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      1. 探礦工程在線 > 正文

        中煤特鑿港珠澳大橋拱北隧道頂管凍結工程

        發布時間:2018年11月14日
        來源:礦山界公眾號(2018-11-14)

        曲線管幕+水平凍結工法示意圖

        曲線管幕+水平凍結”工法示意圖

        港珠澳大橋是一項舉世矚目的世紀工程,被譽為新世界七大奇跡之一,而拱北隧道是港珠澳大橋珠海連接線的核心控制性工程,也是世界最大斷面的公路隧道。該隧道施工的核心難題是中煤礦建特鑿公司首次采用曲線管幕+水平凍結工法攻克的。

        什么是曲線管幕+水平凍結工法?

         

        凍結法施工原理與冰箱相似,即利用人工制冷技術使地層水結冰增加其強度,并阻斷地下水間的聯系增強其穩定性,然后在冰層凍結壁的保護下進行掘砌作業。該工法多用于礦井建設,即豎井凍結。水平凍結多用于隧道聯絡通道施工,而拱北隧道凍結是歷史上規模最大的一次。

        所謂曲線管幕+水平凍結工法就是用36255米長、1.62米直徑的鋼管穿透地下土層,在地下圍成一個橢圓的環,這個橢圓環便是曲線管幕,而隧道暗挖工程就在這個橢圓環內進行。凍結則是為了防止海水滲透,因此工程采用-28℃的低溫鹽水,把凍結管插入頂管中,將管幕之間35厘米的土體進行凍結,如同制造了一個長255米的巨大橢圓柱體冰箱,將2-2.6米的土層凍結起來,形成止水屏障,與曲線管幕共同支護隧道內的暗挖工程。這個巨大的橢圓柱體冰箱每天耗電約10萬度,僅每年的電費就達到了約4000萬元。

         

        這項凍結工程到底有多?

        這條媲美神九太空穿針技藝的地下穿針隧道,其暗挖段曲線管幕+水平凍結的施工工法為業內首創,難度、規模和技術含量刷新了數項世界紀錄,被譽為地下神九;其設計時速80KM/H,高21米、寬19米的開挖斷面創國內高速公路隧道之最,雙層六車道的隧道總高度相當于8層樓高,為國內第一座采用頂管暗挖法實施的公路隧道。

        拱北口岸是珠澳往來的重要關口,也是全國第一大陸路口岸,日均客流超40萬人次,車流超1萬車次,拱北隧道的施工不能影響拱北口岸的通關,容不得半點馬虎。

        更棘手的是,拱北口岸的地下就像豆腐腦。珠海本來就是一個幾乎貼著海平面建起來的城市,拱北口岸就在海邊。拱北隧道地面下1米多就是地下水,且與拱北灣的海水連通,無論如何抽取地下水,海水都源源不斷地快速補充。所以,口岸暗挖段采用255曲線管幕+水平凍結工法,這是世界首座采用該工法施工的雙層公路隧道,其管幕長度、管幕面積和凍結規模均刷新了世界同類隧道的施工紀錄。


        如此的工程是如何進行的?

        20159月,中煤礦建特鑿公司通過1年多的試驗段測試和多次的專家會驗證后承接了港珠澳大橋拱北隧道頂管凍結工程,并在同年進行了工程的正式安裝。20161月,工程正式開機進入凍結運轉階段,同年6月拱北隧道凍結強度達到開挖要求。2017920日,工程開始轉入強制解凍及融沉注漿階段,一個月后,解凍及融沉注漿施工結束,口岸地表及建筑物安全平穩,標志著拱北隧道頂管凍結工程勝利完成。

        在凍結前期,中煤礦建港珠澳大橋拱北隧道項目部施工人員每天在每根頂管內要進行近10個小時的電焊作業,當時正是珠海氣候炎熱的夏天,現場頂管空間狹小,通風不順暢,氣溫均在38℃以上,施工人員基本是半蹲著進行電焊作業。經過4個月的緊張施工,項目部成功安全的在每個頂管內安裝了3根凍結管,確保了凍結管幕的形成。

        在凍結運轉階段,對凍土我們必須精準控制,凍得不夠,水壓增大,可能會擊穿凍土層,發生涌水,導致地面下沉,必須加凍;凍得過度也不行,那會造成地面隆起,嚴重影響地面建筑的安全,所以要用鹽水把冷量帶出,限制凍土發展。因此在凍結期間,除了上萬個傳感器監測外,巡查技術人員定期要爬進溫度在-28℃左右的狹窄鋼管內進行人工檢測,確保管內溫度在設計允許范圍內。經過6個月的積極凍結,隧道周圍2—2.6米厚的土體被凍成石頭的硬度,拱北隧道在地下形成了一個大冰桶。

