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东隧西桥:深中通道进入“沉管时光”

2018-12-06 来源:深圳商报(深圳) 阅读: -

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从2015年国家发展改革委正式批复开始,深中通道就掀开了自己的工程画卷,目前已经进入“史上最难”篇章。记者近日从深中通道管理中心了解到,深中通道目前已进入最难的沉管建设部分。


深中通道沉管隧道长约6.8公里,是世界首次使用双向八车道超宽钢壳混凝土沉管隧道,具有“超宽、变宽、深埋、回淤量大、区域地层稳定性差”五大技术难点,工程规模宏大,技术难度极高。按照计划,深中通道沉管隧道工程将于2019年开始管节预制,项目全线计划于2024年建成通车。


“全桥全隧”为什么行不通


令很多人疑惑的是,为什么深中通道没有选择做单纯的全桥或全隧工程方案,而是选择采用东隧西桥这样一个集群工程方案?据深中通道管理中心总工程师宋神友介绍,这跟深中通道的地理位置有关。项目所在区域地质条件复杂,采用超长海底隧道穿越珠江口施工及运营期风险巨大,因此“全隧”行不通。在项目东侧,由于同时受到深圳机场航空限高影响及矾石航道等多条高等级通航水道通航净高影响,必须采用隧道方式穿越,因此“全桥”的可能性几乎为零。


为了寻找到一个可行又安全的方案,在项目前期论证阶段,深中通道前期工作办公室对项目线位的选择组织开展了地质勘探的深度调查、建设条件和工程方案的反复论证,在跨越7条航道的繁忙珠江口上,先后制定多达29个过江通道方案。


“水下互通”工程不简单


深中通道是继港珠澳大桥之后,又一集“桥、岛、隧、水下互通”于一体的超级工程,项目全长24公里。有所不同的是,港珠澳大桥的海底隧道长6.7公里,是双向六车道的钢筋混凝土沉管隧道;深中通道沉管隧道长约6.8公里,是世界首次使用双向8车道的超宽钢壳混凝土沉管隧道。此外,由于与广深沿江高速互联互通的交通功能需求要在海中实现,深中通道项目为此构筑了东人工岛及“水下互通”,与之对接的海底隧道相应设置615米的变宽段,由双向8车道加宽至双向12车道。


据了解,沉管隧道两端分别连住东岛和西岛,西岛是桥隧转换,东岛则承担“水下互通”的重要枢纽功能,设计者充分考虑了行车的各种可能性,例如转换方向、调头等。“作为国内首个高速公路水下枢纽互通立交,东人工岛除了承载着项目沉管隧道与桥梁交通转换的功能外,它最重要功能是通过机场枢纽水下互通立交,实现深中通道与广深沿江高速、宝安机场、大铲湾港区、大空港区之间的快捷交通转换。未来经深中通道东人工岛水下互通立交,便可东往深圳、西往中山,北往广州、南往香港,真正实现快速便捷交通转换、各城市间互联互通。”宋神友表示。


交通运输部总工程师周伟在深中通道S08标沉管隧道总体施工技术方案咨询会上表示,深中通道是我国新的世纪工程、品牌工程,其中沉管是深中通道最难的部分。“我们从未做过这么大的钢壳沉管施工。”


“沉管之难”要过五道关


由于采用了桥隧组合的工程方案,深中通道就这样部分“下”海了。宋神友表示,“在施工方面,深中通道钢壳沉管隧道面临非常大的挑战。”具体来说,具有“超宽、变宽、深埋、回淤量大、挖砂坑区域地层稳定性差”五大技术难点,工程规模和技术难度前所未有。


“超宽”指隧道采用双向8车道技术标准,管节断面宽度46米,为世界首例,设计及施工难度大。


“变宽”指隧道为满足交通功能需求,设置615米的变宽段,由双向8车道加宽至双向十二车道(因为接东人工岛这个水下互通的时候有着不同方向的转变),管节断面宽度由46米变宽至约70米,在隧道内多次分合流,目前国内缺乏规范标准,带来的行车安全性问题突出。


“深埋”指沉管隧道埋置深度深,最深位置沉管底标高距水面接近40米,管节结构设计难度高。


“回淤量大”指洪季回淤强度平均接近2厘米/天,台风期最大回淤强度超过5厘米/天,沉管沉放及沉降控制难度大。


“挖砂坑区域地层稳定性差”指西岛斜坡段位于超大挖沙坑内,区域地层扰动严重,稳定性很差,对基槽开挖成槽及基础处理造成较大困难。


为了攻克这五大技术难题,深中通道管理中心组织设计、科研单位反复论证比选,最终选择采用钢壳混凝土沉管结构。该结构具有能适应超宽、深埋、变宽等建设条件,承载能力、抗裂性能好,耐久性有保障,对海洋环境影响较小等优势。


“钢的壳”是前所未有的挑战


钢壳混凝土沉管结构,与港珠澳大桥的钢筋混凝土沉管结构仅一字之差,但差之千里。


“钢筋混凝土结构是土木工程领域最常采用的结构形式。而钢壳混凝土则完全不同,它是先预制好与结构物外形一致的钢壳,再向钢壳内浇筑特殊的高流动性混凝土,国际上也形象地称这一结构为三明治结构。”宋神友形象地解释道。深中通道是世界上首次大规模应用钢壳混凝土沉管结构,其管节构件尺寸大大超出了既有国外工程案例的经验范围,目前国内尚缺乏成套的钢壳混凝土沉管隧道技术标准和规范、施工经验,每月一节的生产工期、苛刻的精度要求等各方面因素对钢壳制造能力提出了很大的挑战。此外,受航道水深条件及干坞预制场制约,管节需要远距离浮运、沿基槽远距离横拖,浮运安装风险也很大,因此,沉管隧道综合施工难度极大。


深中通道钢壳沉管隧道每个标准管节都是“巨人”,尺寸为宽46米×高10.6米×长165米,用钢量约1万吨,体量相当于一艘中型航空母舰船体。项目共32个管节,总用钢量达到了32万吨。据了解,用钢材搭起来的国家体育馆“鸟巢”总用钢量约为11万吨。管节构造工艺相当复杂,单个管节达到2500个隔仓,纵横隔板、连接件交错,还涉及到厚钢板的焊接,接头处的管节大小是否适应接口,诸如此类的问题都将面临技术上的巨大挑战。尽管钢壳沉管体量巨大,但对制造精度的要求是极其苛刻的。


全部钢壳制造工期预计为30个月,承建单位力争在今年底明年初完成首节钢壳沉管制造。目前钢壳试验段已经制造出来,正在准备浇筑混凝土。钢壳试验段的开工是对典型钢壳制造工艺进行验证、改进和完善,将为后续32个管节钢壳大规模的制造提供工艺参数,确保钢壳沉管制造质量、精度和工效满足设计要求。


编辑:阿苗