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港珠澳大桥岛隧工程技术挑战现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY第61卷第2期(总第415期),2024年4月出版Vol.61,No.2(Total No.415),Apr.2024收稿日期：2024-01-12修回日期：2024-01-30作者简介：陈 越（1965-），男，管理学硕士，正高级工程师，主要从事隧道与地下工程设计与管理工作，E-mail:.通讯作者：苏宗贤（1980-），男，工学博士，正高级工程师，主要从事隧道与地下工程研究与管理工作，E-mail：zongxiansuhkust-.港珠澳大桥岛隧工程技术挑战陈 越1苏宗贤2（1.深中通道管理中心，中山 528400；2.香港科技大学（广州），广州 511455）摘要：港珠澳大桥岛隧工程是全桥项目的控制性工程，面临地质条件差、海上作业风险高、建设标准要求高和工期紧等多方面困难，建成后为目前世界最长的公路沉管隧道。2018年港珠澳大桥正式通车，2023年主体工程通过竣工验收，藉此再次梳理港珠澳大桥建设期面对的困难和技术挑战，大桥建设者秉承建设理念，以科研技术管理为抓手，通过科研与实践形成了海中人工岛快速成岛、深厚软弱土沉管隧道地基基础处理与沉降控制、工厂化管节预制等多项关键技术。其成果有力支撑了岛隧工程建设，为后续大型越江跨海岛隧工程建设奠定了基础，为世界跨海岛隧工程建设贡献了中国智慧。关键词：港珠澳大桥；沉管隧道；人工岛；技术挑战；工厂化生产中图分类号：U459.5文献标志码：A文章编号：1009-6582（2024）02-0214-09DOI:10.13807/ki.mtt.2024.02.019引文格式：陈 越，苏宗贤.港珠澳大桥岛隧工程技术挑战J.现代隧道技术,2024,61(2):214-222.CHEN Yue,SU Zongxian.Technical Challenges in the Artificial Island and Immersed Tunnel Works of Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge ProjectJ.Modern Tunnelling Technology,2024,61(2):214-222.1引 言随着社会经济的快速发展，交通运输的需求与日俱增，跨江越海的交通运输通道工程不断实施。建造跨越江河湖海的交通运输通道工程，从使用的便利性考虑，最合适选择桥梁或水下隧道的工程方案。选择桥梁还是隧道工程方案主要应依据当地航运、水文、地质、河势和港口条件以及其他客观制约因素和生态环境保护与工程建设投入（除施工造价外，还应全面考虑工程全寿命运营周期的经济性）等具体建设条件进行全面的综合比较和论证后妥慎确定。近20年来，在国外，为了维护自然生态并随着隧道内行车条件的不断改善，有着重考虑和偏爱采用水下隧道作为跨越江河湖海首选方式的见解和趋势1；国内对于重大的跨江越海项目，则要求在“工可”阶段对桥梁方案与隧道方案应作同等深度的技术经济论证和比选。孙 钧院士1指出，水下建隧的优缺点共存，有其独特的技术、经济优越性，现已被越来越多的跨江越海工程所采用。我国江河纵横，海岸线长约1.8万km，按照1993年 “五纵七横”国道主干线系统规划 及2004年 国家高速公路网规划，我国公路网规划的沿海高等级公路干线共有5个大型跨海工程，自北向南依次跨越渤海海峡、长江口、杭州湾、珠江口伶仃洋和琼州海峡2。