港珠澳大橋工程橋隧線路評價與比選研究

王建國

（江蘇省水文地質海洋地質勘查院，江蘇 淮安 223005）

20世紀80年代，由于香港與珠三角西岸地區的交通聯系因伶仃洋的阻隔而受到限制，珠海市政府負責籌劃了連接香港與澳門、珠海的伶仃洋大橋建設計劃，并獲得國務院的批準。同世紀90年代末，受亞洲金融危機影響，香港特別行政區政府認為有必要盡快建設連接港珠澳三地的跨海通道，以發揮港澳優勢，尋找新的經濟增長點，建設一條連接港珠澳三地經濟紐帶依據迫在眉睫，港珠澳大橋項目應運而生[1-2]。

本文對港珠澳大橋工程橋隧線路評價與比選問題展開專題研究，擬建橋位線路在香港一側有近10 km的陸域通過大嶼山以高架橋形勢通過。而線路一在香港起點處（即飛機場附近）擬采用高架橋，由于靠近機場，考慮道凈空等因素，線路二在航道兩側擬設人工島，而人工島相距約6km，其間擬采取海底隧道相連接。

1 橋隧線路方案比較

1.1 橋隧方案

首先，提出隧道方案，即港珠澳橋隧方案，即在深水海域里程樁號K6+500（孔號ZK1）～K12+500（孔號ZK2）之間的伶仃水道，以沉管隧道方式穿越，隧道兩端建設人工島。這種沉管隧道施工和運營，既不礙船行、水流，也不會破壞海洋生態。但需就兩條線路工程地質條件進行評價與比選。

ZK1和ZK2之間淺部發育15.40～19.60 m厚的軟土，巖性主要淤泥、淤泥質土、黏土夾砂，具高含水量、大孔隙比、高壓縮性、高靈敏度、低強度等流塑狀態特征，其工程地質性質極差，承載力低；其下為軟塑狀態的粉質黏土、粉質黏土夾砂和中密狀粉砂，工程地質條件一般，承載力一般；其下臥層為中密、密實狀態的砂土層、礫砂、圓礫層，其工程地質條件較好，承載力較高、富水性好、透水性強。底部為中等～微風化花崗巖，飽和單軸抗壓強度＞80 MPa（平均值），干燥單軸抗壓強度＞100 MPa（平均值），屬堅硬巖，工程地質條件良好，承載力極高。

該段內采用隧道方案時，施工方法擬采用沉管法，兩端建設人工島，采用豎井，以下從工程地質、水文地質角度對其施工進行分析評價。

東側豎井處（香港一側）第四系松散層厚度為49.50 m，15.40 m以上為淤泥、淤泥質粉質黏土，為軟土；15.40～47.50 m為軟塑狀粉質黏土、粉質黏土夾砂；47.50～49.50 m為中密狀粉砂，砂層內賦存松散巖類孔隙承壓水，富水性好；49.50～50.50 m為強風化花崗巖，呈砂礫、土狀。施工中要注意的主要問題是軟土的加固，開挖難度較大。

西側豎井處（珠海、澳門一側）第四系松散層厚度為64.90 m，19.60 m以上為淤泥、淤泥質粉質黏土，為軟土；19.60～23.00 m為密實狀粉砂 ；23.00～36.65 m為軟塑狀粉質黏土、粉質黏土夾砂；36.65～52.30 m為中密-密實狀粉砂、中粗砂，砂層內賦存松散巖類孔隙承壓水，富水性好；52.30～62.30 m為密實狀礫砂，砂層內賦存松散巖類孔隙承壓水，富水性好；62.30～64.90 m為密實狀圓礫，其級配良好，磨圓度較好，賦存松散巖類孔隙承壓水，富水性好。64.90 m以深為中等-微風化花崗巖，呈砂礫、土狀。施工中要注意的主要問題是軟土的加固、砂層中的施工突水或涌水，開挖難度極大。

該段內圍巖可大體分為三類：

（1）軟塑狀粉質黏土、粉質黏土夾砂，其埋深17.50～23.00 m，屬Ⅰ類圍巖，兩側均有分布，其上分布層軟土，開挖時應對其上部土層進行加固。

（2）中密-密實狀的砂土層、礫砂、圓礫層，其埋深36.65～47.50 m，屬Ⅱ～Ⅲ類圍巖，在香港一側分布較薄，另一側較厚，巖性差異較大，是該區段內的主要含水層，富水性強，開挖時會突發涌水或突水現象，因而，應輔助降水及注漿開挖土層。其下部分布有圓礫層，密實，級配良好，成分主要為石英、長石，強度高，開挖難度大。

