港珠澳大橋沉管隧道運行情況

林鳴，林巍，李哈汀，王曉東

（1.中國交通建設股份有限公司，北京 100088；2.中交公路規(guī)劃設計院有限公司，北京 100088；

3.中交天津港灣工程研究院有限公司，天津 300222；4.中交四航局第二工程有限公司，廣東 廣州 510300）

0 引言

港珠澳大橋沉管隧道從第一個管節(jié)E1的安裝（2013年5月），到最終接頭的安裝（2017年5月），再到2017年10月，隧道的施工期荷載已完成95%以上，部分隧道已經(jīng)累積了約5 m的回淤荷載。

在施工期對管節(jié)進行了連續(xù)監(jiān)測[1]。隧道即將進入運營期，將不再具備類似的施工期的監(jiān)測條件。本文主要從荷載、基礎、結(jié)構(gòu)、接頭、防水等5個方面分析論述整個施工期關鍵監(jiān)測數(shù)據(jù)的整理與觀察情況。

1 荷載

沉管隧道自身的荷載很輕，所以后期加載的大小對隧道基礎與結(jié)構(gòu)的影響很關鍵。后期加載主要分為3部分。

1）管頂回填。這部分荷載通常在管節(jié)安裝完成后的1個月之內(nèi)就會完成。因為需要提供給管節(jié)足夠的抗浮安全度[2]。沉管隧道中間段頂部的回填料厚度均為2 m。兩端考慮與人工島銜接及防撞功能，荷載較中間段偏大一些。

2）隧道內(nèi)壓重層與路面。該工程的壓重層厚1.15 m，調(diào)平層0.3 m，路面層0.13 m。

3）管頂回淤。通過比較管頂回填驗收時的高程與當前多波束掃測的高程，就可估算出回淤的厚度。根據(jù)當?shù)厍闆r，回淤物的水下重度假定為5 kN/m3。

截至2017年9月28日，沉管隧道段管底平均豎向荷載見圖1。

圖1 隧道豎向荷載統(tǒng)計（自西向東）Fig.1 Statistics of tunnel vertical load(from west to east)

2 基礎

至今，沉管管節(jié)首、尾沉降統(tǒng)計如圖2所示。其中，每個管節(jié)的絕對沉降如圖3所示，管節(jié)的沉降大多數(shù)控制在5 cm左右。沉降測量采用在隧道內(nèi)貫通測量，測量每個管節(jié)的首、尾、中部，二等水準標準。

圖2 沉管管節(jié)首尾的沉降量（自西向東）Fig.2 Immersed tunnel element settlement at both ends(from west to east)

圖3 沉管管節(jié)沉降Fig.3 Immersed tunnel element settlement

差異沉降的讀數(shù)來自2種測量方法，一種是以上所述的水準測量，一種是在管節(jié)端部設置豎向位移計。統(tǒng)計結(jié)果如圖4所示。可見，接頭差異沉降大多數(shù)都在1 cm左右。

圖4 管節(jié)之間差異沉降Fig.4 Differential settlement between immersed tunnel elements

縱向比較管節(jié)的沉降、加載與時間，典型管節(jié)的整理結(jié)果如圖5所示，其中，唯一規(guī)律不同的是E32管節(jié)[3]，E32管節(jié)異常沉降隨時間變化關系曲線見圖6。

圖5 管節(jié)典型沉降-時間曲線Fig.5 Element typical settlement-time curve

圖6 E32管節(jié)異常沉降-時間曲線Fig.6 E32 abnormal settlement-time curve

3 結(jié)構(gòu)

節(jié)段接頭兩邊的軸向相對位移測量方案如圖7所示。位移計測量的是節(jié)段接頭沿著隧道長度方向的兩個點的相對位移變化，所以該測量值可近似代表節(jié)段接頭的張合量。統(tǒng)計結(jié)果見圖8?？梢?，節(jié)段接頭基本未發(fā)生張開。

圖7 節(jié)段接頭張合量測量Fig.7 Segmented joint opening and closing measurement

圖8 管節(jié)節(jié)段接頭的最大張合量Fig.8 Maximum opening and closing of segmented joint for tunnel element

管節(jié)安裝后，任意部位的撓度可用該部位沉降減去其兩端沉降在該部位的線性插值來估算。管節(jié)跨中部位的撓度統(tǒng)計見圖9，可見管節(jié)撓度較小。幾個管節(jié)沿自身長度方向的計算撓度見圖10。