上世纪末香港、澳门回归之后，为完善国家和粤港澳三地的综合交通运输体系和高速公路网络，密切珠江西岸地区与香港地区的经济社会联系，改善珠江西岸地区的投资环境，加快产业结构调整和布局优化，拓展经济发展空间，提升珠江三角洲地区的综合竞争力，保持港澳地区的持续繁荣和稳定，促进珠江两岸经济社会协调发展，决定修建港珠澳大桥工程3。建设该跨海通道，能实现香港、澳门与珠海之间的陆路公路交通，促进粤港澳大湾区的融合发展。2018年10月23日，港珠澳大桥正式通车。习近平总书记出席大桥通车仪式并巡览港珠澳大桥。他指出，港珠澳大桥是国家工程、国之重器。他强调，港珠澳大桥的建设创下多项世界之最，非常了不起，体现了一个国家逢山开路、遇水架桥的奋斗精神，体现了我国综合国力、自主创新能力，体现了勇创世界一流的民族志气。这是一座圆梦桥、同心桥、自信桥、复兴桥4。2023年4月19日，港珠澳大桥主214港珠澳大桥岛隧工程技术挑战现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGYVol.61,No.2(Total No.415),Apr.2024第61卷第2期(总第415期),2024年4月出版体工程通过交通运输部、国家发展改革委、国务院港澳办组织的竣工验收。港珠澳大桥岛隧工程是全桥项目的控制性工程，面临地质条件差、海上作业风险高、建设标准要求高和工期紧等多方面困难，建成后为目前世界最长的公路沉管隧道。本文藉此再次总结其工程技术挑战和创新成果、建设管理理念及科研技术管理，为超大型跨海通道工程建设提供经验借鉴。2工程概况港珠澳大桥东接香港特别行政区，西接广东省（珠海市）和澳门特别行政区，是国家高速公路网规划中珠江三角洲地区环线的组成部分和跨越伶仃洋海域的关键性工程。自2003年国务院批准开展港珠澳大桥前期工作以来，组织开展了大桥经济技术、工程建设、环保和建设管理等专题研究和评估论证，协调解决了大桥登陆点、跨珠江的主要线位和技术方案、口岸设立模式和大桥融资方案等一系列重大问题。大桥工程包括三项内容：一是海中桥隧工程；二是香港、珠海和澳门三地口岸；三是香港、珠海、澳门三地连接线。根据三方达成的共识，海中桥隧主体工程由粤港澳三地共同建设；海中桥隧工程香港段（起自香港石湾，止于粤港分界线）、三地口岸和连接线由三地各自建设。项目立项的工程总投资约为729.4亿元人民币。海中桥隧工程采用石湾拱北/明珠的线位方案，路线起自香港大屿山石湾，接香港口岸，经香港水域，穿（跨）越珠江口铜鼓、伶仃西等航道，止于珠海/澳门口岸人工岛，全长35.6 km，其中香港段长6 km，粤港澳三地共建的主体工程长29.6 km。主体工程采用桥隧结合方案，穿越伶仃西和铜鼓这两条珠江口主航道的一段6.7 km采用隧道方案，隧道顶埋深达30 m，主体工程其余路段22.9 km采用桥梁方案，设有三处通航孔桥，分别为青州航道桥、江海直达船航道桥和九洲航道桥。为实现桥隧转换和设置通风井，主体工程隧道两端各设置一个面积约为10万m2的海中人工岛。在工程中，跨越航道的桥还有三处，均满足各自桥下通航要求；海底隧道采用沉管隧道方案。本项目的总平面如图1所示。图1 港珠澳大桥总平面图Fig.1 General plan of the Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge港珠澳大桥主体工程是由桥岛隧组成的跨海交通集群工程。主要技术指标如下，公路等级：高速公路；设计速度：100 km/h；行车道数：双向六车道；设计使用寿命：120 a；建筑限界：桥面标准宽度33.1 m，隧道214.25 m，净高5.1 m；设计汽车荷载：按 公路桥涵设计通用规范（JTG D602004）汽车荷载提高25%用于设计计算，同时满足香港 道路及铁路结构设计手册 中规定的活载要求；地震设防标准：地震基本烈度为度；结构防水等级：一级；主体结构耐火等级：按一级隧道设计，采用215港珠澳大桥岛隧工程技术挑战现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY第61卷第2期(总第415期),2024年4月出版Vol.61,No.2(Total No.415),Apr.2024RABT标准升温曲线测试的耐火极限不低于2 h5。