2018-10-25 星期四
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拱北隧道“汉堡地层”,变身225米“大冰桶”

2018年10月25日   05: 焦点   稿件来源:解放日报  


■本报记者 彭德倩 通讯员 程国政

昨天,被称为“工程界珠峰”的港珠澳大桥正式通车。在国外顶尖桥梁专家眼里,港珠澳大桥是全球最具挑战的跨海项目。

去年4月10日,随着最后一项控制性工程——拱北隧道全隧贯通,港珠澳大桥珠海连接线主体工程全线贯通。拱北隧道全长2741米,由海中隧道和城市地下隧道组成。其中结构最复杂、施工难度最大、施工方法最特殊的是仅255米的拱北隧道暗挖段。拱北隧道土层软弱,富含地下水,承载力低,被称为“汉堡包”地层,就像“汉堡包”夹心肉一样。因为地面人流密集,加上地下水水位高,隧道断面超大、覆土超浅,地质条件复杂,暗挖施工难度可想而知。“在熙来攘往的拱北口岸,隧道施工绝不能发生漏水和地面塌陷,无论何种方法施工都必须保证地面变形在可控范围内。”同济大学教授胡向东说。

各方专家探索研究,最终敲定管幕冻结法。管幕冻结法是“管幕+冻结预支护、矿山法暗挖”的施工方法。管幕是围绕隧道四周、沿隧道全长布置的大型钢管,强筋健骨保护隧道施工安全;冻结则是把钢管之间及周围土体冻结成冻土,形成止水帷幕。这段暗挖工程最终确定的管幕由36根直径1.62米的钢管组成,围成一个宽18米、高22米的椭圆形隧道开挖断面,高度相当于7层楼。

由于这里的隧道线路为曲线,无法在土层中布设冻结管。可行办法是把冻结管布在管幕大钢管里,但这种做法并无先例,谁也没把握。胡向东团队提出“冻起来、抗弱化、限冻胀”的方案,用圆形冻结管、异形冻结管和冻土限位管三种管路,成功构建起一套特殊的冻结系统。于是,拱北隧道暗挖段在拱北口岸的地下最终变身一个长225米的椭圆形“大冰桶”。

开挖也是技术难点。如此超大断面超浅覆土的矿山法开挖隧道,势必采用“多层多部开挖、立体交叉作业”方法。寻找最合理的分层分部开挖方案,把对环境的影响降到最小程度。同济大学黄宏伟、张冬梅团队承担开挖方案优化及对环境影响的研究工作。

工程采用5台阶14部多导坑分部开挖作业。即把一个大洞分成上下5层,每层划分2至3个小洞,总共14个小洞。14个导洞同步开挖,立体交叉作业频繁。每个导洞内还要分台阶、分工序组织流水作业,组织难度前所未有。建设者们结合施工现场实际情况,通过试开挖优化施工机具设备组合,根据监控量测数据动态调整施工步距等参数,逐步磨合出一套流水作业顺序,交叉挖掘推进,边开挖边用钢材、混凝土支护封闭,保证工程顺利和隧道结构稳定。