港珠澳大橋拱北隧道管幕工程全面完工

拱北隧道是港珠澳大橋珠海連接線項(xiàng)目關(guān)鍵控制性工程，全長2740米，由海中隧道和城市地下隧道組成。5月28日，隨著頂管機(jī)緩緩移出，由36根鋼管組成的管幕，以曲線形式成功下穿珠海拱北口岸，宣告了世界最大斷面的公路隧道管幕工程全面完工。

拱北隧道地理位置圖

?36根鋼管組成的管幕曲線形式成功下穿

據(jù)中鐵十八局集團(tuán)項(xiàng)目經(jīng)理介紹，拱北隧道采用的曲線管幕施工技術(shù)，就是沿著隧道的開挖輪廓線，在336平方米的斷面上，布置36根直徑1.62米、長255米的鋼管，組成環(huán)形支護(hù)體系，防止周圍土層坍塌、地表沉降。這是目前世界上施工難度最大、頂進(jìn)長度最長、精度要求最高的曲線管幕工程。

據(jù)了解，拱北隧道全長2741米，系港珠澳大橋珠海連接線的關(guān)鍵控制性工程。項(xiàng)目位于珠海市香洲區(qū)，毗鄰澳門。由于海陸地質(zhì)條件和地面建筑物的影響，拱北隧道的設(shè)計(jì)施工非常具有挑戰(zhàn)性。在隧道東段，采用在拱北灣海域上首先人工筑島，然后再做明挖施工;當(dāng)經(jīng)過拱北口岸時(shí)，則采取了“管幕凍結(jié)暗挖法”施工，隧道由左右并行，變成上下雙洞疊層;穿過拱北口岸進(jìn)入陸域地段后，又采用明挖法施工，隧道逐漸演變?yōu)樽笥也⑿械碾p洞平行結(jié)構(gòu)。

“特別是穿越拱北口岸255米長的隧道暗挖地段，開挖寬度約為22米，高度為24米，建設(shè)條件極其復(fù)雜。”拱北口岸日均客流30萬人次、車流超萬輛，周邊建筑密集，技術(shù)難度大，施工風(fēng)險(xiǎn)高，文明環(huán)保要求高。下穿口岸30多米寬的狹長地帶，兩側(cè)的建筑樁基和地下管線“星羅棋布”，管幕距口岸樁基最近距離僅0.46米，而且地層富水、軟弱，整體風(fēng)險(xiǎn)和技術(shù)難度在國內(nèi)乃至世界上都首屈一指。

由于特殊的地理位置和地質(zhì)環(huán)境，拱北隧道口岸段設(shè)計(jì)為曲線雙層隧道，幾乎所有傳統(tǒng)隧道施工工法均無法采用。項(xiàng)目建設(shè)、設(shè)計(jì)、施工單位經(jīng)過反復(fù)磋商研究，前后總共花了三年時(shí)間進(jìn)行調(diào)查研究和方案比選，最終決定采取國際首創(chuàng)的曲線管幕+凍結(jié)法施工。即先從口岸兩端施工現(xiàn)場(chǎng)開挖工作井，然后通過工作井，頂入直徑為1.62米的鋼管，形成高寬各為24米和21米的管幕群，再通過冷凍法將管幕周圍的土層溫度降至零攝氏度以下。在確保管幕四周土體地下水封閉的情況下，分層開挖隧道。通過一年的技術(shù)攻關(guān)，項(xiàng)目建設(shè)、設(shè)計(jì)、施工單位最終成功解決了頂管曲線穿越的技術(shù)難題。施工單位通過不斷改進(jìn)施工方案，采用東、西工作井為“曲線管幕+凍結(jié)法”支點(diǎn)。為提高頂進(jìn)的施工順序，還采取由下向上一次頂進(jìn)的施工順序，解決了群管頂進(jìn)反復(fù)擾動(dòng)地層的施工難題，使頂管頂進(jìn)精度成功地控制在設(shè)計(jì)指標(biāo)以內(nèi)，部分精度偏差控制在5毫米范圍。