沉管隧道由33个管节和一个最终接头组成，标准管节长180 m，宽37.95 m，高11.4 m，重约80 000 t；人工岛除实现桥隧连接外，还作为海上管养站。沉管隧道的纵断面和横断面分别如图2和图3所示，人工岛的实景见图4。图2 沉管隧道纵断面Fig.2 Vertical section diagram of the immersed tunnel图3 沉管隧道管节横截面布置Fig.3 Cross-section profile of the immersed tunnel element图4 人工岛实景Fig.4 Realistic view of the artificial island3项目的建设管理3.1建设管理理念与管理模式港珠澳大桥主体工程的总体建设目标为：建设世界级跨海通道；为用户提供优质服务；成为地标性建筑。在项目的各个阶段，业主始终把科技创新放在首位提前策划，注重工程品质规划，结合建设目标和项目特点，形成了以下4个建设理念，以指导工程实践。（1）“全寿命周期规划，需求引导设计，施工驱动设计”的设计理念。项目规划不仅考虑建设期需求，也充分考虑运营管理、维护保养需求，保障整个工程在120 a全寿命周期内结构功能满足使用要求且成本最低。（2）“大型化、工厂化、标准化、装配化”的施工理念。大面积推行“工厂化生产、机械化装配”的建设思路，化水上施工为陆域加工制造，把工地变成工厂，把构件变为产品，充分保证大桥建设质量和耐久性。（3）“立足自主创新，整合全球优势资源”的合作理念。充分利用港澳地区国际化平台，整合全球优势资源，为本工程服务，提高行业技术和装备水平。（4）“绿色环保、可持续发展”的发展理念。平衡好质量安全、生态环保与工程建设、项目运营之间的关系，建成世界一流的桥隧工程和绿色高效的交通通道。岛隧工程综合难度大、技术要求高、同类工程经验少，业主确定了“设计与施工联动”、“施工驱动设计”的工程管理思路，以精细化地质勘察为基础，以科研为支撑，以标准化施工管理及风险预控管理为手段，建立标准体系的质量管理。在实施阶段，岛隧工程标段采用设计施工总承包模式，由中国交通建设股份有限公司牵头的联合体于2012年12月中标承担该工程的建造，联合体由七家单位组成；土建工程监理由中铁武汉大桥工程咨询监理有限公司等三家公司组成联合体；为加强土建工程的技术管理，业主委托了上海市政工程设计研究总院等四家单位组成的联合体作为港珠澳大桥主体工程设计及施工咨询。各联合体均在珠海市设置常驻现场的项目部，在业主的总体管理制度体系下，各自制定了细化的项目运行管理办法。3.2科研技术管理20032009年间，大桥前期科研共完成84项专216港珠澳大桥岛隧工程技术挑战现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGYVol.61,No.2(Total No.415),Apr.2024第61卷第2期(总第415期),2024年4月出版题研究报告，这些科研项目的开展在不同阶段均解决了许多重大问题，起到了关键的支撑和推动作用；科研成果有力支持了大桥建设项目获得国家法规所要求的全部行政许可和批复，圆满完成了前期工作任务，使得大桥项目得以顺利推进。