中交集团港珠澳大桥岛隧工程施工方案（共68图文）

港珠珠澳澳大大桥桥岛岛隧隧工工程程技术术难难点点及及设设计计创创新新让世世界界更更畅畅通通中交交港港珠珠澳澳大大桥桥岛岛隧隧工工程程总总经经理理部部———梁桁桁Contents目录录1、岛岛隧隧工工程程概概况况2.工程程面面临临的的挑挑战战1、岛岛隧隧工工程程概概况况1.工程程概概况况1.工程程概概况况1.1港珠珠澳澳大大桥桥项项目目港珠珠澳澳大大桥桥东东连连香香港港、、西西接接珠珠海海/澳门门，，是集桥桥、、岛岛、、隧隧为为一一体体的的跨海海通通道道，，全全长长35.6km；大桥桥共共分分为为珠珠海海和和澳澳门门接接线线、、珠珠澳澳口口岸岸人人工工岛岛、、大大桥桥主主体体工工程程、、香香港港连连接接线线及及香香港港口口岸岸人人工工岛岛六六部部分分；；岛隧隧工工程程是是控控制制性性工工程程。。1.2港珠珠澳澳大大桥桥岛岛隧隧工工程程1.工程程概概况况岛隧隧工工程程总长长7440.5m，包包括括5664m沉管管隧隧道道，，2个面面积积10万m2离岸岸人人工工岛岛及及长长约约800m桥梁梁。。岛隧隧工工程程采采用用设设计计施施工工总总承承包包模模式式，，于于2010年12月底底全全面面开开始始工工程程建建设设，，预预计计2016年底底完完成成施施工工。。1.2港珠珠澳澳大大桥桥岛岛隧隧工工程程1.工程程概概况况港珠珠澳澳大大桥桥沉沉管管隧隧道道共共分分33节，，每每节节长长180m，宽宽37.95m，高高11.4m，单单节节重重约约7.4万吨吨，，最最大大沉沉放放水水深深44m。是是我我国国首首条条于于外外海海建建设设的的沉沉管管隧隧道道。。是是目目前前世世界界唯唯一一深深埋埋大大回回淤淤节节段段式式沉沉管管工工程程，，是是目目前前世世界界上上综综合合难难度度最最大大的的沉沉管管隧隧道道之之一一，，建建成成后后是是世世界界上上最最长长的的公公路路沉沉管管工工程程。。Contents目录录1、岛岛隧隧工工程程概概况况2.工程程面面临临的的挑挑战战1、岛岛隧隧工工程程概概况况1.工程程概概况况2.1面临临的的挑挑战战2.1.1开敞敞海海域域、、深深厚厚软软土土地地基基、、复复杂杂施施工工条条件件下下的的快快速速成成岛岛根据据总总工工期期要要求求人人工工岛岛需需一一年年内内快快速速成成岛岛，，且且两两年年内内完完成成软软土土地地基基处处理理及及暗暗埋埋段段施施工工，，为为首首节节管管节节对对接接提提供供条条件件；；工程程海海域域地地处处白白海海豚豚核核心心保保护护区区，，施施工工的的环环保保要要求求高高；；工程程海海域域是是国国内内乃乃至至世世界界范范围围内内航航运运最最密密集集的的水水域域，，施施工工的的安安全全保保障障难难度度大大2.工程程面面临临的的挑挑战战2.1面临临的的挑挑战战2.1.2沉管管管管节节预预制制工工程程量量巨巨大大，，工工期期紧紧迫迫，，预预制制质质量量要要求求高高每个个节节段段砼砼量量约约3415m3，钢钢筋筋约约重重900t，8个管管段段组组成成一一个个标标准准管管节节砼砼约约2.7万m3，重重约约7万多多吨吨；；共共33节约约85万m3混凝凝土土，，数数量量巨巨大大、、工工期期紧紧；；预制制精精度度、、质质量量要要求求高高（（120年设设计计使使用用寿寿命命、、结结构构自自防防水水））;重达达7万多多吨吨巨巨形形混混凝凝土土管管节节的的安安全全下下水水。。2.工程程面面临临的的挑挑战战2.1面临临的的挑挑战战2.1.3超长长深深埋埋、、厚厚软软土土地地基基下下的的沉沉管管基基础础刚刚度度协协调调及及不不均均匀匀沉沉降降控控制制沉管管隧隧道道长长约约6km，下下卧卧有有软软土土地地基基，，沿沿线线地地层层、、土土性性纵纵向向、、横横向向差差异异大大；；隧道道深深埋埋，，面面临临巨巨大大的的、、长长期期的的，，缓缓慢慢加加载载且且不不利利于于控控制制的的回回淤淤荷荷载载;世界范围围内首次次利用两两个人工工岛进行行桥隧转转换，岛岛隧结合合部处的的隧道荷荷载存在在有台阶阶式的跳跳跃变化化。2.工程面临临的挑战战2.1面临的挑挑战2.1.4港珠澳大桥桥沉管隧隧道是世界范围围内第一条也也是目前前唯一的深埋沉管2.工程面临临的挑战战釜山厄勒港珠澳深埋沉管管与浅埋埋沉管的的主要区区别项