345平方米的斷面上共36根直徑1.62米、長255米的鋼管組成的管幕群，是目前中國國內(nèi)地質(zhì)情況最復(fù)雜、管幕根數(shù)國內(nèi)最多、世界最長、斷面最大的曲線管幕群。拱北隧道管幕施工的順利完成，為頂管曲線頂進(jìn)、頂管精度控制、群管頂進(jìn)技術(shù)積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，為隧道管幕超前支護(hù)設(shè)計(jì)、施工提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。為后續(xù)水平凍結(jié)帷幕施工創(chuàng)造了條件，為暗挖段順利施工提供了保障，為拱北隧道如期完工奠定基礎(chǔ)。

就管幕法的技術(shù)難度的問題，珠海連接線管理中心主任解釋說，隧道管幕法施工通常為直線頂進(jìn)，而拱北隧道管幕施工采用的是曲線頂進(jìn)，即沿88米緩和曲線與167米圓形曲線頂進(jìn)，255米長的頂管軌跡必須精確控制。以往曲線頂管頂進(jìn)誤差能控制在15厘米就“相當(dāng)了不起了”，而該隧道管幕工程的誤差，要求必須控制在5厘米以內(nèi)，幾乎要做到“零誤差”，否則就意味著失敗。

地表沉降控制是管幕施工中面臨的另一技術(shù)難題。拱北隧道緊臨海岸線，距地表最薄處僅4米，相鄰兩根鋼管間距僅30多厘米，頂管機(jī)要在口岸下方限定的區(qū)域進(jìn)行36次頂進(jìn)，由于對(duì)地層反復(fù)擾動(dòng)擠壓，稍有不慎，就會(huì)造成嚴(yán)重后果。另外，土層中夾雜的鋼筋混凝土砌體、花崗巖等堅(jiān)硬障礙物，也給管幕施工帶來極大挑戰(zhàn)。

為攻克超長、超大曲線管幕施工中面臨的精確控制、地表沉降和障礙物處理等世界級(jí)難題，項(xiàng)目建設(shè)、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、科研單位聯(lián)合開展了科技攻關(guān)。中鐵十八局集團(tuán)為此組建了專門的人才智庫，投入近億元專門定制了4套國際頂尖的泥水平衡式頂管機(jī)，利用“千里眼”UNS精確制導(dǎo)，建立了自動(dòng)跟蹤測(cè)量系統(tǒng)，并通過采取科學(xué)管理措施，解決了“高水壓條件下頂管始發(fā)”、“接收安全風(fēng)險(xiǎn)和管幕曲線軌跡控制”、“障礙物處理”等一系列難題。最終，管幕軌跡誤差控制在設(shè)計(jì)所要求的5厘米以內(nèi)，并分別創(chuàng)造了單根頂管日進(jìn)尺56米、最短施工周期9天、最小誤差為5毫米的曲線管幕施工最好紀(jì)錄。拱北口岸建筑“安然無恙”，通關(guān)沒受任何影響。

據(jù)了解，港珠澳大橋珠海連接線拱北隧道“長距離、大直徑、曲線管幕”工程的順利完工，對(duì)我國特殊地理環(huán)境和復(fù)雜地質(zhì)條件下大斷面隧道的設(shè)計(jì)和施工，特別是對(duì)于我國城市化進(jìn)程中的各大城市地下工程建設(shè)，都具有非常重要的指導(dǎo)意義。同時(shí)，對(duì)落實(shí)國家“一帶一路”戰(zhàn)略，促進(jìn)整個(gè)港珠澳大橋建設(shè)、早日為港澳發(fā)展提供更便利的腹地空間，保持港澳經(jīng)濟(jì)繁榮和社會(huì)穩(wěn)定具有深遠(yuǎn)影響。

什么是管幕

管幕是隧道施工中多用的鋼管。由多個(gè)鋼管組成管幕，并通過安置管幕隔離地下水，確保工程安全的方法即管幕法。

管幕法是一種新型的地下暗挖技術(shù)，施工難度非常高。具體來說，管幕法的原理是以單根鋼管頂進(jìn)為基礎(chǔ)，各鋼管間依靠鎖口相連，并在鎖口處注入止水劑，形成密封的止水帷幕。采用管幕法時(shí)，由于開挖土體或者推進(jìn)箱涵是在管幕的保護(hù)下進(jìn)行的，因此可以顯著減少地面沉降和增加施工時(shí)開挖面的穩(wěn)定性。