初步设计结束后，业主梳理了科研工作思路，编制了 港珠澳大桥科研规划纲要 并通过了技术专家组第一次会议审查，从沉管隧道、人工岛、桥梁和交通工程的设计与施工，以及混凝土120 a耐久性保障技术、安全、环保和管理等方面，又规划了40个课题、上百个专题，用于指导建设期科研工作的开展。2010年，建设单位在科技部和交通运输部的大力支持下，以 港珠澳大桥科研规划纲要 为指导，申报了国家科技支撑计划项目。由此，大桥建设期科研专题按管理性质分为了国家科技支撑计划项目、业主组织委托和承包人自行组织开展专题3个层次。一是国家科技支撑计划项目，共设5个课题，包括19个子课题，子课题下共设73项专题；二是业主单位组织开展的34项专题（含设计和施工合同委托分包项目）；三是各标段承包人自行组织开展的逾160项专题。在这些科研活动中开展的室内模型试验约20个，包括：沉管隧道大比尺管节接头结构力学试验、沉管隧道多点非一致激励输入振动台试验、沉管管节浮运与沉放模型试验、挤密砂桩离心机模型试验、大直径钢管复合桩试验、大直径钢管复合桩与预制承台连接构造受力性能试验、通航孔桥与非通航孔桥梁的风洞试验、桥梁振动台试验等等；现场试验或足尺模型试验超过30个，包括：管节节段足尺模型试验、混凝土现场暴露试验、基槽稳定性及长期回淤观测试验、沉管隧道接头火灾力学行为试验、沉管隧道全比尺火灾试验、桥梁埋置承台足尺模型工艺试验、钢桥面铺装加速加载试验等等，研究成果有效支撑了大桥的建设。其中，岛隧工程取得的主要关键技术创新有：（1）海中人工岛快速成岛：创新性地采用22 m大直径深插式钢圆筒作为止水围护结构进行外海筑岛，使原本需要2年时间完成的“海中成岛”工程缩减到7个月完成岛壁围护结构，为后续沉管隧道工程的顺利实施打赢了漂亮的“第一仗”。（2）沉管隧道管节工厂化制造：标准管节长180 m，混凝土用量约2.7万m3，重达8万t；沉管隧道管节工厂化制造在国内属于首次，相对传统作业模式建设具有连续作业、质量可控的好处。（3）半刚性管节设计理论：通过不剪断原先节段式管节方案的临时预应力，以此确保节段接头端面的摩擦力，从而用摩擦力与剪力键一同抵抗剪力，同时维持节段之间的相对转动能力，管节结构的健壮性得到提高6。（4）创新工法实施隧道最终接头：首创钢壳混凝土“工厂化预制、现场安装”整体化施工工法，化现场浇筑为工厂化制造，化被动止水为主动式压接止水，化人工作业为机械化作业，大大提高了工效，减低了水下作业强度，确保了施工质量，降低了现场作业风险。（5）大型施工设备研发：自主研发的隧道基础施工核心装备深水碎石整平船在40 m水深下整平精度可达到35 mm；新研制的三艘砂桩船全部实现国产化制造；其他创新装备还包括8锤联动大型振沉系统、深水自动定位多耙头基槽清淤船、深水无人沉放对接系统等等。此外还有120 a耐久性保障、环保型施工、新材料开发及应用等多项关键技术创新。4岛隧工程的技术挑战4.1海中人工岛快速成岛技术常规建造海中人工岛是采用抛石斜坡堤方案，工期需要2年，这将成为岛隧工程的控制性工期。为大幅缩短工期，承包商大胆提出了钢圆筒自稳的方案，并进行了数值模拟和足尺模型试验。考虑到要进行大范围的填海造陆以及回填施工，为满足规定的沉降/变形要求，人工岛和明挖暗埋段隧道的施工次序如下：（1）海中人工岛位置挖除上层软弱淤泥；（2）采用挤密砂桩改善下层黏土；（3）下沉钢圆筒及副格仓，钢圆筒直径22.0 m，壁厚16 mm，高约4050 m，采用8台液压振动锤联动振沉体系进行钢圆筒的振沉，插入粉质黏土、粉质黏土夹砂层，圆筒内软土需插板处理，井点降水回填预压；（4）将永久的抛石斜坡堤和临时钢圆筒结构相结合形成岛壁结构，海侧护坡结构采用挤密砂桩复合地基；（5）地基处理：利用整岛止水条件，采用“局部开挖换填、插打塑料排水板、井点降水联合堆载”的大超载比预压方案，加速固结并减少工后残余沉降；（6）利用钢圆筒作为基坑的围护结构，开挖人工岛内的基坑，开挖深度达1214 m；（7）实施明挖暗埋段隧道、减光段、敞开段的基础工程；（8）施工明挖暗埋段隧道、减光段、敞开段的结构和外防水。