目常规沉管（浅埋）深埋沉管（港珠澳）回填及覆土厚度约2m左右2m+21m（淤积层）加载过程施工完成，管顶荷载施加完成施工完成，管节荷载完成约1/6，后期回淤荷载逐渐增加管底应力约40-50kPa160kPa2.工程面临临的挑战战2.1面临的挑挑战港珠澳大大桥沉管管隧道纵纵向设计计的主要要问题——接头抗剪剪安全度度偏低隧道名称管节宽度/m节段长/m管节高/m管底荷载kPa节段接头面积/m2面积/荷载比e-5港珠澳37.9522.511.41607.525.5釜山26.4622.59.9744.94.3916.4厄勒38.7228.643.08.4022.9节段接头抗剪安全全度对比比管节接头抗剪安全全度对比比隧道名称管节宽度/m节段长/m管节高/m管底荷载kPa管节接头面积/m2面积/荷载比e-2港珠澳37.9522.511.41606.143.8釜山26.4622.59.9744.94.369.7厄勒38.7228.643.05.6013.02.工程面临临的挑战战接头抗剪剪安全度度偏低的的风险当大荷载载条件与与不利的的地基不不均匀耦耦合作用用时，可可能造成成接头抗抗剪结构构破坏，，进而引引起接头头防水条条件恶化化，甚至至漏水，，将直接接影响到到隧道使使用、结结构耐久久性等。。2.工程面临临的挑战战2.2岛隧工程程的工作作总体思思路以精细化化勘察为为基础；；以科研为为支撑；；以专用设设备开发发为保障障；以标准化化管理及及风险预预控管理理为手段段；设计与施施工互动动，总部部与工区区密切配配合。针对总工工期紧、、外海孤孤岛施工工及通航航安全等等不利条条件，确确定：“大型化化、工厂厂化、标标准化、、装配化化、信息息化”设设计施工工原则。。以“人工工岛快速速成岛、、沉管预预制、专专用设备备制造””为三条条关键线线路。2.工程面临临的挑战战Contents目录1、岛隧工工程概况况2.工程面临临的挑战战1、岛隧工工程概况况1.工程概况况国内首次次按国际际标准组组织岛隧隧区地质质勘察,获得准确确精细的的地质资资料：设备、现现场作业业均执行行国际标标准；设计全过过程介入入现场外外业工作作，进行行动态管管理；通过各种种手段强强调获取取扰动少少的现场场原位数数据，为为设计提提供可信信、真实实的地质质参数。。3.勘察创新新3.1精细化勘勘察带波浪补偿的海上钻探系统本次勘察察的技术术创新包包括：自行研发发、制造造并使用用带波浪浪补偿的的海上钻钻探系统统；自行研发发、制造造并使用用海上钻钻探平台台系统；；国内首次次在水运运工程中中引进并并使用海海底坐床床式静力力触探系系统，以以及采用用CPTU数据对工工程地质质进行评评估；勘察成果果获得了了连续的的地层地地质参数数、建立立了三维维地质模模型及数数据库，，为设计计提供了了客观可可信的基基础数据据。3.勘察创新新3.2技术创新新海上钻探平台系统3.2技术创新新海底坐床式静力触探系统三维地质质数据库库3.勘察创新新Contents目录1、岛隧工工程概况况2.工程面临临的挑战战1、岛隧工工程概况况1.工程概况况4.人工岛设设计创新新4.人工岛设设计创新新4.1人工岛设设计超载预压压采用插入入式大直直径钢圆圆筒截断断软土的的深层圆圆弧滑动动面，形形成稳定定安全的的岛壁结结构，外外侧辅以以抛石斜斜坡堤解解决越浪浪和使用用寿命的的问题，，抛石斜斜坡堤下下采用挤挤密砂桩桩处理软软基；大圆筒结结构及其其之间副副格均插插入不透透水层，，使之同同时作为为岛上隧隧道干施施工的基基坑围护护结构；；利用整岛岛止水条条件，采采用降水水大超载载比预压压进行岛岛内软基基处理，，改善了了软基处处理的效效果。