1、港珠澳大橋主體工程總體設(shè)計(jì)摘要：關(guān)鍵詞：一、工程概況二、橋位及工程規(guī)模根據(jù)三地達(dá)成的共識(shí)，海中橋隧主體工程由粵港澳三地共同建設(shè)；三地口岸和連接線由三地各自負(fù)責(zé)建設(shè)。三、主體工程主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于橋梁的非通航孔橋的地震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)有三種重現(xiàn)期定義，對(duì)應(yīng)三種極限狀態(tài)：工作狀態(tài)120年極限狀態(tài)600年結(jié)構(gòu)完整性狀態(tài) 2400年對(duì)于單孔跨度大于150 m的橋梁的地震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)有三種重現(xiàn)期定義，對(duì)應(yīng)三種極限狀態(tài)：工作狀態(tài)120年極限狀態(tài)1200年結(jié)構(gòu)完整性狀態(tài) 2400年四、主要建設(shè)條件建設(shè)條件的特點(diǎn)分述如下：1.氣象特征大橋處于南亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候區(qū)，工程區(qū)年平均氣溫在22.423之間，實(shí)測極端最高氣溫為3

2、8.9，極端最低氣溫-1.8。橋址區(qū)域年盛行風(fēng)向以東南偏東和東風(fēng)為主，熱帶氣旋影響十分頻繁，平均每年2個(gè)左右，最多時(shí)每年可達(dá)6個(gè)，自4月至12月均有可能發(fā)生，主要集中在610月。橋區(qū)重現(xiàn)期120年10分鐘平均風(fēng)速達(dá)48.7m/s。2. 水文特征工程區(qū)水域?qū)掗?，水下地形具有中、西部寬淺、東部窄深的顯著特點(diǎn)，九洲航道橋以西水深在34m之間（1985國家高程基準(zhǔn)，下同），九洲航道橋至江海直達(dá)船航道橋之間水深為45m之間，江海直達(dá)船航道橋至青州航道橋之間水深為56m左右，青州航道橋至西人工島之間水深為68m左右；西人工島以東工程沿線水域水深較深，沿線水深基本在8m以上；其中大濠水道最深處可達(dá)17m左右

3、，10m深槽寬度達(dá)2.3km左右。橋區(qū)海域?yàn)椴灰?guī)則半日潮海區(qū)，水位在一個(gè)潮周期內(nèi)變化相對(duì)較平緩。實(shí)測最高潮位3.52米，最低潮位-1.32米，最大潮差3.58米，最小潮差0.02米，平均海平面0.54米； 300年一遇設(shè)計(jì)高水位為3.82米，低水位為-1.63米。潮流呈現(xiàn)往復(fù)流運(yùn)動(dòng)形式，具有落潮流速大于漲潮流速，中部海域潮流流速比兩邊大的特點(diǎn)。漲急時(shí)垂線平均流向基本為N向，落急時(shí)垂線平均流向基本為S向；實(shí)測最大流速2m/s，垂線最大平均流速1.36m/s。根據(jù)九澳站1986年2001年波浪觀測資料統(tǒng)計(jì)，波浪常浪向?yàn)镾E、SSW和S向，出現(xiàn)頻率分別為20.024%、18.693%和16.907%

4、；強(qiáng)浪向?yàn)镋SES向；有效波高大于1m的波出現(xiàn)頻率為4.96%。依據(jù)橋址站2007.42008.3和2008.610實(shí)測資料，實(shí)測最大有效波高（Hs）3.64m，周期（T）為5.3秒，波向?yàn)镾SW向。依據(jù)橋墩前墩前行近流速、橋墩寬度、墩形、水深、床沙粒徑、水流交角等資料，按交通運(yùn)輸部頒布的公路工程水文勘測設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG C30-2002）對(duì)基礎(chǔ)沖刷進(jìn)行了計(jì)算，具體成果見表2。表2 100年一遇水文條件下沖刷計(jì)算成果表橋梁方案墩 型天然泥面高程（m）沖刷后高程（m）青州航道橋主墩-6.2-20.8輔助墩、過渡墩-6.2-15.6江海航道橋主墩-5.0-15.9過渡墩-5.0-14.5九洲航道橋

