聚焦港珠澳大橋工程（一）港珠澳大橋島隧工程
——沉管預制

本刊記者 俞嘯

聚焦工程 Construction Focus

聚焦港珠澳大橋工程（一）港珠澳大橋島隧工程
——沉管預制

本刊記者 俞嘯

港珠澳大橋是繼三峽工程、青藏鐵路、南水北調、西氣東輸、京滬高鐵之后國內的又一重大基礎設施項目，東連香港、西接珠海、澳門，是集橋、島、隧為一體的超大型跨海通道。這座連接香港大嶼山、澳門半島和珠海市的跨海大橋，全長近50km，主體工程長約35km，包括離岸人工島和海底隧道。由中國交通建設股份有限公司聯合體承建的島隧工程是大橋工程的施工控制性工程，由沉管隧道、東西人工島三大部分組成。沉管隧道起于伶仃洋粵港分界線，沿23DY錨地北側向西，穿越珠江口銅鼓航道、伶仃西航道，止于西人工島結合部非通航孔橋西端。建成后將成為世界上最長的6線行車沉管隧道、世界上跨海距離最長的橋隧組合公路。

港珠澳大橋示意圖，大橋中段的隧道是建設中難度最高的部分

1983年，原計劃連接香港和珠海的“伶仃洋大橋”計劃被提出，后增加澳門，更名為“港珠澳大橋”；2007年，各地政府達成協議；2009年3月，就大橋主體工程初步設計簽約；2009年12月，港珠澳大橋澳口岸人工島開始動工；2011年12月港珠澳大橋香港段工程正式動工。預計2016年建成通車。

由兩個人工島和隧道組成的島隧工程，是港珠澳大橋施工難度最大的部分。全長5664m的沉管隧道，由33節的鋼筋混凝土結構的沉管對接而成，至2015年3月底，港珠澳大橋島隧工程已累計完成21節沉管預制和15節沉管浮運安裝，橋梁工程全線樁基礎施工全部完成，已完成165.5個墩臺海上安裝，占總量的85.8%。

沉管預制難度大

港珠澳大橋沉管隧道是目前世界上綜合難度最大的沉管隧道之一。港珠澳大橋島隧工程結合、長距離通風及安全設計、超大管節的預制、復雜海洋條件下管節的浮運和沉放，高水壓條件下管節的對接以及接頭的水密性及耐久性、隧道軟土地基不均勻沉降控制等技術均要達到世界最高水準。沉管隧道東西人工島深厚軟土的加固處理，人工島各部分差異沉降的控制，與沉管隧道的連接，島、隧運營階段的可靠性及耐久性等技術，都是超級挑戰。

預制沉管標準節

沉管法建造隧道首先需預制沉管管節。沉管管節分為標準管節和非標準節，采用工廠化在車間內預制生產。每個標準管節長180m，寬37.95m，高11.4m，底板、頂板、側墻厚度均為1.5m，中隔墻厚0.8m,重約75000噸。管節預制時將每節180m長的沉管管節又分成8個小管節，每個小管節長22.5m，每個小管節的接口處都采用凹凸槽的設計，一個小管節凸出的地方，將與另外一個小管節凹下的地方咬合，保證小管節拉合后不脫落。在每個小管節之間，都采用止水帶，以防止海水滲漏。

縱觀國內外的沉管隧道管節預制，絕大多數都采用干塢法，在船塢或船臺進行預制再灌水起浮，但管節的預制和存放都在同一個干塢內進行，管節要出塢門時，其他工作都要停下來，使得工期受限。對港珠澳大橋這樣的超級工程而言，工廠預制法顯然更能適應建設的要求——“大流水”作業，工廠化全封閉室內預制，受外界因素影響小，沉管的精度和質量都能得到最好的保證。

2012年4月29日，港珠澳大橋島隧工程沉管預制啟動儀式在距海上施工現場7海里外的珠海桂山牛頭島沉管預制廠舉行。沉管預制需要克服各種難題：

1）規模大，進度緊迫。共33個管節，混凝土總量約87萬m3，設2條預制生產線，首批管節(E1、E2)必須在2012年8月底之前預制完成，第二批管節(E3、E4)需在2013年初完成，以后按照每兩個月生產2個管節的速度，其余各批次管節預制隨后密集梯次展開，規模大、進度緊迫，對干塢建造、前期籌備、施工組織管理等要求高。