人工岛工程的典型横断面如图5所示。217港珠澳大桥岛隧工程技术挑战现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY第61卷第2期(总第415期),2024年4月出版Vol.61,No.2(Total No.415),Apr.2024图5 人工岛工程的典型横断面Fig.5 Typical cross-section of artificial island经过221 d，利用世界首创的八锤联动液压振动锤和钢圆筒振沉导向系统，完成了120个钢圆筒和242片副格的振沉，在伶仃洋海面围成2个小岛，提前10 d实现了岛隧工程“当年开工、当年成岛”的目标7，为沉管隧道首节管节的沉放安装计划节点创造了有利条件。4.2沉管隧道基础处理港珠澳大桥沉管隧道由于上覆回淤荷载大，下卧软基厚，对地基要求高，差异沉降问题是工程建设成败的关键8。因此需做好结构与地基基础的相互协调，以及结构受力与防水的平衡。在开展设计前必须获取较为准确的地质资料才能做出合理的设计方案，辨析工程潜在的风险和可能的设计优化空间。因此，在初步设计阶段首先进行精细化的地质勘察，按照 公路工程地质勘察规范（JTJ06498）开展了岛隧工程的初勘和详勘工作，考虑到沉管隧道的设计关键是结构与地基相互作用关系，地层划分及地质参数的准确度直接影响到结构的设计方案和安全度，因此在地质初勘和详勘的基础上，结合初步设计的结构方案进行针对性的岛隧工程补充地质勘察。补充地质勘察主要采用静力触探（CTPU）的方法，并使用英国标准实施精细化的勘察，辅以部分地质钻探。在获取原位静力触探资料的基础上，通过实验室试验进行校核和验证。CTPU可有利于揭示原位地质信息，以20 mm/s的速度进行，每20 mm采集数据1次，能够快速、连续地揭示地层，获取设计所需的岩土参数信息。隧道区共布置钻孔79个，CTPU测试点387个，孔压消散点22个。为实现沉管隧道基础刚度的平顺过渡、保证施工质量、降低施工风险，基础纵向分区如下：东、西岛敞开段，降水联合超载预压；东、西暗埋段，降水联合超载预压+PHC桩；岛上沉管段首两节段，降水联合超载预压+高压旋喷桩；斜坡段E1E6和E30E33采用挤密砂桩（部分超载预压）；中间段，天然地基局部换填。水下挤密砂桩（SCP）是国内第一次在实体工程中大规模应用，它是利用砂桩船上的振动锤将由活瓣封住下口的钢套管沉入土中，达到预定深度后，在套管内灌砂，打开活瓣，在套管内施加气压的状况下边振边上拔套管，逐段复打，将砂振密实，留砂于土中，形成砂桩扩径密实的工艺。挤密砂桩对松散砂土地基的主要作用是成桩时对周围砂层产生的挤密作用以及振密作用；对软弱黏性土地基的主要作用是置换作用。挤密砂桩施工的自动化程度较高，质量得到较好保证，经加固后的地基承载能力能快速提高，残余沉降量较小，地基整体稳定性得到改善。人工岛的抛石斜坡堤的范围内设置了60、24.6置换率的挤密砂桩，沉管隧道的E1E6、E25E33管节范围内设置了70、62、55、42置换率的挤密砂桩。管节基础垫层是国内首次采用抛石夯平+碎石整平层的设计方案，该方案具有适用于相对较大的波浪和水流情况下作业；管节基础垫层和管节沉放施工速度快；管节沉放连接后能快速形成管节的回填保护和稳定；碎石整平装备可用于管节回填施工；管节沉放前可对与隧道接触的垫层顶面进行可视化检查等优点。对于海中管节长度较长的节段式沉管隧道，从安全、风险等的角度出发，本工程采用抛石夯平+整平碎石垫层，横向从隧道外墙向两侧各延伸至少2 m范围。管节基础碎石垫层构造如图6所示。