超大“冰箱”拱出的拱北隧道：造價4億元，年底或通車

C FP供圖

整個拱北隧道全長2741米，由海域人工島明挖段、口岸暗挖段以及陸域明挖段三種不同結構的隧道連接而成。 拱北隧道暗挖段開挖支護結構圖。拱北隧道暗挖段空間結構圖。

原標題：超大“管幕冰箱”拱出一條地下隧道

歷時5年，港珠澳大橋珠海連接線拱北隧道，昨日全線貫通。據南粵交通投資建設公司消息，在先后完成超大斷面曲線管幕頂管施工、超長距離水平環(huán)向凍結后，又經過近1年的施工，拱北隧道工程于昨日完成全部5臺階14導洞開挖作業(yè)，順利實現隧道全線貫通。作為大橋重要組成部分，其不僅是世界首座采用新型施工方式的雙層公路隧道，同時其多項建設刷新了建筑行業(yè)的新紀錄。

拱北隧道按照“先分離并行，再上下重疊，最后又分離并行”的形式設置，包括海域人工島明挖段、口岸暗挖段及陸域明挖段等不同結構形式和施工工法。尤其口岸暗挖段工程施工技術難度大、安全風險高，是業(yè)內極具挑戰(zhàn)性的公路工程建設項目之一。南都記者獲悉，該隧道全線貫通后，將進入主體結構和附屬工程施工階段，預計今年12月該大橋珠海連接線可具備通車條件。

拱北隧道暗挖段

綜合造價達到4億元

據了解，珠海連接線是港珠澳大橋的重要組成部分，同時拱北隧道也是項目的關鍵控制性工程。南都記者獲悉，作為世界最大的斷面公路隧道的珠海連接線拱北隧道工程歷時近5年，在先后完成超大斷面曲線管幕頂管施工、超長距離水平環(huán)向凍結后，昨日在完成全部5臺階14導洞開挖作業(yè)后，順利實現隧道全線貫通。

據承建方中鐵十八局集團有限公司介紹，整個拱北隧道全長2741米，由海域人工島明挖段、口岸暗挖段以及陸域明挖段三種不同結構的隧道連接而成。其中，255米長且下穿拱北口岸的拱北隧道暗挖段，其綜合造價達到了4億元，相當于每米接近160萬元。南都記者了解到，該255米長的拱北隧道暗挖段分為上下5層14個洞口，并與兩端的暗埋隧道相連，未來正式投入使用后，上層為香港到珠海方向，下層則為珠海往香港方向。

珠海連接線

年底具通車條件

伴隨著昨日拱北隧道的全面貫通，這也標志著全長13 .4公里的港珠澳大橋珠海連接線主體工程也終于實現了全線貫通。據介紹，港珠澳大橋珠海連接線路線未來將采用雙向六車道高速公路標準，設計速度80公里/小時，整體式路基寬度32米，分離式路基寬度16米。隧道6204米/2座，橋梁長5973米/3座，設人工島1處，同時還將建設南灣互通、橫琴北互通、洪灣互通3處互通立交以及口岸人工島連接匝道1處。

“珠海連接線東起珠澳口岸人工島，向西設拱北灣大橋連接珠海連接線人工島；采用海底隧道方式穿越拱北灣海域，城區(qū)隧道形式下穿拱北口岸；經茂盛圍軍事管理區(qū)后，經前山河特大橋跨越前山河；經中富工業(yè)園上跨南灣大道后，經加林山隧道穿越將軍山；后以高架橋形式繼續(xù)西行至本項目終點洪灣，通過西部沿海高速公路接入國家高速公路網?！毕嚓P部門負責人稱。南都記者了解到，截至目前，港珠澳大橋珠海連接線一期工程洪灣互通至橫琴北互通至南灣互通，已先后于去年1月和9月提前建成通車。而按照目前計劃，港珠澳大橋珠海連接線將在今年10月完成全部土建施工，12月可完成交工驗收并具備通車條件。

揭秘

地下“大冰箱”是如何煉成的

拱北隧道全線順利貫通，標志著港珠澳大橋珠海連接線關鍵核心技術取得重大突破。其中，曲線管幕頂管成套施工技術、長距離大斷面水平環(huán)向一次凍結技術，均填補了我國建筑領域的空白；淺埋超大斷面暗挖施工采用的“多層多部開挖、立體交叉作業(yè)”施工組織模式及安全風險管控措施可為類似工程提供借鑒參考。

36根頂管安裝用了兩年

拱北隧道口岸暗挖段共長255米，采用曲線管幕+凍結法施工，是世界首座采用該工法施作的雙層公路隧道，其管幕長度和凍結規(guī)模均創(chuàng)造了業(yè)內新紀錄。拱北隧道暗挖段建設條件復雜，地層軟弱，富含地下水，頂部覆土厚度不足5米。管幕凍結工程是拱北隧道暗挖段的核心，也是基礎。管幕由36根直徑為1.62米的鋼管組成，平均長255米。拱北口岸下方樁基與管線星羅棋布，給頂管的頂進帶來了難題。管幕離澳門關閘大樓樁基最近距離為1.6米，離珠海免稅商場回廊樁基僅有46厘米。