圖9 管節(jié)中部撓度Fig.9 Tunnel element central deflection

圖10 沿管節(jié)長度方向的撓度Fig.10 Deflection along element long direction

4 管節(jié)接頭

管節(jié)接頭的最大張合量的測量方式類似節(jié)段接頭。在管節(jié)接頭頂部的正中間與底部的兩邊總共布置3個測點，測量到的張合量最大值如圖11。

圖11 管節(jié)接頭最大張合量Fig.11 Element joint max opening and closing

接頭張合量變化的原因主要為管節(jié)混凝土結(jié)構(gòu)每年隨季節(jié)的升、降溫，典型管節(jié)（E5）接頭張合量-時間曲線，及其與相應部位溫度-時間曲線的比較如圖12。

圖12 E4-E5管節(jié)接頭張合量與溫度隨時間變化的曲線Fig.12 Changing curve of E4-E5 joint opening/closing,and temperature with time

5 水密

隧道結(jié)構(gòu)未發(fā)現(xiàn)漏水。對管節(jié)接頭的Omega止水帶與中埋式止水帶之間的部位進行了水壓力監(jiān)測，通過預埋金屬管并連接壓力表（圖13）。監(jiān)測結(jié)果如表1所示。說明沉管隧道的219個節(jié)段接頭的中埋止水帶的止水目前是有效的。

圖13 節(jié)段接頭水壓力監(jiān)測Fig.13 Segmented joint water pressure monitor

表1 節(jié)段接頭水壓力監(jiān)測統(tǒng)計Table1 Segmented joint water pressure monitor statistics

6 其它

施工時還發(fā)現(xiàn)，每年的5—9月，即“回南天”，隧道內(nèi)壁掛滿了水珠，隧道路面也有明顯水漬[4]，管節(jié)與節(jié)段接頭部位也有積水，這些水均來自冷凝水。

7 討論

1）沉管管節(jié)實際差異沉降得到了較好的控制[5]，而Gina止水帶對10 cm以內(nèi)的差異沉降可通過它的剪切變形適應，更大的變形可通過滑移+剪切變形適應。

2）復合地基+組合基床使得沉降得到了改善，沉管沉降呈現(xiàn)出了“瞬時沉降”規(guī)律。唯一例外的是E32管節(jié)靠近E31側(cè)的接頭附近，該段基礎沒有采用組合基床，回填期恰好遇到了碎石供應受限、回淤物混入等，沉降呈現(xiàn)了復雜狀態(tài)。

3）部分區(qū)段沉管回淤達到了5 m，實際監(jiān)測并未發(fā)生明顯沉降，考慮為加載的效果可能與加載的速率時效關聯(lián)。

4）E1、E33管節(jié)荷載接近100 kPa，達到深埋段沉管運營期的最大荷載水平，運行情況與結(jié)構(gòu)反應良好，整體與接頭基本沒有滲漏水情況。

[1] 李哈汀，胥新偉，高潮，等.港珠澳大橋沉管隧道施工監(jiān)測系統(tǒng)[J].中國港灣建設，2015，35（7）：49-52.LIHa-ting,XUXin-wei,GAOChao,et al.Construction monitoring system of immersed tunnel of Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge[J].China Harbour Engineering,2015,35(7):49-52..

[2] 林巍，張志剛.海中沉管隧道回填防護設計的討論[J].中國港灣建設，2013，33（5）：29-33.LINWei,ZHANGZhi-gang.Discussion on design of backfill protection of offshore immersed tunnel[J].China Harbour Engineering,2013,33(5):29-33.

[3] 林鳴，梁桁，林巍，等.沉管密閉腔抬升方法的構(gòu)想與實踐[J].水道港口，2017，38（3）：217-222.LIN Ming,LIANGHeng,LIN Wei,et al.Conception and practice of theseal chamber liftingmethod of immersed tunnel[J].Journal of Waterway and Harbor,2017,38(3):217-222.

[4] 林鳴，林巍，劉曉東，等.港珠澳大橋沉管隧道路面問題的探討與改良構(gòu)想[J].中國港灣建設，2017，37（10）：1-5，73.LIN Ming,LIN Wei,LIU Xiao-dong,et al.Discussions on pavementproblemof Hongkong-Zhuhai-Macao Bridgeimmersed tunnel and its improvement[J].China Habour Engineering,2017,37(10):1-5,73.

[5] LIN Ming,LIN Wei.Hongkong-Zhuhai-Macao island and tunnel project[J/OL].Engineering,2017[2017-11-29].http://doi:org/10.1016/j.eng.2017.11.003.