港珠澳大桥岛隧工程难点及施工技术交流

港珠澳大桥岛隧工程难点及施工技术交流让世界更畅通中交联合体港珠澳大桥岛隧工程项目总经理部2013年9月25日Contents目录3.人工岛施工关键技术1、岛隧工程概况2.总体施工工艺1、岛隧工程概况1.工程概况4.沉管隧道施工关键技术5.专用设备1.工程概况1.1港珠澳大桥项目港珠澳大桥东连香港、西接珠海/澳门，是集桥、岛、隧为一体的跨海通道，全长35.6km；大桥共分为珠海和澳门接线、珠澳口岸人工岛、大桥主体工程、香港连接线及香港口岸人工岛六部分；岛隧工程是控制性工程。1.2港珠澳大桥岛隧工程1.工程概况岛隧工程总长7440.5m，包括5664m沉管隧道，2个面积10万m2离岸人工岛及长约800m桥梁。港珠澳大桥沉管隧道是我国首条于外海建设的沉管隧道。是目前世界唯一深埋大回淤节段式沉管工程，建成后是世界上最长的公路沉管工程。Contents目录1、岛隧工程概况2.总体施工工艺1、岛隧工程概况1.工程概况4.沉管隧道施工关键技术5.专用设备3.人工岛施工关键技术2.总体施工工艺2.总体施工工艺请观看视频演示Contents目录3.人工岛施工关键技术1、岛隧工程概况2.总体施工工艺1、岛隧工程概况1.工程概况4.沉管隧道施工关键技术5.专用设备3.1人工岛东西人工岛面积各约10万m2；离岸20km，水深约10m，软土层厚度20～30m；人工岛实现桥隧转换。3.1人工岛西人工岛61个大圆筒，东岛59个钢圆筒；单个圆筒直径22.0m，高40.5m～49.5m，最大入土深度达29m。钢圆筒插入不透水粘土层形成止水型围护结构，回填砂形成陆域。3.1人工岛特点快速成岛同时施工超载预压采用深插式钢圆筒形成整岛围护止水结构，实现了：快速成岛，形成陆域；岛内降水、大超载比堆载预压；岛内、岛外同时施工。3.2人工岛施工关键技术——钢圆筒制作运输板单元制作圆筒对接圆筒装驳圆筒运输钢圆筒在上海振华重工长兴岛车间内进行板单元的加工，在场地内进行分段拼装；通过龙门吊及浮吊进行场内运输及装驳。圆筒拼装采用8台600Kw液压振动锤同步联动振沉系统进行振沉作业；2011年5月15日开始西岛首个钢圆筒振沉，215天完成了东西人工岛120个钢圆筒振沉施工，垂直度达到1/200。3.2人工岛施工关键技术——钢圆筒振沉3.2人工岛施工关键技术——副格打设两圆筒间采用副格连接；副格采用弧形钢板结构；止水效果良好。3.2人工岛施工关键技术——岛壁结构施工3.2人工岛施工关键技术——岛内软基处理工后残余沉降控制在了30cm以内；土的力学性能大幅度提升。3.2人工岛施工关键技术——西小岛基坑开挖及暗埋段施工Contents目录3.人工岛施工关键技术1、岛隧工程概况2.总体施工工艺1、岛隧工程概况1.工程概况4.沉管隧道施工关键技术5.专用设备4.1沉管隧道沉管是大桥控制性工程，是我国首条于外海建设的沉管隧道，是目前世界唯一深埋大回淤节段式沉管工程沉管段总长5664m，分33节，标准节长180m，宽37.95m，高11.4m，单节重约7.4万吨，最大沉放水深44m;沉管隧道的关键：隧道基础设计与施工、深埋段隧道纵向设计、沉管工厂化预制、沉管安装。4.2沉管隧道基础特点PHC桩高压旋喷桩SCP+堆载预压SCP天然地基本工程沉管隧道坐落在深厚软基层上，为了保证整个基础的刚度协调均匀，基础设计形式多样，且施工精度要求高4.2沉管隧道基础特点SCP+堆载预压+碎石垫层；高置换率SCP+抛石夯平+碎石垫层；天然地基+抛石夯平+碎石垫层。4.2.1精细化基础施工沉管隧道纵断面图沉管基础施工质量是决定沉管隧道成败的关键。沉管基础作业，主要关键工序包括：①基槽粗挖、精挖；②基槽清淤；③基础抛石夯平；④碎石基床铺设。