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1、,港珠澳大桥海底隧道,周丰峻,二九年五月,1、工程概况,港珠澳大桥跨越珠江口伶仃洋水域，是连接香港、广东省珠海市、澳门的大型跨海通道。,海中桥隧工程主体总长35.578km，采用桥隧组合方案，隧道长6.753km，桥长28.825km。,从建造的可行性角度考虑，目前港珠澳海底隧道主要有沉管与盾构二种工法。,沉管隧道全长6648m，其中，沉管段长5389m。其两端引道段、暗埋段位于人工岛内。,1.1 沉管隧道方案概况,沉管隧道结构顶部高程约-30.5m，距平均海平面的垂直距离约31m，海底起算的埋深为1424m；结构底板高程为-42.9m，,沉管隧道外轮廓宽度为44.8m，高度10.0m。,1.
2、2 盾构隧道方案概况,盾构隧道结构顶部最低点高程约-44.3m，距平均海平面的垂直距离约44.8m，海底起算的隧道顶部埋深为30.834.3m；结构底板高程为-61.4mm。,盾构隧道全长7240m，其中，盾构段长5410m。其两端引道段、暗埋段和竖井位于人工岛内。,盾构隧道外直径为16.88m，双向隧道，左线隧道与右线隧道结构边缘之间的距离约为14m。,2、隧道场地地质概况,2.1 海底地形,海底隧道段的地形相对较平坦，海底面高程为-6.89-15.68m，高差8.79m,港珠澳大桥工程场区附近的活动断裂或断裂有12条。,探测到F2断裂，该断裂走向320（西北-东南走向），基岩风化呈深槽状,
3、该风化深槽呈条带状北西向展布，宽约300m。,2.2 隧道场地岩土工程特征,第四系覆盖层,隧道段勘探深度内第四系覆盖层厚度为52.0573.60m，基底高程-65.25-81.17m,淤泥（Q4m）：灰黄色，流塑，滑腻，本层主要为浮泥，海床表部均有分布，钻探取样较困难。局部呈互层状。,淤泥质粘土（Q4al）：灰色，流塑，显波状层理，层面多附有粉细砂粒,粘土（Qal+pl）：灰黄色，灰白色，杂褐黄色斑或条带，可塑软塑为主,3 盾构隧道方案工程地质、水文地质适应性分析,3.1 基岩面起伏对盾构隧道的影响,“勘察报告”和盾构隧道方案纵断面揭示，本工程盾构施工中将遇到上软下硬的地层，影响的长度约540
4、米，这对于泥水盾构是难以掘进的，甚至会造成喷涌和塌方的事故。,3.2 花岗岩球状风化体（孤石）对盾构隧道的影响,花岗岩球状风化体（孤石）是由花岗岩物质成分的风化差异、岩体的节理裂隙发育等综合作用而成的，外形呈椭圆状，岩质坚硬。,港珠澳大桥盾构施工遇到花岗岩球状风化体的可能性很大。在这种情况下，所有盾构施工困难，盾构刀具和刀盘将严重受损，修复受损刀盘的风险度极高。,3.3 断裂对盾构隧道工程的影响,断裂经过地段的隧道底部高程约-60m，基岩高程为-80m以下。由于该断裂属非全新世活动断裂，且基岩较深，该断裂对盾构隧道施工不构成影响，亦不存在涌水断裂涌水对盾构施工的影响。,3.4 海底换刀和盾构机
5、刀盘修复的适应性分析,在本项目中，砂土地层对盾构掘进的影响，主要表现为大于0.25mm的石英颗粒的百分含量。刀具和刀盘磨损一定程度后，必须进仓换刀或修复刀盘。目前进仓对刀具、刀盘的检查、修复大致有三种方法：1）带压进仓检查、修复；2）盾构机前方土体加固后在常压下进仓检查、修复；3）在海中筑岛向下做竖井至刀盘前方，在竖井中对盾构刀具、刀盘进行检查、修复。,在本工程中，加固海底地层、海中筑岛做坚井的方法均是代价昂贵的处理方法，常压换刀的方法还不是成熟的技术，通常在水下带压换刀，修复盾构机刀盘。在这种情况下，必须承受超过60m的水头压力，存在许多不确定因素，困难多，风险大。,3.5 岩土层对大直径盾
6、构开挖面稳定性的影响,隧道段主要岩土层工程特性,盾构隧道主要在比较松软的岩土层中通过，开挖面直径超过17.00m，容易失稳；而且盾构隧道洞身主要通过的岩土层为砂层，属于强含水层，高水头压力容易造成开挖面砂层喷涌；另外，砂层中孔隙水压力大，水头随潮水涨落变化，泥水盾构压力不易控制。,3.6 盾构隧道进出洞的地质适应性分析,本工程项目在盾构始发段、接收段的前方土体为：流塑状淤泥（浮泥），流塑状淤泥，流塑软塑粉质粘土夹砂。盾构在始发段以一定坡度切入土体，在接收段上覆土层逐渐变薄，而且盾构洞口直径大，土体暴露面积大，施工时间长，洞口附近土体易受扰动或破坏，使盾构前方土体失稳，可以造成隧道开挖面失压，出