（3）中等-微風化花崗巖，呈厚層狀，節理、裂隙發育，天然單軸抗壓強度較高，為硬質巖，屬Ⅴ類圍巖，總體完整性較好，開挖難度大。

1.2 橋梁方案

根據1.1分析，橋位段淺部地層為全新統以流塑、軟塑的黏性土層及中密狀的砂土為主，工程地質性質相對較差，不能用作基礎持力層；晚更新統以砂土層、礫砂、圓礫層為主，工程地質性質相對較高，但其埋深較淺，約36.65～47.50 m，且其起伏較大，厚度差異較大，達2.00～28.25 m，因此，第四系內無較理想的樁基持力層；下伏基巖為花崗巖，巖石強度較高，工程地質性質良好，但其巖面起伏較大，兩孔之間高差已達40 m，并且在ZK2號孔處發育有較厚的卵礫石層，將對未來的樁基施工帶來一定的影響[3-4]。因而，基礎型式適宜選用深基礎，在深基礎中樁基是一種常見的類型，而樁基中的鉆孔灌注樁可達到較大深度和直徑，不受地層巖性的影響，能提供較高的單樁承載力，因而該段最適宜的樁型基礎是鉆孔灌注樁。

2 橋梁、隧道方案比選

經對該區段工程地質條件對比分析，土層上部為軟土，為該區段內的主要不良地質層，其下為軟塑狀的黏性土，中部為強透水性的砂層及礫砂層，為該區段內的主要含水層，水量豐富。下部普遍發育中等-微風化花崗巖。如采用隧道方案，穿越該段土層的施工難度較大，軟土加固、砂土降水、防水等是一個非常重要的問題，同時在二人工島之間，近西側人工島附近基巖起伏較大，落差近40 m，給今后隧道開挖增加難度。另外，該區段為主航道，水深、流急、船舶多，為橋位區的深槽，也是今后施工需解決的問題。

據文獻[1]和[2]：橋隧設計方案段在區域上位于華南地震區的東南沿海地震帶，該地震帶地震活動受北東向活動斷裂控制。區域地震震源深度一般在6～15 km，屬于地殼中上層的淺源構造地震。區域內的歷史地震活動強度較低，頻度也較?。粫r間上具有明顯的周期性，未來100年內發生大于7級地震的可能性較小，但存在發生6級左右中強地震的可能。歷史地震對工程場址的最大影響烈度達到Ⅴ度。橋址區場地地震基本烈度為Ⅶ度。

據文獻[1]和[2]：橋隧設計方案段第四系地層發育，厚度大，分布廣，巖性以黏土、砂土為主，按成因時代、巖性特征劃分為4個大層組、10個亞層，總體工程地質條件差～較差。下伏基巖為燕山期花崗巖，基巖風化差異顯著，基巖面起伏較大，基巖分為1個大層組、2個亞層，中等～微風化層工程性能良好，承載力高。

橋址區水域總體地形較平坦，水深小于10 m，橋隧設計方案段（ZK1與ZK2號孔之間）為發育有深槽，水深10.0～20.0 m，水下地形起伏較大，該深槽寬約6km，為該海域區三條航道伶仃西航道、銅鼓西航道及銅鼓中航道匯合處。

據文獻[1]和[2]：橋址區海域主要發育活動斷裂有6條斷裂，北東東向和北西向斷裂都具有多次活動特征，其中與橋軸線相交的斷裂有馬騮洲斷裂（15）、三灶斷裂（16）、淇澳島—桂山島東斷裂（32）、白泥―沙灣斷裂（33）、深屈—獅子頭山斷裂（34）、東涌—長沙海灘斷裂（35）。其中，F15為一條中更新世活動斷裂； F16為最晚活動發生在晚更新世中晚期；F32在橋位段為晚更新中期活動斷裂，牛頭島—桂山島東斷裂段活動最新，為全新世； F33在水域橋位處為晚更世中晚期活動的斷裂，陸域大澳—大浪灣段為中更新世活動的斷裂； F34為中更新世晚期活動斷裂。上述斷裂在物探或鉆探資料上有不同程度的反映，斷裂物質的熱釋光測年資料揭示，斷裂在橋址區最新活動年代為距今為3.23±0.2萬年，即活動持續到晚更新世中晚期。

橋軸線在澳門香港側有基巖出露，地層巖性主要為凝灰巖和燕山期中粗粒花崗巖，覆蓋層厚度較小，抗風化能力較強，但基巖裂隙發育，巖性破碎，這些裂隙的不利組合在隧道中宜產生掉塊、坍塌、突水等現象，影響隧道的穩定性，圍巖受地質作用影響程度為較重等級，隧道圍巖分類為Ⅳ～Ⅴ類。

橋位區特殊巖土為軟土，軟土分布范圍廣，工程性能差。本次物探測量顯示：調查區有大面積有機屏蔽區存在，推測為有機質非氧化分解形成的有機氣泡形成，主要分布在橋址區中部。靠近香港水域有零星分布，鉆探結果表明在這兩處均未發現淺層氣的噴涌現象，說明該區淺層氣不具有高壓性質。

調查區主要存在斷裂、淺層氣、古河道、古剝蝕面和巖溶5種潛在的災害地質因素。

綜合工程地質及水文地質條件分析，采用橋梁方案優于隧道方案，推薦線路如圖1所示。

圖1 推薦的線位方案

3 結語

考慮到珠江三角洲的航運發展規劃和廣東省工業布局的要求，為減少對航運和相關產業發展的制約，并有利于國防安全，建議采用橋隧組合方案，并在初步設計階段對北線橋隧方案進一步優化，包括線位方案、隧道口門寬度、人工島位置及形狀等。