4.人工岛设设计创新新4.1人工岛设设计超载预压压整岛基槽槽挖泥至至-16.0m；下沉钢圆圆筒及副副格仓；；钢圆筒筒下沉深深度约25.0m，插入粉粉质粘土土、粉质质粘土夹夹砂层，，底标高高约为-37.0m～-43.0m。钢圆筒筒直径22.0m，壁厚16mm，筒顶标标高+3.5m，筒高40.5m～46.5m，重约500t，圆筒之之间净距距为2.0m，采用副副格仓相相连,底标高-26.5m。-16.0m钢圆筒钢圆筒西小岛典典型断面面施工过过程4.人工岛设设计创新新圆筒内插插板处理理，井点点降水回回填预压压；-16.0m袋装砂袋装砂西小岛典典型断面面施工过过程4.人工岛设设计创新新西小岛合合龙后，，岛内回回填砂至至-5.0m，降水至至-6.0m，插塑料料排水板板；回填砂至至+5.0m，降水至至-16.0m；满载预预压120天；海侧可同同步施工工挤密砂砂桩（置置换率为为27.6%）和护坡坡结构；；-16.0m中粗砂-5.0m+5.0m西小岛典典型断面面施工过过程挤密砂桩挤密砂桩4.人工岛设设计创新新4.1人工岛设设计快速成岛岛+止水和围围护结构构一体采用该方方案，实实现了：：快速成岛岛，五个个月完成成两个人人工岛成成岛，施施工效率率提高了了近十倍倍；止水和围围护结构构一体；；改善了岛岛内软基基处理的的同时，，为隧道道基础的的优化创创造了条条件；实现了岛岛内、岛岛外同步步施工。。快速成岛止水和围护结构一体PVD+大超载比预压同步施工4.人工岛设设计创新新4.2技术创新新世界范围围内创新新采用深深插式钢钢圆筒快速成岛岛，开创创了外海海快速成成岛新技技术；开创了外外海大型型基坑围围护结构构以及外外海基坑坑止水的的新技术术；国内首次次采用挤挤密砂桩桩技术作作为抛石石斜坡堤堤的软基基加固方方案；采用降水水大超载载比预压压进行岛岛内软基基处理,开创了外外海环保保节约型型的软基基处理新新方法；；4.人工岛设设计创新新板单元制制作圆筒拼装装圆筒对接接圆筒装驳驳圆筒运输输圆筒振沉沉4.人工岛设设计创新新4.2技术创新新采用8台600Kw液压振动动锤同步步联动振振沉系统统进行振振沉作业业，开发发的同步步锤组总总激振力力达到约约4000t；2011年5月15日开始西西岛首个个钢圆筒筒振沉，，215天完成了了东西人人工岛120个钢圆筒筒振沉施施工，垂垂直度达达到1/200。4.人工岛设设计创新新4.2技术创新新Contents目录1、岛隧工工程概况况2.工程面临临的挑战战1、岛隧工工程概况况1.工程概况况5.沉管预制制厂设计计创新5.沉管预制制厂设计计创新5.1沉管预制制厂设计计综合考虑虑工期要要求及预预制质量量控制，，本工程程沉管采采用工厂厂法预制制。沉管预制制厂选址址在桂山山牛头岛岛。5.1沉管预制制厂设计计沉管预制厂厂位于桂山山岛，距离离隧道轴线线约7海里。预制制厂主要包包括：预制车间（（约2万m2）混凝土生产产区浅坞区（包包括跨度105m的浅坞门））深坞区（包包括跨度61m的深坞门））设置两条流流水线同时时生产，每每两个月生生产两个管管节。混凝土生产区预制车间浅坞区深坞及舾装区5.沉管预制厂厂设计创新新顶推完成关闭滑移坞门灌水、起浮、移位排水、舾装管节出坞5.3.1沉管预制厂厂设计匹配前段浇筑下段管段连续浇筑连续顶推5.沉管预制厂厂设计创新新5.2技术创新5.2.1平面布置创创新根据现场地地形地貌，，创新性的的提出了预预制车间与与浅坞一字字布置，浅浅坞与深坞坞并排布置置的工厂平平面布局格格式。利用现成的的采石坑，，扩大深坞坞尺度，将将管节存放放和舾装创创新性地移移至坞内，，避免了存存放区防波波堤的建设设，大规模模的减少了了建厂费用用建成后的沉管预制厂全景进行现场开挖中的沉管预制厂全景5.