图6 碎石垫层构造Fig.6 Structural diagram of the foundation with gravel beddinglayer4.3沉管管节工厂化制造管节预制的生产工艺采用了厄勒海峡沉管隧道的“工厂化”生产理念，其本质是实现流水化生产模式，即在流水线上的不同位置依次完成钢筋绑扎、模板架立、混凝土浇筑、拆模养护、浅坞一次舾装和深坞二次舾装等工作，通过将生产对象（管节钢筋笼或成型混凝土）进行顶推平移至下一道工序位置进行后续作业8。这种生产模式使管节在全室内环境下制造，易于控制混凝土浇筑和养护，取得有效的混凝218港珠澳大桥岛隧工程技术挑战现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGYVol.61,No.2(Total No.415),Apr.2024第61卷第2期(总第415期),2024年4月出版土控裂。钢筋加工和绑扎、模板的安装和拆除、混凝土浇筑和养护等实现标准化流水作业，提高生产效率；管节的舾装、起浮、出坞等作业形成独立的区域，不产生相互干扰。本工程由33节钢筋混凝土管节组成，每节标准管节长180 m、宽37.95 m，在预制时分为8个施工段。管节的预制厂设置在珠海市的牛头岛（与桂山岛相连），预制车间与浅坞、深坞呈“L”形布置，预制车间内布置2条平行生产线进行管节的制作，管节的预制厂流水线工艺布置如图7所示。干坞位于牛头岛的西北端，利用原有的石场进行改造形成场地。干坞分为两部分，即在海平面以上的浅坞和位于海平面以下的深坞。通过抬高干坞的水面，隧道管节可从浅坞浮运到深坞，再将干坞的水面降低到海平面，拖运管节从深坞运送到管节浮运航道。在坞的每一端都有坞门进行控制，在预制车间与坞之间由滑行闸门将两者分开，而在坞的另一端，采用浮坞门将干坞与大海隔离。管节从车间到干坞，采用滑行图7 管节预制厂工艺布置示意Fig.7 Diagram of the process layout for the element prefabrication plant的运输来完成。在2条流水线同时作业的情况下，每2个月可生产2个管节（一批），每个标准管节混凝土用量约2.7万m3，重量超过7万t，管节的每个节段混凝土用量约3 400 m3，采用一套钢模板全断面一次浇筑，裂缝控制效果良好。4.4半刚性管节设计理论港珠澳大桥沉管隧道采用节段式管节，隧道的接头分为管节接头、节段接头和最终接头。管节接头是指在管节与管节（即180 m管节与180 m管节）之间防水的连接位置，接头的防水一般采用GINA+OMEGA橡胶止水带双层组合的方式；节段接头是指管段与管段（即22.5 m管段与22.5m管段）之间防水的连接位置，该接头可以允许一定量的纵向位移、转动且传递剪力，采用中置式的可注浆钢边止水带+内置OMEGA橡胶止水带的双重防水方案。由于隧道埋深大，沉管管节安装后，顶部会被21 m厚的回淤物覆盖，回淤物容重约为 5 kN/m3，部分回淤在远期可能由于航道规划（30万t游轮）而被再次挖除；而且，隧道下方的地层是沿着隧道纵向030 m 不等厚的软土。因此，按传统的节段式柔性管节设计理论计算，节段接头的竖向剪力键承载力不足，因差异沉降而损坏的可能性大6。由此，承包商提出了半刚性管节设计理论：该结构也是一种节段式的管节结构，通过利用节段接头端面的摩擦力抵抗（部分）剪力，从而加强节段接头的抗剪能力。如图8所示，足量的摩擦力的保证是通过合理地设置纵向的预应力筋，从而得到足够的节段接头的正压力。同时，在大荷载与不均匀沉降的不利组合作用下允许节段之间发生一定量的转动（即允许节段接头的上缘或下缘张开）以使得管节结构能够通过纵向的变形来适应地基。总之，半刚性沉管结构是一种利用拉力与摩擦力并保留结构的纵向柔性来提高健壮性与整体性的管节结构。