珠海连接线控制性工程拱北隧道全长2741米,由海中隧道和城市地下隧道组成。按照“先分离并行,再上下重叠,最后又分离并行”的形式设置,包括海域明挖段、口岸暗挖段及陆域明挖段等不同结构形式和施工工法。
由于隧道沿线途经人工岛、军事管制区、拱北口岸、边界河等,涉及到边检、边防、海关、海事等部门,且与城市道路多次交叉,协调难度极大。同时,,,环境因素极其复杂。隧道暗挖段穿越口岸限定区域,安全风险等级高,施工中必须保证口岸的正常通关,对建筑物和地下管线不能产生影响。为此,拱北隧道口岸段设计采用曲线双层隧道,传统隧道施工工法均无法采用。建设单位借助外部力量,开展专题科研攻关,指导施工;同时,组织成立了拱北隧道技术专家委员会,对各类重大方案反复进行比较研究,前后花了近三年时间,最终决定采取业界首创的“曲线管幕+冻结法”施工,成为业内首座采用该工法施作的双层公路隧道,其管幕长度和冻结规模均创造了新的纪录。
复杂的地质条件和前所未有的大规模“曲线管幕+冻结法”双层暗挖施工方案,使得拱北隧道建设面临巨大的挑战。管幕冻结工程是拱北隧道暗挖段的核心,也是基础。自2013年6月第一根试验管始发,至2015年5月最后一根顶管顺利接收,历时2年。至此,直径1.62米、长255米的36根钢管组成的管幕群以曲线形式成功下穿拱北口岸,实现地面“零沉降”,接收精度“零误差”。
冻结技术是拱北隧道建设的另一个重难点,相当于要以管幕为“骨架”,完成一个高23米、宽21米、厚2.6米、纵向长度255米的一个大“冰箱”。如此大的冻结体系如何形成?如何实现精准冻土厚度控制,确保不因冻胀影响口岸通行安全?工程完成后又如何解冻及降低冻土融化引起的地表下沉风险?一系列难题是建设者们必须面临和解决的。通过参建各方的共同努力,拱北隧道暗挖段冻结工程自2016年1月中旬正式开机启动,至5月底,冻结圈厚度达到设计要求。
管幕冻结止水帷幕的形成,在隧道周围形成了强大的超前预支护体系,为隧道开挖提供了安全保障。但由于暗挖段工程地质条件极差,且开挖断面大,埋深浅,其上为繁忙的口岸,地理环境特殊,暗挖施工仍面临极大的安全风险。为此,建设者们进行了大量的力学验算和论证分析,最终确定采用5台阶14部的开挖工法。如何科学组织施工,合理调配资源,安全高效地完成工程目标是项目建设面临的又一难题。为此,珠海连接线建设者们围绕暗挖施工技术难点和工程实际情况,不断调研,组织国内外相关领域专家组织多次“会诊”,结合监测数据大胆创新,不断优化施工方案,调整施工工艺,总结出一套合理可行、经济高效、安全可靠的施工组织与技术。历时近5年,在先后完成超大断面曲线管幕顶管施工、超长距离水平环向冻结后,2017年4月,珠海连接线完成全部5台阶14导洞开挖作业,顺利实现隧道全线贯通。