7、现喷水（或冒浆）、塌陷等情况。,盾构隧道持力层为流塑状淤泥质土层，在盾构机荷重下，持力层会压缩变形，导致盾构机下沉。因此，盾构进出洞施工前，必须进行始发段、接收段土体的软弱土层加固工作，保证处理过的土体能够达到自立稳定状态。不论采用搅拌桩、旋喷桩加固，都会遇到很大困难。,3.7 盾构隧道两端加固覆土地段对施工的影响,盾构隧道两端上覆土层较薄，土质较软弱，隧顶上部土层主要为流塑状淤泥层。,盾构推进时，开挖面泥水压力可能大于上覆土层压力，导致漏气或冒浆，存在较大的盾构隧道开挖面失稳的风险。,在上覆土层较薄地段（即上覆土层小于盾构直径地段），必须在海底回填加厚上覆土层，增大上覆土层压力。,3.8 岩
8、土层对横通道施工的影响,按有关规范，双线隧道之间，每隔500m应设置一个横通道。,根据港珠澳大桥隧道断面，可设置约8个横通道,横通道施工方法之一是常采用冻结法加固、矿山法开挖。,较之陆地，在海底进行冻结法施工比陆地难度大。况且，海水含盐高，很难冻结。,海底进行冻结法施工的难度很大，甚至难以实施。横通道施工一旦发生事故，会造成连锁反应，危及已经施工的隧道主体工程。,上海曾发生过黄浦江盾构隧道横通道冻结法施工的事故，导致主隧道全部灌水，该事故是由解冻过程的一个小环节引发的。,除了冻结法之外，横通道的施工还可以采用化学灌浆加固、隧道内顶管、水平旋喷等方法。本工程隧道埋深大，化学灌浆效果难以保证；顶管
9、法及水平旋喷施工，在国内已有成功例子，运用到本工程不排除仍有风险。综上所述，横通道施工是本工程采用盾构法施工的难点，其风险太大，难以实施。,3.9 盾构隧道在软土地段的稳定性分析,盾构隧道底板通过淤泥质粘土。该层具高压缩性，高灵敏度，含水量孔隙比大，均为欠压密土，未完成自重固结，稳定性较差，地基容许承载力较低。,本工程隧道结构荷重不大，但软土尚未完成自重固结，在隧道施工及运营过程中，会产生固结沉降，稳定性差，危及隧道结构，长期运营不安全。,4 沉管隧道方案工程地质、水文地质适应性分析,4.1 地层对沉管隧道沉降的影响,受地层特性不均一的影响，沉管隧道容易发生不均匀沉降。,（1）根据沉管隧道断面
10、图，从东人工岛到西人工岛，隧道底部依次经过淤泥，淤泥质粘土，流塑粉质粘土夹砂，软塑可塑粉质粘土，淤泥质粘土，淤泥。这些地层的压缩性和承载力差别较大，,（2）淤泥没有自重固结，自身还会产生压缩变形，从而导致沉管隧道沉降。施工时，应做换填处理。,尚不存在砂土液化导致沉管隧道沉降问题。,沉管底部经过的特性不均一的地层和淤泥自身的压缩变形，将导致沉管隧道发生不均匀沉降。,4.2 地层对基槽边坡稳定性的影响,沉管隧道外轮廓宽度为44.8m，结构底板埋深43.4m（海平面起算），基槽开挖超过43.4m，是国内首个深海大挖深基槽开挖项目，开挖土方量大。土体（尤其是淤泥）的稳定性较差，开挖过程中，土体产生自动
11、崩落，按水下坡角形成水下边坡。,5 结论与建议,(1)、不论盾构隧道工法或沉管隧道工法，均不同程度地受到工程地质和水文地质条件的制约。,(2)、因客观存在岩面起伏，盾构隧道方案的底部已进入强风化岩层，遇到孤石的可能性不应排除；在海底高水头压力、开挖面地层较差的条件下，带压开仓换刀、修复刀盘，存在很大风险，难以实施安全作业。,(3)、本工程采用超大直径的盾构，在海底掘进的距离长达5.4公里，并且穿越软土砂层软弱地层，承受高水头的压力。在高水头压力的软弱地层中，不具备大直径盾构的地中对接条件，盾构工法在陆地上的优势在海底难以发挥，甚至导致无法施工。,(4)、沉管隧道工法尚需解决的主要问题在于：地层对隧道有不均匀沉降的影响，基槽开挖土方量大，成槽有一定难度，水下边坡不易稳定，以及开挖时间较长，容易产生回淤，等等。这些问题，有较成熟的解决方法。,港珠澳大桥海底隧道已决定采用沉管法方案。,谢谢大家！,