它与传统的节段式管节的不同之处在于：（1）结构纵向上始终保持正压力。（2）正压力确保了节段接头部位始终有摩擦力，从而节段接头部位的摩擦力和剪力键可以共同承担该部位的剪力。这种协同抗剪能力通过试验得到了图8 管节纵向预应力布置示意Fig.8 Schematic diagram of the longitudinal prestressarrangement of the element219港珠澳大桥岛隧工程技术挑战现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGY第61卷第2期(总第415期),2024年4月出版Vol.61,No.2(Total No.415),Apr.2024证明。（3）半刚性结构的纵向弯曲刚度根据外部条件改变。当荷载与差异沉降较小时，节段接头不张开，管节结构的弯曲刚度基本等于整体式管节。当荷载（地震、沉船等偶然工况）与差异沉降很大时，节段接头张开，弯曲刚度介于整体式与节段式管节之间。半刚性管节基于节段式沉管，保留了临时纵向预应力作为永久使用，提高了结构运营期的健壮性和整体性，具有以下几点优势：（1）保护数量纵多的节段接头（港珠澳大桥沉管隧道有219个），避免混凝土结构因外部作用过大而开裂。（2）提高节段接头可注浆止水带的使用效果。（3）降低了路面反射裂缝出现的概率。需要注意的是，即使剪断纵向预应力，节段接头在由水力压接形成的管节纵向轴力情况下，也是具有一定的抗弯刚度和抗剪能力。若保留纵向预应力，则可以更好地量化调节接头刚度，平衡管节受力、地基变形与接头水密性之间的矛盾9。港珠澳大桥建设者从设计分析理论上进行了更精准的阐述和改善，并开展了节段接头混凝土剪力键与摩擦力协同抗剪机理试验研究10，较传统的分析理论迈进了重要的一步。4.5沉管隧道最终接头创新工法港珠澳大桥沉管隧道最终接头是设于管节E29与E30之间，实现隧道贯通的连接结构。经调研分析和多方案比选，确定采用可逆式主动止水最终接头方案。该最终接头的主体为倒梯形形状，采用钢壳混凝土结构与GINA止水带的组合体，结构顶的纵向长度约为12 m，结构底的纵向长度约为9.6 m，重约6 000 t，结构纵断面如图9所示。陆上工厂内进行钢壳的加工制造，安装GINA止水带并施加预应力使止水带压缩至设计理论值，然后运输到预制场深坞区，在驳船上开展钢壳内灌注高流动性混凝图9 最终接头结构纵断面Fig.9 Longitudinal section of the final closure joint土形成三明治结构，再运输最终接头主体结构到安装水域，通过大型浮式起重船吊装整体结构下沉就位，顶推内置于最终接头内的千斤顶系统，压缩临时GINA 止水带实现初始水密封，抽排结合腔内水体，快速实现主动止水，形成管内干作业环境，然后在管内进行后焊段的结构焊接，完成最终接头与两侧管节的管节连接，解除接头的预应力和拆除端封门，实现隧道的贯通。最终接头的施工作业窗口选择在2017年5月2日，在运输船“振驳28”上完成舾装的最终接头运输到隧址位置，采用世界最大单臂起重1.2万t浮吊“振华30”进行吊装沉放（图10），实现快速安装和精准定位，大幅减少潜水作业量；同时实现了结构制造工作工厂化和管内干条件的施工作业，使到工程质量更加可控。该最终接头的成功实施，也为深中通道沉管隧道大规模采用钢壳混凝土管节结构型式奠定了基础。图10 最终接头吊装施工现场Fig.10 Hoisting construction site of the final closure joint4.6大型施工装备研制为适应本工程建设需求，以保证质量和安全、提高工效为驱动，研制了一批大型施工装备，主要有：（1）为加快人工岛建设，研发了八锤联动的钢圆筒同步振沉设备（系统），见图11，实现了海中大型钢圆筒快速精准振沉，快速形成岛壁结构，缩短了人工岛建设工期和岛隧工程的关键线路工期。