沉管预制厂厂设计创新新5.2技术创新5.沉管预制厂厂设计创新新5.2技术创新5.2.2预制车间创创新“T”形厂房布布置格局，，两侧为钢钢筋加工区区，中间为为钢筋绑扎扎台座及砼砼浇筑坑，，创造出流流水式的生生产模式；；钢筋加工区区和生产线线区标高错错落，成功功解决厂内内外物流水水平运输的的困难，同同时有效减减少土石方方爆破开挖挖量、拦水水坝工程量量和深浅坞坞灌排水量量。5.沉管预制厂厂设计创新新5.2技术创新5.2.3浅坞钢闸门门结构和止止水技术创创新创新性采用用了一种新新型自稳式式三角形结结构钢闸门门。不仅在在构造本身身上有利于于自稳，而而且利用倾倾斜的迎水水面巧妙地地化解了12.7m水头差形成成的巨大水水平推力和和倾覆力矩矩，同时将将其部分转转换为有利利于稳定的的垂直力。。同时也一一定程度减减少了大跨跨度带来的的弯矩问题题。钢闸门侧止止水和底止止采用背贴贴式波纹形形止水带分分别与钢闸闸门和闸墩墩止水底座座贴紧，形形成连续侧侧止水面。。采用该结构构后，跨度度达105m，需要抵御御12.7m水头的浅坞坞钢闸门结结构自重仅仅约800t。5.沉管预制厂厂设计创新新5.2技术创新浅坞钢闸门现场拼装照片浅坞钢闸门止水带安装蓄水中的浅坞钢闸门（迎水面）5.沉管预制厂厂设计创新新5.2技术创新5.2.4深坞坞门结结构和止水水技术创新新创新性地采采用钢筋砼砼+钢结构组合合浮坞门结结构，降低低浮坞门结结构重心高高度提高坞坞门的浮游游稳定性；；将坞内蓄蓄水水压转转换为坞门门配重，化化解坞门抗抗倾和起浮浮对坞门自自重两个截截然相反的的要求之间间的矛盾；；浮坞门和坞坞口底板联联合设计，，解决坞门门抗滑稳定定问题；在在坞口底板板上设置橡橡胶垫，消消除浮坞门门反复坐底底时由于底底板应力集集中可能导导致的破坏坏；坞口止水采采用三维空空间设计，，确保坞口口侧止水和和底止水连连续过渡，，提高止水水的可靠性性。5.沉管预制厂厂设计创新新5.2技术创新预制中的浮坞门浮运中的浮坞门坐底与坞口处的浮坞门5.沉管预制厂厂设计创新新5.2技术创新5.沉管预制厂厂设计、技技术创新及及科研2012年9月10日，桂山沉沉管预制厂厂深浅坞蓄蓄水试验，，深浅坞蓄蓄水至设计计水位+15.35m，试验结果果证明整个个深浅坞止止水安全可可靠，满足足使用要求求。至2013年6月底，预制制厂已经按按期累计完完成6个管节的预预制、起浮浮、横移，，并实现了了E1/E2管节的出坞坞、浮运和和安装，整整厂运行安安全、高效效和可靠。。Contents目录1、岛隧工程程概况2.工程面临的的挑战1、岛隧工程程概况1.工程概况5.沉管预制厂厂设计创新新6.1隧道基础设设计6.1.1设计思路采用常规的的、成熟的的施工工艺艺来解决复复杂的沉管管隧道基础础。对于地质条条件较好，，沉降较小小的的区段段以天然地地基为基础础，对于地地质较差、、附加荷载载引起的沉沉降较大的的区段在施施工期采取取措施提前前消除其主主固结沉降降。采用天然地地基和复合合地基相结结合，使整整个纵向刚刚度趋于一一致，控制制总沉降并并匹配纵向向的不均匀匀沉降。通过分析未未经处理天天然地基沉沉降曲线，，确定须进进行地基处处理的区段段，同时根根据中间段段天然地基基沉降量值值确定过渡渡段地基处处理深度，，并且使岛岛上段地基基处理深度度与过渡段段深度相近近从而使整整条线路沉沉降协调一一致。6.隧道基础设设计创新6.1隧道基础设设计6.1.2设计方案总总体简介6.隧道基础设设计创新基础纵向布置区段岛上段斜坡段中间段斜坡段岛上段管节暗埋段敞开段E33~E30/S4E30/S4～E6/S2E6/S2~E1暗埋段敞开段基础类型刚性桩复合地基SCP复合地基天然地基或局部开挖换填（块石夯实+碎石整平）SCP复合地基刚性桩复合地基6.1隧道基础设设计6.1.3岛隧结合部部、斜坡段段基础设计计方案详情情-以西岛为例例6.