5、主墩-4.0-14.0過渡墩-3.8-10.6非通航孔橋1-6.0-16.9非通航孔橋2-4.8-15.6注：非通航孔橋1系指跨度110米，非通航孔橋2系指跨度85米。 航運(yùn)特點(diǎn)橋區(qū)所在的水域?qū)掗?，航道眾多，航線復(fù)雜、通航船型類型眾多、船舶通航密度大、通航要求高，航行安全管理要求高。工程沿線從西至東有九洲航道、江海直達(dá)船航道、青州水道、伶仃西航道、銅鼓航道和香港側(cè)航道；現(xiàn)狀平均每天船舶交通流量可達(dá)4000艘次，每年可達(dá)150萬艘次。 地質(zhì)特征大地構(gòu)造上，本工程近場區(qū)主要處于華南褶皺系粵北、粵東北粵中坳陷帶的永梅惠陽坳陷，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定，適合大橋建設(shè)。工程主線區(qū)覆蓋層厚24.089.3m，按成因時(shí)

6、代、巖性特征可劃分為5個(gè)大層組。其中，第一層組為全新統(tǒng)海相沉積的淤泥、淤泥質(zhì)粘土和淤泥質(zhì)粘土夾砂等軟土，工程性能極差；第二層組主要為晚更新統(tǒng)晚期陸相沉積的軟可塑狀粘土，其埋藏淺、層厚較薄、分布不均勻；第三層組主要為晚更新統(tǒng)中期海相沖積的淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粘土和軟可塑狀粘土，以軟弱中軟土為主，工程性能亦很差；第四層組為晚更新統(tǒng)早期河流相沖積物，以中密密實(shí)砂類土為主，承載力較高，在基巖埋藏較深的地段，可作為基礎(chǔ)持力層；第五層組為基巖風(fēng)化層，工程性能較好，但據(jù)已有鉆探及物探資料分析，基巖頂面起伏變化很大，風(fēng)化差異顯著，沿橋位線共分布有4個(gè)風(fēng)化深槽，寬達(dá)4301000m，深槽內(nèi)全、強(qiáng)風(fēng)化層厚度多大

7、于40m。軟土分布廣、工程性能差，基巖面起伏大及存在風(fēng)化深槽是工程建設(shè)中需重點(diǎn)關(guān)注的地質(zhì)問題。橋址區(qū)地下水可劃分為松散巖類潛水、承壓水和基巖裂隙水三大類型。水樣分析結(jié)果表明，海水和地下水化學(xué)成分相似，對(duì)砼、鋼筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)腐蝕性。 航空限高要求香港大嶼山機(jī)場位于大橋東岸登陸點(diǎn)附近，澳門機(jī)場位于大橋西岸附近，大橋部分線位位于香港、澳門機(jī)場飛機(jī)起飛和降落的飛行區(qū)內(nèi)，工程方案的選擇需滿足大嶼山機(jī)場和澳門機(jī)場航空限高要求。大嶼山機(jī)場和澳門機(jī)場臨近大橋登陸點(diǎn)附近辟有禁航水域，大橋的施工組織設(shè)計(jì)應(yīng)考慮這一因素。 環(huán)保要求大橋線位穿過了珠江口中華白海豚保護(hù)區(qū)的核心區(qū)、緩沖區(qū)、試驗(yàn)區(qū)，在方案設(shè)計(jì)及工

8、程建設(shè)中需采取切實(shí)有效的環(huán)保措施。 水利防洪要求為降低大橋建設(shè)對(duì)珠江口水利防洪影響，水利部門要求大橋阻水比控制在10%以內(nèi)，并將非通航孔橋承臺(tái)全部埋入海床面以下。五、主體工程總體設(shè)計(jì)1項(xiàng)目建設(shè)面臨的挑戰(zhàn)港珠澳大橋所處的特殊區(qū)位、建設(shè)條件和具有的多重功能決定了它面對(duì)的四大挑戰(zhàn)：建設(shè)管理的挑戰(zhàn)、工程技術(shù)的挑戰(zhàn)、施工安全的挑戰(zhàn)、環(huán)境保護(hù)的挑戰(zhàn)。2總體設(shè)計(jì)目標(biāo)三地政府提出本項(xiàng)目的建設(shè)目標(biāo)為：建設(shè)世界級(jí)跨海通道、為用戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)、成為地標(biāo)性建筑?？傮w設(shè)計(jì)需滿足建設(shè)目標(biāo)并充分考慮建設(shè)條件，達(dá)到“安全、耐久、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)”的總體目標(biāo)。3總體設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想根據(jù)主體工程建設(shè)面臨的挑戰(zhàn)、特點(diǎn)及建設(shè)條件，總體設(shè)計(jì)及方