（2）为适应沉管隧道基槽大规模开挖和精度控制，改进形成了定深平挖抓斗船（精挖）、耙头定压专用清淤船、溜管式抛夯一体船和平台式碎石垫层整平船（图12）。基槽开挖和碎石整平的精度和工效的提高，为后续管节沉放安装奠定了良好基础。（3）为实现管节的节段全断面预制，研发了全断面预制液压模板系统、混凝土搅拌系统、管节同步顶推系统和支撑系统，成为实现管节工厂化生产的关键组成部分。220港珠澳大桥岛隧工程技术挑战现 代 隧 道 技 术MODERN TUNNELLING TECHNOLOGYVol.61,No.2(Total No.415),Apr.2024第61卷第2期(总第415期),2024年4月出版图11 八锤联动的钢圆筒同步振沉设备Fig.11 Synchronous vibro-sinking equipment with linked eighthammers for steel cylinder图12 平台式碎石垫层整平船Fig.12 Platform-type gravel bedding leveling ship（4）为实施国际上最大体量管节的安装，研发了管节的压载系统、拉合系统、GPS+声呐监控系统、精调系统、管节安装船（图13）和大马力全回转起锚船11，等等。这些大型施工装备开创性的研制，为沉管隧道从内河走向离岸深海提供了重要实施手段，为实现“大型化、工厂化、标准化、装配化”的施工理念提供了重要的可实施性条件，也为后续大型沉管隧道的建设奠定了坚实基础。图13 管节沉放安装船Fig.13 Element immersion and installation ship5结 语在“一国两制”框架下粤港澳三地共建共管的超大型跨海交通工程港珠澳大桥之岛隧工程的成功修建，推动了沉管法隧道从内河走向海洋环境的技术发展，实现了我国在外海岛隧工程的设计、施工、管理等关键技术及装备方面零的突破。历经九年的工程建设期，建设者们秉承建设理念和需求驱动技术的原则，集成国内外优质资源，自主创新，攻坚克难，大胆创新建设管理机制，注重科研与生产的密切结合，推动科研成果在工程中的应用。面对重重困难和技术挑战，通过科研与实践形成了海中人工岛快速成岛技术、深厚软弱土沉管隧道地基基础处理与沉降控制成套技术、半刚性管节设计理论、工厂化管节预制关键技术、外海深水超大管节浮运安装成套技术与装备，以及主动止水最终接头成套技术等多项创新性技术12,13，同时还建立了一批大型试验平台，有力支撑了岛隧工程的建设，大桥建成后成功地经受住了强台风“天鸽”和“山竹”几乎正面袭击的考验13。其建设经验和研究成果为后续大型越江跨海岛隧工程建设奠定了基础，为世界岛隧工程建设贡献了中国智慧。参考文献References1 孙 钧.论跨江越海建设隧道的技术优势与问题J.隧道建设（中英文），2013,33(5):337-342.SUN Jun.Study on Technological Advantages and Problems in Construction of Tunnels Crossing Rivers and SeasJ.Tunnel Construction,2013,33(5):337-342.2 蒋树屏，苏权科，周 健，等.离岸特长沉管隧道防灾减灾关键技术M.北京：人民交通出版社，2018.JIANG Shuping,SU Quanke,ZHOU Jian,et al.Key Technologies of 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