為了躲避隧道兩側密布的樁基，頂管被設計成了曲線，在建筑物地下樁基間穿梭就像在刀尖旁行走，加大了管幕施工的難度。頂管從隧道一端的工作井頂入，另一端穿出。出口事先預留好，頂管施工時必須將頂進誤差控制在5厘米以內，否則就會出現頂得進去穿不出來的情況。

此外，由36根頂管組成的環(huán)形管幕圈與單根頂管頂進相比，其技術難度不是簡單的倍數關系，由于存在群管效應，單根頂管的頂進精度須嚴格控制才能確保管幕的形成。“管幕工程的完成好比人身體的骨骼順利塑造完成，而下一步凍結工程就是利用冷卻鹽水管道，通過循環(huán)低溫鹽水在骨骼上塑造血肉，最終形成完整的‘人體’?！备壑榘拇髽蛑楹＿B接線管理中心主任王啟銅介紹，自2013年6月第一根試驗管始發(fā)，至2015年5月最后一根頂管順利接收，歷時兩年。

暗挖段凍結成超大“冰箱”

拱北隧道暗挖段采用的超大斷面水平環(huán)向一次凍結技術，是工程建設的另一個重難點，相當于以管幕為“骨架”，完成一個高23米，寬21米，厚2 .6米，縱向長度255米的大“冰箱”。如此大的一個凍結體系如何形成？如何實現精準凍土厚度控制，確保不因凍脹影響口岸通行安全？工程完成后又如何解凍及降低凍土融化引起的地表下沉風險？區(qū)別于傳統(tǒng)凍結工法，拱北隧道暗挖段將凍結管路布置在管幕頂管內，冷量通過頂管傳遞給土體，最終使頂管間土體降至負溫，土體中的水結冰形成凍土，并將頂管包裹，利用管幕+凍土將隧道完全封閉，從而在開挖期間阻止頂管外側地下水進入隧道，保證隧道施工安全。

針對長距離管幕凍結止水問題，將管幕設置為“實頂管”和“空頂管”交替布置狀態(tài)。首先，需要驗證能否形成凍土帷幕的問題；其次，需要考慮隧道開挖引起的熱擾動作用下凍土帷幕是否能夠保持良好的止水狀態(tài)；另外，須嚴格控制凍土體積以限定凍脹量，確?？诎兜乇砑敖ㄖ镒冃尾挥绊懻ＭP。為此，項目工程師提出了在管幕鋼管內部布置“圓形主力凍結管”、“異形加強凍結管”和“升溫鹽水限位管”三種特殊管路構成的國內外前所未有的凍結方案。

首先，為了實現凍結圈成環(huán)，工程師經過精細驗算，確定在暗挖段兩邊各設一個凍結站，以確保冷量持續(xù)供給，對管幕圈不間斷實施控制凍結，日均耗電量近10萬度。如何確保沒出凍土的厚度？工程師們在暗挖段凍結圈周圍共布設了10000多個溫度監(jiān)測元器件，并實時對監(jiān)測數據進行反復的排查、處理。通過調整鹽水流量、溫度及限位管等措施對凍結參數不斷進行調整。拱北隧道暗挖段凍結工程自2016年1月中旬正式開機啟動，至5月底，凍結圈厚度即達到設計要求。管幕凍結止水帷幕的形成，在隧道周圍形成了強大的超前預支護體系，為隧道開挖提供了安全保障。

上千萬個監(jiān)測元器件充當“眼睛”

拱北隧道暗挖作業(yè)其次要解決凍土開挖困難、施工工效低的問題。隨著凍結時間的持續(xù)，隧道內部凍土發(fā)展厚度與凍土強度遠遠超出預料，常規(guī)的巖土爆破、靜態(tài)爆破等開挖方式在這種工況下均不可行。采用大型破除設備，導洞凈空太小，設備無法進行作業(yè)；采用小型挖機配備旋挖鉆頭，機體太輕，開挖凍土效率太低，工程一度陷入凍土開挖困難的被動局面。

經過不斷的設備選型和組織調整，最后形成微臺階開挖工法，即利用小型挖掘機破碎錘開挖凍土，每個導洞分做三個微小臺階，每個小臺階配置一臺小型挖掘機破碎錘，人工配合修邊，很大程度上提高了開挖工效。

另外，拱北隧道暗挖作業(yè)要確保隧道始終在封閉止水的條件下進行。隨著隧道開挖的進行，管幕及凍土暴露在空氣之中，隧道機械開挖產生熱量、隧道通風產生的空氣對流以及混凝土施工產生的水化熱等，都會對凍土帷幕產生不利影響，造成凍土消融。怎樣保證在隧道開挖引起的熱擾動作用下凍土帷幕能夠保持良好的止水狀態(tài)，同時又要避免凍土發(fā)展過快引起隧道上方拱北口岸地表變形？布設在凍結圈內成千上萬個監(jiān)測元器件充當了工程師的“眼睛”，適時告訴工程師及時調整凍結參數，保證凍結效果。

出品：南方都市報科學新聞工作室 主持：陳養(yǎng)凱

采寫：南都記者 陳燕 李京 通訊員 南粵交宣