港珠澳大橋:中國境內一座連接香港、珠海和澳門的橋隧工程

港珠澳大橋(Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge)是中國境內一座連接香港、珠海和澳門的橋隧工程,位於中國廣東省伶仃洋區域內,為珠江三角洲地區環線高速公路南環段。

港珠澳大橋於2009年12月15日動工建設;2017年7月7日,港珠澳大橋主體工程全線貫通;2018年2月6日,港珠澳大橋主體完成驗收,於同年9月28日起進行粵港澳三地聯合試運。

港珠澳大橋東起香港國際機場附近的香港口岸人工島,向西橫跨伶仃洋海域後連接珠海和澳門人工島,止於珠海洪灣;橋隧全長55千米,其中主橋29.6千米、香港口岸至珠澳口岸41.6千米;橋面為雙向六車道高速公路,設計速度100千米/小時;工程項目總投資額1269億元。

2018年10月23日,港珠澳大橋開通儀式在廣東珠海舉行。10月24日,港珠澳大橋正式通車。自2018年12月1日開始,首批粵澳非營運小汽車可免加簽通行港珠澳大橋。

2018年12月20日,“港珠澳大橋”當選為2018年度經濟類十大流行語。

建設成果

技術難題

港珠澳大橋:中國境內一座連接香港、珠海和澳門的橋隧工程

港珠澳大橋海面景觀

港珠澳大橋工程規模大、工期短,技術新、經驗少,工序多、專業廣,要求高、難點多,為全球已建最長跨海大橋,在道路設計、使用年限以及防撞防震、抗洪抗風等方面均有超高標準。

港珠澳大橋地處外海,氣象水文條件複雜,HSE管理難度大。伶仃洋地處珠江口,平日湧浪暗流及每年的南海臺風都極大影響高難度和高精度要求的橋隧施工;海底軟基深厚,即工程所處海床面的淤泥質土、粉質粘土深厚,下臥基岩面起伏變化大,基岩深埋基本處於50至110米範圍;海水氯鹽可腐蝕常規的鋼筋混泥土橋結構。

伶仃洋是弱洋流海域,大量的淤泥不僅容易在新建橋墩、人工島嶼或在採用盾構技術開挖隧道過程中堆積並阻塞航道、形成衝擊平原,而且會干擾人工填島以及預製沉管的安置與對接;同時,淤泥為生態環境重要成分,過渡開挖可致災難性破壞;故橋隧工程既要滿足低於10%阻水率的苛刻要求,又不能過渡轉移淤泥。

港珠澳大橋穿越自然生態保護區,對中華白海豚等世界瀕危海洋哺乳動物存在威脅;同時,大橋兩端進入香港、珠海都市,亦可能對城市產生空氣或噪音汙染。

伶仃洋立體空間區域內包括重要的水運航道和空運航線,伶仃洋航道每天有4000多艘船隻穿梭,但毗鄰周邊機場,通航大橋的規模和施建受到很大限制,部分區域無法修建大橋,只能採用海底隧道方案。此外,粵港澳三地在各自法律法規、技術標準、工程管理、市場環境、責任體系、機制效率等均存在較大差異。

重點工程

● 外海造島

港珠澳大橋:中國境內一座連接香港、珠海和澳門的橋隧工程

港珠澳大橋巨型鋼筒圍島施工

港珠澳大橋海底隧道所在區域沒有現成的自然島嶼,需要人工造島。受800萬噸海床淤泥的影響,施工團隊採用了“鋼筒圍島”方案:在陸地上預先製造120個直徑22.5米、高度55米、重量達550噸的巨型圓形鋼筒,通過船隻將其直接固定在海床上,然後在鋼筒合圍的中間填土造島。這種施工方法既能避免過渡開挖淤泥,又能避免拋石或沉箱在淤泥中滑動。[68]島上建築採用表面平整光滑、色澤均勻、稜角分明、無碰損和汙染的新型清水混凝土,施工時一次澆注成型,無任何外裝飾,有效應對外海高風壓、高鹽和高溼度不利環境。[45]