2）預制精度要求高。管節重度及幾何精度控制標準要求高，對原材料質量穩定性控制、模板系統剛度及制作精度、施工過程控制等要求極其嚴格。

3）鋼筋施工難度大。單節管節鋼筋量大(約900t)；綁扎及定位難度高；鋼筋籠移動過程中確保其變形等難度較大；鋼筋籠滑移至澆筑區后進行體系轉換難度大。

4）混凝土供應保障難度大。為保證沉管耐久性要求，管節預制采用全斷面澆筑工藝，一次澆筑混凝土約3413m3，必須在30h內澆筑完畢，平均澆筑強度約114m3/h，且不允許出現任何停頓，平均每周澆筑2次。單位時間內澆筑如此大方量混凝土在國內外工程界罕見，對混凝土生產供應設備的效率及可靠性要求極高。

5）曲線段管節預制需調整相關參數。E29～E33為平曲線管節，曲率半徑為5000m，需通過調整相鄰兩個22.5m長直線節段之間的夾角來近似擬合5000m曲線半徑，各節段鋼筋籠骨架及模板系統位置參數需按照管節曲線位置予以調整。

6）節段頂推不均勻受力控制要求高。一個標準節段長22.5m，寬37.95m，重約9000t，最大水平頂推距離約300m，頂推軌道沉降、各支點受力不均勻等均有導致管節開裂的風險，需采取有效措施實現各支點根據滑移面的高程變化自動調節支承反力，且各點反力誤差不得超過1%，對管節頂推設備的同步性、可靠性及支承體系轉換控制要求高。

7）管節控裂面臨挑戰。管節設計使用壽命120年，抗滲要求高，管節截面尺度大，且無外包防水，不允許出現溫度裂縫，工程區域常年氣溫高，濕度變化大，混凝土入模溫度控制、控裂及養護措施等面臨前所未有的挑戰。

8）生產資源組織難度大。沉管預制工廠設置在桂山島上的牛頭島，屬孤島施工，施工材料全部經由海上運輸，受氣候環境因素影響大，各種資源組織難度大。

9）水電供應保障難度大。桂山島內缺乏蓄水的池塘水庫，無多余供水網管，預制廠生產、生活用水需用船從珠海運到牛頭島，單價高；生產生活用電靠自行發電，成本高。

四大新技術是保證

合理優化配置混凝土生產、溫控、輸送及管節頂推設備，優化混凝土澆筑及管節頂推工藝，提高設備保證率和施工效率；以混凝土容重、管節外形尺寸及裂縫控制為重點，優選原材料和混凝土配合比，合理制定管節預制溫控方案，實現從原材料出庫到混凝土入模的全過程溫度控制，保證夏季入模溫度不高于25℃，冬季不高于23℃，強化施工過程管理，確保管節預制質量；加強管節預制各項籌備工作，在預制工廠土建施工階段同步進行設備的安裝調試和相關技術準備，做到土建完工，設備安裝調試完工，技術準備到位，確保首批管節預制按時、高質量完成；在完成總體施工進度的基礎上，適當加大投入，加快施工進度，為管節浮運沉放關鍵線路的順利實施創造有利條件。

技術與質量管理措施。根據項目的實際情況編制了總體施工組織設計，并根據工程進展及時編制鋼筋施工方案、混凝土施工方案、頂推施工方案等重大施工方案以及各分項工程詳細的施工專項方案、施工作業指導書或標準化作業規程；嚴格執行分項工程開工前技術交底制，過程控制實行“自檢、互檢、專檢”三檢制；制定并執行各分項工程工序檢查表；建立了質量管理體系，嚴格編制了質量計劃。

針對本工程特點，必須做好技術的超前策劃，確保有足夠的時間提前研究解決方案。對重大技術問題制定計劃，明確解決目標、解決途徑、解決方法，按規定制定必要的專家評審計劃，及時組織專家評審，突破制約工程建設的關鍵環節。優化施工組織設計及細化分項工程方案，做好足尺模型試驗，以及時發現問題，總結經驗，為盡早展開大規模流水作業創造條件。優化技術方案，引進新設備、新工藝、新材料，提高工效，確保施工進度。建立完善的質量保證體系，對所有質量風險點進行分析并提出保證措施，過程中持續改進，確保大橋120年使用壽命。

