管幕法是一种新型的地下暗挖技术,施工难度非常高。具体来说,管幕法的原理是以单根钢管顶进为基础,各钢管间依靠锁口相连,并在锁口处注入止水剂,形成密封的止水帷幕。采用管幕法时,由于开挖土体或者推进箱涵是在管幕的保护下进行的,因此可以显著减少地面沉降和增加施工时开挖面的稳定性。


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