非凡的地下穿越
——港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道管幕施工管理侧记

  ■本报通讯员 李永旺

  港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道全长255米的顶管冷冻暗挖段属于曲线管幕工程,无论是科技含量、施工组织难度还是风险系数,在整个港珠澳大桥项目建设中备受国内外关注。

  为松软地层“补钙”

  港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道全长2741米,从拱北与澳门两地海关之间穿越,管幕距离口岸桩基最近仅0.46米。该隧道之所以能够成为港珠澳大桥最核心的项目之一,关键在于255米顶管冷冻暗挖地段。

  完成这255米管幕法作业地段,先要对形成深大基坑的东、西工作井进行土体改良。

  中国铁建十八局集团一公司针对管幕施工法,制订了满足顶管始发需要的具体施工组织计划。2012年底,他们针对施工地段冲积层、残积层等复杂的地质情况,正式开展地下连续墙钢筋笼加工作业,制作最大吨位达105吨的钢筋笼,并驱动大型机械设备把地下连续墙钢筋笼吊装入位。他们采取测量放样、开挖沟槽、超声波检测等手段,将地下水挤出工作面,营造了相对无水地层工作环境的连续墙。2014年8月22日,历时645天,施工人员终于完成松软地层“补钙”作业。

  地层深处的穿越

  全长255米的顶管冷冻暗挖段工程,是目前世界上施工难度最大、顶进长度最长、精度要求最高的曲线管幕工程,是港珠澳大桥珠海连接线的关键控制性工程。

  穿越拱北口岸255米长的隧道暗挖地段,开挖宽度约为22米、高度为24米(相当于10层楼高),建设条件极为复杂。拱北口岸日均客流30万人次、车流超万辆,周边建筑密集,技术难度大,施工风险高,文明环保要求高。下穿口岸狭长地带两侧的建筑桩基和地下管线“星罗棋布”,管幕距口岸桩基最近距离仅0.46米,整体风险和技术难度在国内乃至世界上都首屈一指。

  以往曲线顶管顶进误差能控制在15厘米就相当了不起,而该隧道管幕工程的误差必须控制在5厘米以内。

  地表沉降控制是管幕施工中面临的另一技术难题。拱北隧道紧临海岸线,距地表最薄处仅4米,相邻两根钢管间距离仅30多厘米,顶管机要在口岸下方限定的区域进行36次顶进,稍有不慎,就会造成严重后果。另外,土层中夹杂的钢筋混凝土砌体、花岗岩等坚硬障碍物,也给管幕施工带来极大挑战。

  中铁十八局集团一公司组建专门的人才智库,投入近亿元定制4套国际顶尖的泥水平衡式顶管机,利用“千里眼”UNS精确制导,建立自动跟踪测量系统,破解了“高水压条件下顶管始发”“接收安全风险和管幕曲线轨迹控制”等一系列难题。最终,他们把管幕轨迹误差控制在设计所要求的5厘米以内,并创造了单根顶管日进尺56米、最小误差为5毫米的曲线管幕施工纪录。施工过程中,拱北口岸建筑安然无恙。

  智能化的冻结之路

  在施工中,中铁十八局集团一公司采用“顶管帷幕注浆改良+冷冻法”加固土体,这是国内市政工程首次应用该工艺。

  该公司对36根顶管经过的实际土体进行专题研究,将顶管分成18个奇数管和18个偶数管,并在奇数管内安装冻结管与限位管,偶数管内安装两路异型冻结管和两路供电开关,将主要作用于土体的异型冻结管与控制三通阀门、专用测温仪器连接,形成一个专用冻结控制系统。

  为使冷冻精度更高,该公司还安装了一套密封装置,埋置1万多个监测点,使高风险的地下顶管作业过程漏沙、漏水处于可控状态。理顺一整套作业程序后,他们精确控制、均衡冻结,使冻结土体达到了理想的设计标准。

  港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道曲线管幕工程的顺利完工,对我国特殊地理环境和复杂地质条件下大断面隧道的设计和施工,特别是对各大城市地下工程建设,具有非常重要的指导意义。