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孙钧院士解密港珠澳大桥众多技术细节

2013-12-06 08:40:05  来源:中国岩土网  阅读: 3641 次
“隧道中国2O13”于上海浦东海世纪皇冠假日酒店成功召开。作为首席发言嘉宾,孙钧院士现场解密港珠澳大桥沉管隧道的众多技术细节。

孙钧院士

孙钧院士

在12月5日于上海浦东举行的“隧道中国2013”大会上,作为首席发言嘉宾,孙钧院士现场解密港珠澳大桥沉管隧道的众多技术细节。以下是本网员工现场笔录(因专业知识有限,记录内容不够详尽,且有部分错误,敬请谅解)

港珠澳大桥建设中一共有三个大的问题:

第一个就是为什么用沉管,用隧道通桥梁的方案,全桥全隧为什么不行。我们考虑全桥的话,主通道有三个航道,有两个航道是交叉的,不是平行的,所以桥礅很难处理。36公里的隧道,目前国际上还没有,因为他是双向六车道,排风排烟,未来消防的问题都非常大。另外,全隧造价明显高于桥梁。最后称为桥,因为全长36公里中,30公里是桥。这里的水并不深,只有20来米,桥的成本要便宜很多。桥与隧要过渡,高差有50多米,因此就设置了两个人工岛。

在软土地区一般会想到盾构,但为什么最后选用沉管?沉管的造价要比盾构贵。因为很多地方的埋深不大,6公里里至少4公里埋深很浅,双向6车道,15.43米内径,采用复合盾构,目前还没有,刀具刀盘都是问题。考虑到做盾构单层要漏水,单层管片的盾构还要加内衬,那盾构直径要达到18米,难度太大。再者,盾构一条缝就可能毁掉一条隧道,所以最后还有选用了沉管。沉管的内衬在岸上建成,质量没问题,问题只在接头,这个后头还会讨论。大桥海床稳定性很高,冲刷很小,虽然每年有台风,但台风之外250天是风平浪静,浮运和沉放的时间充裕。还有,海底流速很小,可以沉得很稳,一般的沉放方法就可以解决。(孙院士当时强烈建议用沉管法,认为如果这种独天得厚的条件下不用沉管法,沉管法在中国将无可用之地,最后他倡导的沉管法被运用到珠港澳大桥中)。

第二个沉管法的施工难题:一是水下基槽开挖标底达-45米,作业最深达-23米,海上施工风险控制难度大。二是外海海域,4年施工周期,突发恶劣气候可能造成基槽坡壁失稳,坍槽。国内一般观点,沉管在再软的软基上都能做,因为沉管中空,比再软的挖除土都要轻,所以荷载不是问题,甚至要考虑沉管的上浮,加在沉管上方另外附加荷载。但是,我们经过计算和讨论,决定还要要对地基加固,那用什么方法加固呢?一种观点是高强预应力管桩(刚性桩)控制沉降,最后讨论是挤密砂桩,碎石桩也被否定掉了。(孙院士提出要历史的看问题,以前刚性桩做基础多,因为以前没有水力压解,所以没法做柔性接头,只能减小沉降。现在有了复合地基,有了水力压解法,条件发生变化,另外,当时还没有复合地基的提法)。

第三个问题是回淤量比较大。回淤在施工时加大,施工时就有回淤,所以最后用极限测算,即回淤至原来的海平面。回淤对柔性接头考验很大。我们的沉管施工时用22.5米*8(沉管22.5米一段,在工厂加工预制,每8节形成一个管节)构成一个管节,一般做法是沉到底后,当沉降基本稳定后,管接中的预应力索筋切断,索筋切断后止水带发挥作用,水力压接压紧来抵抗少许沉降。现在沉降大了,索筋切断就有问题了,因为光靠止水带的柔性接头不行,肯定要漏水,所以最后考虑预应力接头不切断!

这里就涉及珠港澳大桥在大回淤条件下,沉管隧道结构的工程处理创新——半刚性管节设计构思:管段间小接头预应力索筋不再切断,保留成永久性的,形成半刚性;当然,索筋有应力腐蚀的问题,所以要考虑预应力度(在60%左右),否则发生脆断将形成连锁反应。

我们通过对管节中的小接头“预应力度”作设计控制,使小接头保留一定的柔性,就可以使全管节的变形不至于都集中到大接头一处截面,而致GINA止不失效、管节接头张开而渗漏。(大接头天然橡胶最大变形不能超过5公分)。为保证安全,GINA止水带我们选用荷兰采的天然橡胶止水带,虽然现在也有国产的止水带。“半刚性管节”已在港珠澳深厚软基地段获设计采用,这在国外,尚只有荷兰海音沉管隧道一处先例。

接上述方法进行接头处置的情况下,预期还有可能将出现的问题:管段小接头有不可预计的(各种随机因素所引起)“拉开”,则临时性切断所留存的部分预应力筋将势在必行。

正常情况下,管段小接头在承受有预压应力和水力压接产生的轴向压力以后,其接头是不允许被“拉开的”,但在各种不可预计到的随机因素作用时,仍有可能会有个别管段出现“拉开”的危象。这主要是因为小接头张角过大而引起的,也有可能因剪切键错移过大而产生;此时,如不能及时按事前切断预应力筋的设计预案处理,将会因接头渗漏出现始料未及的风险。

处治这一险情的方法,只能是:按计算有目的地切断部分原先设计为永久性保留的预应力索筋,这是一项虽不得已、但却又十分必要的唯一预案。

切断预应力索筋,在工作进行中必须要求妥慎安排,以使各种副作用和负面效应降至最小,比如,部分预应力筋切断后,会瞬间引起小接头抗剪能力的突然降低; 预应力筋切断后,会引起仍保留的尚存预应力筋产生应力重分布现象;预应力筋切断时的振动和冲击力,有可能对正在运营中的隧道车流产生不利影响。

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全部评论(2)

  • leo1985发表于 12月09日 09:26这家伙很懒,没有个性签名!
  • 第二次向孙钧院士学习了!
点评:
  • wuzhan1119发表于 12月06日 21:06这家伙很懒,没有个性签名!
  • 学习了!
点评:
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