共计投入7条挤密砂桩船进行基础加固施工；根据需求，置换率从26%~70%，挤密置换的同时，实现排水固结；最大施工深度可达70m，最大成桩桩径可达2m；成桩过程计算机全自动控制，质量保障度高；经验证，控沉效果理想；4.2.2挤密砂桩施工金雄开挖水深大（50m），开挖精度要求高（-60~+40cm）；开发采用大型定深平挖抓斗和挖深精度控制系统。已经过实际施工验证满足要求。4.2.3基槽精挖监控系统耙管增长专用吸头4.2.4基槽清淤关键技术捷龙号专用清淤船沉管隧道横卧珠江口，存在回淤；回淤将造成沉管安装期浮力突然增大而意外上浮，并给后期运营带来超期沉降；与荷兰公司联合研制专用清淤船：能够进行系统定位和测量，能实时显示基槽槽底纵坡；可满足在不同类型基础面上（块石、碎石、粘土等）进行清淤施工。4.2.5基础抛石夯平关键技术抛石夯平作业水深大（46m），夯平精度高（小于30cm）；夯平要顺应基础坡度；水下抛石、夯平工作量大；开发专用溜管式抛夯一体船：溜管定点定量抛石、定点夯平采用液压振动锤水下夯平，大幅提高夯平效率及质量。4.2.6碎石基床铺设关键技术特点：水深大（40m），整平精度要求高（允许偏差±40mm）；整平质量关系到沉管标高、接头受力最大纵坡坡度为2.98%；整平工作量大（单节面积近1.5万m2）研制国内第一艘平台式整平船；自动抬升、皮带运输、高精度声纳测控三大系统，全部采用自动化控制。4.2.6碎石基床铺设关键技术E1~E4碎石基床检测发现，管节检测测点验收数据合格率达到95%以上。4.3深埋大回淤节段式沉管特点深埋大回淤条件下的节段式沉管，世界范围内无案例。钢筋混凝土结构，混凝土自防水，使用寿命120年。节段接头剪力键及防水是隧道结构施工的关键。4.3沉管管节预制特点沉管隧道共33节管节,标准管节长180米，由8个节段组成；单个节段长22.5米，单节混凝土方量约3400m3，采用全断面一次性连续浇筑；综合考虑工期要求及预制质量控制，采用工厂法预制。釜山隧道干坞预制法厄勒隧道沉管预制工厂对比传统干坞法，工厂法管节预制具有以下优势：工厂占地面积小；连续预制，受气象条件影响较小；标准化流水线生产，质量可控。4.3.1沉管预制厂4.3.2沉管预制厂沉管预制厂位于桂山岛，距离隧道轴线约7海里。预制厂包括：钢筋绑扎区浇筑区浅坞区深坞区两条流水线同时生产，每两个月生产两个管节。4.3.3预制厂生产线配置集成了当今世界多项先进技术和装备：流水化钢筋生产加工线；大型自动化液压模板；混凝土搅拌及供应系统；混凝土温控及养护系统；管节顶推系统。底板钢筋加工、绑扎区隔墙钢筋加工、绑扎区顶板钢筋加工、绑扎区混凝土浇筑区1234343455534343455561.原材料待检区2.检验合格区3.钢筋加工区4.半成品堆放区5.钢筋绑扎区6.钢筋绑扎台车ⅠⅡⅢⅣⅠ。底板钢筋绑扎Ⅱ。隔墙钢筋绑扎Ⅲ。顶板钢筋绑扎Ⅳ。混凝土浇筑区中心线12流水作业12121212121212121212充气胶囊充气顶升钢筋笼，抽出钢筋绑扎台车，分块转运至I区，重新拼装成新的绑扎台车。1#流水生产线2#流水生产线4.3.4管节节段预制流程台座1台座2台座3砼浇筑台座顶板钢筋托架内模111-1剖面图4.3.5管节节段预制流程——底板钢筋绑扎22台座1台座2台座3砼浇筑台座2-2剖面图顶板钢筋托架内模4.3.6管节节段预制流程——中墙、侧墙钢筋绑扎33台座1台座2台座3砼浇筑台座3-3剖面图内模顶板钢筋托架4.3.7管节节段预制流程——顶板钢筋绑扎44台座1台座2台座3砼浇筑台座4-4剖面图内模4.3.8管节节段预制流程——体系转换55台座1台座2台座3砼浇筑台座5-5剖面图4.3.9管节节段预制流程——内模安装台座1台座2台座3砼浇筑台座666-6剖面图4.3.10管节节段预制流程——节段浇筑匹配前段浇筑下段管段连续浇筑连续顶推顶推完成关闭滑移坞门灌水、起浮、移位排水、舾装管节出坞4.3.11沉管管节预制出坞4.3.12流水化钢筋加工生产线钢筋加工、绑扎量大，共设置2条生产线，每条生产线设置3个钢筋加工、绑扎区，形成流水作业。