隧道基础设设计创新E4/S3~E6/S2挤密砂桩（（62%、55%)E1/S3~E4/S3SCP（70%、55%、42%）+堆载预压E1-S1~E1-S2高压旋喷桩桩止推段PHC复合地基降水联合超超载预压开挖卸载振冲、碾密密铺设碎石垫层施工敞开段段结构6.1.1岛上敞开段段岛上敞开段段6.隧道基础设设计创新岛上暗埋段段降水联合超超载预压开挖卸载施打PHC桩铺设碎石垫垫层形成复复合地基现浇隧道上上部结构6.1.1岛上暗埋段段6.隧道基础设设计创新岛上E1/E33部分沉管6.1.3岛上沉管段段降水联合超超载预压开挖卸载施工高压旋旋喷桩形成成复合地基基铺设碎石垫垫层安放沉管6.隧道基础设设计创新岛头过渡段段沉管（E1～E4S3/E33～E30S3）6.1.4过渡段沉管管一挤密砂桩堆载预压开挖卸载碎石垫层管节沉放6.隧道基础设设计创新6.1.5过渡段沉管管二过渡段沉管管（E4S3～E6S2）挤密砂桩基槽开挖块石夯平碎石垫层管节沉放6.隧道基础设设计创新6.1.6中间段沉管管基槽开挖块石夯平碎石垫层管节沉放中间段沉管管（E6S2～E30S3）6.隧道基础设设计创新6.2技术创新国内首次全全面使用复复合地基作作为沉管隧隧道基础的的设计施工工方案；国内第一次次大规模使使用挤密砂砂桩进行软软基加固，，并且是用用作沉管隧隧道基础的的首例；根据需要处处理的软土土厚度，以以及沉管上上覆荷载的的变化，通通过调整挤挤密砂桩置置换率，实实现隧道基基础刚度的的协调和控控制不均匀匀沉降；6.隧道基础设设计创新6.2技术创新E1/S1~S2采用高压旋旋喷桩的半半刚性桩复复合地基，，实现与挤挤密砂桩柔柔性桩复合合地基的平平顺过渡；；岛上暗埋段段在经过降降水堆载预预压处理过过土层内打打入PHC桩形成复合合地基，以以刚性桩复复合地基实实现与高压压旋喷半刚刚性桩复合合地基的刚刚度协调；；将重力式码码头工程成成熟的抛填填块石+强夯技术引引入隧道基基础，协调调全线基础础刚度、降降低清淤难难度和加快快施工速度度。6.隧道基础设设计创新6.2技术创新目前，西岛岛过渡段挤挤密砂桩复复合地基、、高压旋喷喷桩复合地地基和岛上上暗埋段PHC桩复合地基基均已施工工完毕。经经现场检测测，效果良良好：PHC桩复合地基基在暗埋段段施工后较较长期的累累计沉降约约4cm，高压旋喷喷桩复合地地基经过原原型堆载试试验验证，，预计沉降降在4~5cm，挤密砂桩桩复合地基基加固区在在超载预压压期间发生生沉降约4~7cm。6.隧道基础设设计创新Contents目录1、岛隧工程程概况2.工程面临的的挑战1、岛隧工程程概况1.工程概况5.沉管预制厂厂设计创新新7.1应对挑战的的解决思路路减载回填——采用轻质材材料回填减减小管顶荷荷载；该方方案主要问问题是：经经济性差（（增加投资资约10亿），减载载效果有限限（最多减减小5～6t/m2)，耐久性及及对环境影影响有待评评估。加强结构——采取措施提提高接头抗抗剪能力；；该方案主主要问题是是：结构构设计方案案要有突破破。维护性疏浚——运营期进行维护性疏浚（根据据监测情况况）控制管顶覆土荷载，保证结构构安全；该该方案主要要问题是：：增加了运运营管理难难度。通过组织技技术攻关，，在结构设设计方面取取得突破，，以加强结构为主案；考考虑到深埋埋沉管结构构属于首次次应用，也也没有条件件进行实体体工程验证证，为确保保沉管结构构的安全以以维护性疏浚做预案。7.沉管设计创创新7.2沉管纵向设设计——半刚性管节节7.沉管设计创创新7.2沉管纵向设设计——阶段接头与与管节接头头7.沉管设计创创新7.2沉管纵向设设计——纵向永久无无粘结预应应力7.沉管设计创创新1/2管节接头预预应力钢束束布置7.2沉管纵向设设计——纵向永久无无粘结预应应力7.沉管设计创创新7.2沉管纵向设设计——阶段接头7.沉管设计创创新7.2沉管纵向设设计——管节接头7.沉管设计创创新7.2沉管纵向设设计——半刚性管节节的效果对静、动力力数百