● 沉管對接

港珠澳大橋沉管隧道及其技術是整個工程的核心,既減少大橋和人工島的長度,降低建築阻水率,從而保持航道暢通,又避免與附近航線產生衝突。

港珠澳大橋:中國境內一座連接香港、珠海和澳門的橋隧工程

港珠澳大橋沉管安置現場

沉管技術,即在海床上淺挖出溝槽,然後將預製好的隧道沉放置溝槽,再進行水下對接。[70]沉管隧道安置採用集數字化集成控制、數控拉合、精準聲吶測控、遙感壓載等為一體的無人對接沉管系統;沉管對接採用多艘大型巨輪、多種技術手段和人工水下作業方式。[71]在水下沉管對接過程期間,設計師們提出”複合地基“方案,即保留碎石墊層設置,並將島壁下已使用的擠密砂樁方案移至到隧道,形成“複合地基”,避免原基槽基礎構造方案可能出現的隧道大面積沉降風險。[72]建設者們在海底鋪設了2至3米的塊石並夯平,將原本沉管要穿越不同特性的多種地層可能出現的沉降值控制在10釐米內,避免整條隧道發生不均勻沉降而漏水。[45]

港珠澳大橋沉管隧道採用中國自主研製的半剛性結構沉管隧道,具有低水化熱低收縮的沉管施工混凝土配合比,提高了混凝土的抗裂性能,從而使沉管混凝土不出現裂縫,並滿足隧道120年內不漏水要求。[73]沉管隧道柔性接頭主要由端鋼殼、GINA止水帶、Ω止水帶、連接預應力鋼索、剪切鍵等組成。[63]

港珠澳大橋:中國境內一座連接香港、珠海和澳門的橋隧工程

港珠澳大橋沉管隧道水下對接

沉管隧道安放和對接的精準要求極高,沉降控制範圍在10釐米之內,基槽開挖誤差範圍在0米-0.5米之間。[72]沉管隧道最終接頭是一個巨大的楔形鋼筋混凝土結構,重6000噸,為中國首個鋼殼與混凝土澆築、由外牆、中牆、內牆和隔板等組成的“三明治”梯形結構沉管,入水後會受洋流、浮力等影響而變化姿態;為了保證吊裝完成後順利止水,高低差需控制在15毫米內。[74]最終接頭安放目標是29米深的海底、水下隧道E29和E30沉管間最後12米的位置,[74]由世界上最大的起重船“振華30”進行吊裝;吊裝所用的4根吊帶,每根長120米,直徑40釐米,由14萬多根高強纖維絲組成,長度誤差控制在5釐米內,全部經過額定荷載檢測試驗。[75]

● 索塔吊裝

港珠澳大橋:中國境內一座連接香港、珠海和澳門的橋隧工程

港珠澳大橋索塔吊裝方法

港珠澳大橋的斜拉橋距離機場很近,受密集航班影響,海上作業建築限高嚴格,傳統的架設臨時塔式起重機吊裝方法無法施展。為此,施工團隊採用預製索塔牽引吊裝的方案,即在陸地上造橋塔,然後通過橋樑底座上的連接軸進行連接,由巨大的鋼纜將原水平置放的橋塔牽引旋轉90度角垂直於橋面後再固定。

● 新型材料

為滿足港珠澳大橋高標準的抗震抗腐蝕等要求,中國科學家們研製了多種高性能材料,應用於橋隧建設。

科研成果

港珠澳大橋建設前後實施了300多項課題研究,發表論文逾500篇(其中科技論文235篇)、出版專著18部、編制標準和指南30項、軟件著作權11項;創新項目超過1000個、創建工法40多項,形成63份技術標準、創造600多項專利(中國國內專利授權53項);[69]先後攻克了人工島快速成島、深埋沉管結構設計、隧道複合基礎等十餘項世界級技術難題,帶動20個基地和生產線的建設,形成擁有中國自主知識產權的核心技術,建立了中國跨海通道建設工業化技術體系。

● 港珠澳大橋工程主要獎項專利

《港珠澳大橋沉管隧道基床回淤監測及預警預報系統研發與應用研究》獲中國航海科技進步一等獎。

《外海深插鋼圓筒快速築島技術》獲中國航海學會科學技術獎特等獎。

《港珠澳大橋裝配化橋樑建設成套技術》獲中國交建科學技術獎特等獎。

《混凝土預製構件用養護棚》、《一種泵送混凝土的降溫裝置》、《一種控溫型輸料系統》、《混凝土凝結狀態的實測系統》項目獲中國國家實用新型發明專利。

《熱軋板帶鋼新一代控軋控冷技術及應用》項目獲中國國家科技進步二等獎。

榮譽表彰

港珠澳大橋工程獲《美國工程新聞紀錄》(ENR)評選的2018年度全球最佳橋隧項目獎。[85]

● 所創記錄

截至2018年10月,港珠澳大橋是世界上里程最長、壽命最長、鋼結構最大、施工難度最大、沉管隧道最長、技術含量最高、科學專利和投資金額最多的跨海大橋;大橋工程的技術及設備規模創造了多項世界記錄。

相關推薦

推薦中...