4.3.13大型液压模板系统模板系统由底模、侧模、内模及针形梁组成，由液压系统控制，端模采用分块拼装。4.3.14混凝土搅拌及供应系统采用四台3m3搅拌系统，搅拌能力50m3/h；采用12台泵车及6台布料系统。4.3.15混凝土温控及养护系统设置制冰系统，采用冰水混合物进行混凝土拌制；原材料到混凝土拌制、运输、浇筑、养护全过程采取温控措施；采用养护棚喷淋养护；控制沉管混凝土入模温度，≤25℃（高温季节28℃），至今未发现温度裂缝；全过程进行温度监控。4.3.16管节顶推系统每个管节重约7.5万吨，管段下方设置四条顶推滑移轨道；沉管下部布置8*24主动支撑千斤顶，采用三点支撑；单个管节设8*16台顶推千斤顶，多点连续同步顶推；在管节前后设置两套导向装置。关闭深、浅坞门，坞内灌水、管节起浮；4.3.17管节横移4.3.18管节横移通过坞内绞缆系统，横移管节至深坞区。4.3.19管节舾装沉管在浅坞内进行流水化一次舾装沉管深坞内进行二次舾装4.4沉管浮运及安装施工特点国内首条外海沉管隧道，工程经验少；项目位于珠江口航道运输最繁忙水域，交管难度大；外海施工，水流、波浪条件复杂；沉管操控难度大；深水安装和潜水作业难度大；沉管对接安装精度要求高；36个月完成33节管安装，工期紧。二次舾装出坞浮运系泊下沉对接后续作业4.4沉管舾装、浮运及安装流程针对本工程浮运安装施工特点，开展了浮运阻力、操控性等试验研究，建立了作业窗口管理系统、浮运安装决策机制，集成开发了深水无人沉放系统，包括：遥控遥测压载控制系统深水测控系统数控拉合系统管内精调系统4.4沉管浮运及安装试验研究与系统开发集成控制系统绞车缆力显示绞车远程控制远程监视系统水泵远程控制水泵水压遥测阀门启闭流量监控水位遥测拉合遥控对接测控沉管姿态4.4.1研发精细化作业窗口管理系统总体决策中长期预报5~7天浮运安装准备作业时机选择精确短期预报3天精细化预报1天作业过程中潮、流实时预报作业窗口是指适合沉管安装的时间段；窗口预报是沉管安装决策最重要的依据；预报难度：“小区域、长时段、精度高、要素多”；建立了精细化作业窗口预报管理系统。施工现场北京岛隧营地4.4.1研发精细化作业窗口管理系统三个子系统：北京：预报中心服务器施工现场：水文气象观测岛隧营地：现场预报在持续一年的观测、比对基础上，继续开展模型的检验、修正工作，不断提高预报精度4.4.2沉管浮运施工特点航道一牛头岛榕树头航道北段榕树头航道南段回旋区域一预制厂支航道拖轮编队区榕树头岛航道二伶仃西航道回旋区域二CD’管节尺度大，数量多；外海浮运、水流、浪波条件复杂，拖航阻力大；浮运线路位于目前我国航运最繁忙的珠江口水域，多段航道交叉；沉管无动力、无舵效，航道窄、多拖轮协作操控难；横流、横浪情况下狭窄基槽内长距离横拖。物模、数模试验分析拖航阻力操船模拟试验分析操控性浮运航迹带4.4.2沉管浮运——开展的试验研究开展了浮运阻力物模试验、数模计算；进行了管节浮运拖带操船模拟试验；在施工海域开展了四次浮运演练。管节航道内浮运采用4+4+2的方式进行拖带（4艘大马力全回转拖轮吊拖、4艘全回转拖轮绑拖和2艘拖轮备用）。在基槽浮运中备用拖轮4+6的方式进行横拖。4.4.2沉管浮运——拖带方式采用8-10艘（总马力数超过5万Hp）大马力全回转拖轮协同作业；开发了专用导航软件协调各拖轮；实施海上临时交通管制和护航。4.4.2沉管浮运施工4.4.3外海沉管系泊——特点及开展的研究管节断面巨大，受波浪、水流力大流态多变，风浪、涌浪并存，对锚泊系统威胁大；沉放驳与沉管组成多浮体柔性受力体系，动力响应规律复杂。进行了物模、数模试验：系泊系统受力（缆力、吊点力）；管节系泊、沉放过程中的动力响应；锚抓力试验。系泊缆绞车安装缆绞车沉放吊索绞车4.4.3外海沉管系泊——系泊系统双体船沉放驳锚泊系统；设置