港珠澳大桥:为何要建海底隧道?6.7公里沉管:挑战世界顶尖技术

张勋评社会 2023-02-26 00:35:03

说起世界修建难度最大的水利工程,相信三峡大坝将会成为很多人的第一选项,而在桥梁领域,我国也有一座堪称世界级别的超级工程,它就是位于大湾区东南边缘,连接香港、珠海、澳门的港珠澳大桥。

港珠澳大桥是世界上建造难度最大的桥梁之一,也是我国唯一一座跨越伶仃洋的高速公路运输通道。大桥全长55公里,海中的桥、岛、隧构成主体工程,含有两个人工岛,一条海中沉管隧道。

正是这条海底隧道,再一次创下了中国建造水准的巅峰。在工程设计初期,沉管隧道技术在国内的应用并不多见,已有极限长度不超过4公里,施工经验和技术欠缺,国外同级别的案例更是一片空白。

而港澳大桥要建的沉管隧道,其长度要求达到6.7公里,在中国之前,从未有一个国家能完成这样高难度的工程挑战。

港珠澳大桥为什么要建海底隧道?

粤港澳大湾区是珠江三角洲最具活力的经济圈,湾区岸线曲折,港口众多,珠江自西北向东南穿插而过。在珠江口海域,大湾区则被海水分成了东、西两部分,西部的澳门、广东珠海和东部的香港隔海相望,两岸三地长期苦于地缘隔离,港珠澳大桥的存在正是为了解决这一难题。

港珠澳大桥的设计很有讲究,桥梁并没有被设计成平直结构,反而呈现出优美的弧度,在海面上蜿蜒曲折,犹如一条游走的巨龙。曲线型设计其实是考虑到了多种情况,比如:潮汐和海流的冲击、海底的地形特征、船舶的通航需求等等。

相比而言,大桥的海底隧道部分则更加令人“困惑”。按理说,相比于在海底修路,在海上造桥的成本更低,难度更小,安全性也更高。但在香港一侧海域,港珠澳大桥却经由人工岛的入口潜到了海面之下,以海底隧道的形式连接两岸,这种设计是不是多此一举呢?

其实,工程师们最初的方案就是全线建桥,但在实际调研中,工程团队发现这一方案并不现实,因为在靠近香港一侧,工程厂址距离香港国际机场很近,桥梁建筑和飞机起飞、降落的方向有所重叠。为保证飞机航班的安全,航空公司对航线附近的建筑提出了限高要求,10km内一般限高30m,20km内限高150m。

因此,港珠澳大桥只能在特定海域内构建海底隧道,既增加了工程量,又拔高了技术难度,再加上“就高不就低”的质量要求、恶劣的海洋施工条件以及隧道断面的大跨度,整个隧道工程的技术要求也达到了史无前例的高度。

6.7公里沉管隧道:挑战世界顶尖技术

修建海底隧道,在国内有两种技术方案,一是盾构隧道,二是沉管隧道。其中,盾构隧道是利用大型盾构机在海底推行前进,但在香港附近海域,泥沙淤积深厚,土质松软,含水量大,地质结构脆弱,并不适合盾构机开展作业。权衡之下,沉管隧道成为了优选方案。

所谓沉管隧道,就是在海底挖一条深槽,内部铺上碎石垫层,然后将成一节节的沉管放在基槽内,连成一条长隧道。这看似简单的过程,背后却隐藏着三大难点:

首先,隧道埋深大。

普通沉管的埋藏深度位于海床以下2~3m,或者紧贴海床,但港珠澳大桥的重要性非同小可,它所连接的伶仃洋是繁忙的国际海运要道,通航标准很高。根据未来的航运建设规划,海底隧道所在区域要允许通过30万吨级的巨轮,航道吃水深度达到27m左右,而沉管自身的高度也有11.4m,再算上淤泥覆盖深度,沉管的埋深高达20~45m,这对隧道结构的水密性提出了挑战。

其次,沉管数量多,对接难度高。

6.7km的隧道长度创下了世界之最,全程需要33个管节,(每个管节的尺寸为180m×37.95m×11.4m,重约7.4万吨),共计252个小节串联。更困难的地方在于,整个隧道共有上百个接头,既要保证管节在对接处严丝合缝,滴水不漏,又要保证所有管节受力相对均匀,其难度可想而知。

最后,海底条件恶劣,质量要求高。

港珠澳大桥的海底隧道和海上桥梁是一个整体,整个工程要求的设计使用年限达120年,要实现这一点,桥梁结构的耐久度设计需高于国家标准,从选材到施工都必须保质保量。海底隧道部分的耐久度更易受到挑战:据调查,香港一侧的海水盐度高于珠海、澳门一侧,高浓度的氯离子可引起钢筋锈蚀,对混凝土亦有腐蚀作用;同时,洋流冲击协同泥沙淤积带来不利影响,因而质量标准要求极高。

港珠澳大桥:世界级的跨海通道

尽管困难重重,我国工程团队仍然以出色的成绩完成了世界级跨海通道的建设,工程创下了多项世界之最,体现了我国的综合国力和创新能力。

港珠澳大桥不仅成为了大湾区的地标性建筑,它还为香港、澳门、珠海等地的用户提供了优质的海上交通服务,未来还将发挥更显著的综合效益。

港珠澳大桥的枢纽作用增强了大湾区的凝聚力,两岸车辆只需半个小时就能到达对岸,“一小时生活圈”正在成为现实;湾区的经济、文化联系也比以往更加紧密,两岸三地的人才与产业亦将迎来新的发展契机!

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张勋评社会

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