工廠化全封閉室內預制。港珠澳大橋沉管預制采用了工廠化全封閉室內預制工法，工廠建設工期短，在開工后一年即投產，廠房按照流水式預制生產線進行工藝布置，所有預制作業在廠房內24h連續進行。180m長管節分為8個節段，每個節段長22.5m，節段在三個鋼筋臺座上依次完成底板、側中墻、頂板鋼筋綁扎成型后，移入澆筑坑并完成內外模精確就位，在固定的臺座上澆筑、養護達頂推強度要求后，向前頂推22.5m，空出澆筑臺座，下一節段與剛頂出的節段相鄰匹配預制。如此逐段預制逐段頂推，直至完成全部8個節段澆筑后，整體向前頂推至淺塢，進行一次舾裝。采取此種流水方式，流水節拍緊湊，資源利用合理，沉管預制周期短，具有傳統干塢法不可替代的優勢。且由于采取室內預制，在混凝土澆筑和溫控方面難度降低，提高了預制質量。

首節沉管混凝土泵送

大噸位剛性構件多點支撐水平位移法在管節頂推中的運用。沉管管節頂推采用“三點支撐，多點連續頂推”方法，節段下方由3套液壓泵系統支撐，即底部為“三點”支撐，確保節段和管節的穩定性。每個節段下方均設置有頂推裝置，頂推力分散，對滑移軌道受力要求較低。每點支撐中的油路串聯成整體，并裝置有蓄能器，使得整個支撐裝置具有很好的浮動變化能力，適應軌道的不平整。該系統自動化程度高，通過控制顯示屏，操作人員可以直觀地查看頂推中的支撐油壓、頂推油壓、頂推距離、空間水平姿態等。

E4-S8段沉管頂推完畢

特大型全自動液壓鋼模在沉管預制中的運用。沉管預制用模板由德國PERI公司進行專業設計，在上海振華重工專業加工廠進行定型加工。每條預制生產線配置1套底模、1套內模、1套側模、2套端模、針形梁和相應的液壓系統。沉管管節斷面尺寸為37.95m×11.4m，節段預制長度達22.5m，配套使用的模板為超大型鋼模板。超大型鋼模板在加工精度、現場安裝精度以及液壓系統同步穩定性等方面要求甚高。沉管管節超大型鋼模板施工工藝復雜程度在國內外均屬前列。超大型模板采用液壓系統實現合、拆模動作，縮短了模板合、拆時間，有效減少了模板局部變形，對控制沉管管節混凝土外觀質量非常有利。

模板系統全貌

全自動鋼筋加工中心在沉管預制中的運用。沉管單節段鋼筋量最大約900t，鋼筋種類多，單日加工量大，考慮廠房空間有限、孤島人工費用大等因素，采取傳統鋼筋加工方式無法滿足生產需要。經過前期比較調研，沿用各大型工程和工廠鋼筋加工的成熟經驗，結合現場鋼筋場地對加工設備、流水線進行選擇和優化，形成港珠澳特色的全自動鋼筋加工中心。引進國內外先進設備，加工精度遠遠高于設計和規范要求。加工中心加工精度高、效率高、人員勞動強度小、成本低，在大型化、標準化工程中擁有無可替代的優勢，港珠澳大橋鋼筋自動化流水生產線，是標準化廠房建設的一部分，也是港珠澳大橋建設的一大亮點。

T-Bar拉鉤筋在沉管預制中的運用。為適應沉管預制鋼筋結構受力復雜，鋼筋籠綁扎空間狹窄等特點，引入“T-Bar”型拉鉤筋，為國內首次使用，該種拉鉤筋具有性能穩定、加工規范、節省材料、易于綁扎等特點。同時引進國外專利技術，首次使用摩擦壓接機加工拉鉤筋，填補了國內相應的錨固板技術和施工案例空白，同時也為其他大型工程提供借鑒。

鋼筋加工區

沉管在珠海桂山島上預制好之后，用鋼封門將兩端封閉，沉管浮在海面上。然后從海上浮運到施工現場，再沉入海底對接。海上的氣象條件很大程度上決定了浮運和對接的成功與否，33個沉管的對接對建設者是更大的考驗。

沉管預制生產過程圖

The Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge island tunnel project——immersion precasting concrete