        在拱北隧道開挖階段,現場開挖時凍土溫度的回升和支護加固強度的提高對我們開挖階段的凍結要求又增加了難度。項目部要求凍結施工人員同步跟班測溫,保證每天兩次進入-28℃的頂管內進行巡查,并24小時值班,確保開挖階段的安全凍結。201612月隧道初步貫通,20174月隧道全線貫通,在此期間凍結工程高質量安全平穩推進,獲得了業主、監理等各方及中外專家的高度評價和贊揚。

        在解凍及融沉注漿階段,如果采取自然解凍,可能需要延續幾年的時間。所以,為了監測解凍對地表的影響,采取了人工強制解凍的方式,然后根據實時監測數據,對它進行實時融沉注漿,減少解凍對口岸及地表的影響。每班監測人員根據實時監測地表沉降數據,對土層進行動態修復,保證沉降安全可控??刂平鈨鍪冀K保持一個原則:地表每天沉降的速率不超過隆起的速率,地表累計沉降量不超過累計隆起量,并且點與點差異沉降量區域差異越小越好。所以,對于每個控制點我們的施工技術人員都親力親為,每天對數據進行詳細分析,做好沉降控制,確保凍結工程安全順利收尾。

         

        20181024日上午9

        港珠澳大橋正式通車運營,它的背后凝聚的是無數橋梁設計師及施工人員的智慧和汗水,展現了中國最高的工程水平。作為參建者,在港珠澳大橋這項世紀工程上,礦建人用上下求索的精神開拓了新的創舉,用激情跨越的斗志開辟了新的明天,用徽匠智慧的畫筆描繪了中煤礦建特鑿公司新征程的發展藍圖。

         

        附件:工程概況

         

        拱北隧道是港珠澳大橋珠海連接線下穿拱北口岸的關鍵性工程,由中交第二公路勘察設計研究院設計,中鐵十八局集團承建,于20128月開工,20161228日貫通,為當時世界最長超大斷面曲線管幕隧道。

         

         拱北隧道展線

         

        隧道位于珠海市香洲區,起于拱北灣海域,接拱北灣大橋,止于邊防五支隊茂盛圍管理區,全長2741米,由海中隧道和城市地下隧道兩大部分組成,按照雙向并行與上下重疊相互變換的雙向6車道方案進行設計。由于受海陸地質條件和地面建筑物的影響,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;當經過拱北口岸時,則采取了管幕凍結暗挖法施工,隧道由左右并行,變成上下雙洞疊層;穿過拱北口岸進入陸域地段后,又采用明挖法施工,隧道逐漸演變為左右并行的雙洞平行結構。

         

        拱北隧道頂管機施工現場

         

        該工程暗挖段采用的曲線管幕+凍結法為內地首創、全球罕見。施工分三個階段,分別是頂管施工、冷凍、中間段的暗挖施工。首先,在穿越拱北口岸255米長的暗挖地段,需采用曲線管幕施工技術,沿著隧道的開挖輪廓線在336.8平方米的斷面上布置36根直徑1.62米、長255米的鋼管,組成環形支護體系,防止周圍土層坍塌、地表沉降。然后,用凍結法把管幕周圍的土層溫度降至零攝氏度下,即要以管幕為骨架,建成一個高23米、寬20米、厚2.6米,縱向長度255米的大冰柜,并利用人工制冷技術,把松軟含水的土層變成凍土,增加其強度和穩定性。最后,在積極凍結滿足要求后,按照先注漿加固后開挖的原則,自上而下逐層開挖后并及時進行初期支護、臨時支撐和二次襯砌施工;每層左右導坑錯位開挖,先左后右再中導坑,每層開挖臺階長度5米。具備條件后及時拆除臨時支撐,采用鋼模板臺車以中板為界分上下兩層進行三次襯砌施工。

        2015528日,隨著頂管機的緩緩移出,國內地質情況最復雜、管幕根數國內最多、世界最長、斷面最大的曲線管幕群以曲線形式成功下穿珠海拱北口岸,頂管施工圓滿完成。20161228日,世界最長超大斷面曲線管幕隧道——拱北隧道順利實現安全貫通,意味著國內首創的曲線管幕+凍結法施工法成功實施,也標志著中國在這一領域的技術水平走在了世界前列,為我國隧道施工技術積累了寶貴經驗。 

         

        拱北隧道管幕工程完工

         

         

         

         

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