9、案設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想如下：1 全面實(shí)現(xiàn)“工廠化、大型化、標(biāo)準(zhǔn)化、裝配化”工法為總體設(shè)計(jì)思想，以適應(yīng)工程區(qū)臺(tái)風(fēng)影響、航運(yùn)復(fù)雜、環(huán)保要求的特點(diǎn)，保證施工安全及航運(yùn)安全、確保工程質(zhì)量、降低現(xiàn)場工作量、減少海中作業(yè)時(shí)間、保護(hù)海洋生物、保障工期； 2 方案總體布置中以盡量減少阻水比，滿足水利部門要求為目標(biāo)；3 注重景觀設(shè)計(jì)，充分進(jìn)行橋梁及人工島總體方案比選；1 總體設(shè)計(jì)充分考慮為運(yùn)營養(yǎng)護(hù)提供方便，按照“需求引導(dǎo)設(shè)計(jì)”思想開展設(shè)計(jì)工作； 2 本工程專業(yè)廣、接口多，總體設(shè)計(jì)中注重各專業(yè)接口的協(xié)調(diào)及平衡，使之達(dá)到總體最優(yōu)的目標(biāo)。 4 總體平、縱面設(shè)計(jì)平面設(shè)計(jì)主要考慮：與香港側(cè)工程在平面上順接，滿足雙方要求；為降低

10、隧道出口段的設(shè)計(jì)施工難度，隧道起點(diǎn)段路線取為5500m不設(shè)超高的大半徑圓曲線；保證通航孔橋位于直線段，降低通航孔橋設(shè)計(jì)施工難度；盡量減少與水流夾角；平面曲線指標(biāo)盡量提高，按不設(shè)超高控制，處理好平縱配合設(shè)計(jì)；妥善處理好主線與東、西隧道人工島及珠澳口岸人工島匝道布置；平面設(shè)計(jì)線形見圖2?？v面按主線最大縱坡小于3%控制設(shè)計(jì)，各控制點(diǎn)高程滿足通航要求及機(jī)場航空限高要求。航道橋縱斷設(shè)計(jì)原則為：豎曲線長度宜包含整個(gè)通航孔橋長（路線范圍內(nèi)應(yīng)為凸曲線），通航孔橋橋梁中心兩側(cè)縱坡應(yīng)對(duì)稱，即將通航孔橋范圍內(nèi)的變坡點(diǎn)放在橋梁中心位置。兩通航孔橋間非通航孔橋推薦平坡方案，通過2.5%的橫坡及適當(dāng)增設(shè)雨水管解決排水問題

11、。隧道段縱斷面設(shè)計(jì)原則為：盡量減短人工島長度，減少基槽開挖量，隧道段采用W形坡。5橋梁總體跨徑布置1 通航孔橋布置青州航道橋橋跨布置為110+126+458+126+110=930m；江海直達(dá)船航道橋橋跨布置為129+2258+129=774m；九洲航道橋橋跨布置為85+150+298+150+85=768m，均滿足通航要求。2 主線非通航孔橋布置江海直達(dá)船航道以西，水深 34m，基巖埋深2455m，小跨徑為經(jīng)濟(jì)跨徑，為減少橋墩數(shù)量并減少阻水率，適當(dāng)增大跨徑，推薦采用85m等跨；江海直達(dá)船航道橋以東，水深510m，基巖埋深6089m。該處位于潮流主通道，采用較大跨徑，以減少阻水率。為在經(jīng)濟(jì)性與

12、阻水率之間獲得一個(gè)平衡的跨徑，經(jīng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較后推薦采用110m等跨；同時(shí)，為實(shí)現(xiàn)江海直達(dá)船航道兩側(cè)景觀協(xié)調(diào)一致，在其西側(cè)一定范圍與東側(cè)對(duì)稱布置了10孔110m跨非通航孔。3 人工島結(jié)合部非通航孔橋布置人工島結(jié)合部采用合理壓低橋梁起始處標(biāo)高來縮短人工島長度，按照300年一遇洪水加浪高不進(jìn)入橋面為原則，浪高影響范圍內(nèi)橋墩與主梁固結(jié)，取消支座。為抵抗梁體承受的波浪力，臨島附近橋梁采用小跨徑，采用不銹鋼鋼筋及增加混凝土致密性解決耐久性問題。島橋連接處構(gòu)造參見圖4。圖4 島橋結(jié)合部縱向位置關(guān)系圖 粵港分界線至東人工島段橋跨布置為2(347.5)+335m，結(jié)構(gòu)外形及風(fēng)格與香港側(cè)保持一致。 西人工島島橋結(jié)

13、合段橋跨布置為2(344)m。4 珠澳口岸連接匝道橋珠海、澳門口岸內(nèi)客、貨檢分區(qū)設(shè)置，在大橋與口岸連接處需設(shè)置定向立交橋，使客、貨車進(jìn)出各自查驗(yàn)區(qū)。主線橋采用484+30m一聯(lián)的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，各匝道橋上部主梁采用2540m跨單箱單室等截面連續(xù)箱梁。6 隧道方案及布置經(jīng)對(duì)沉管工法及盾構(gòu)工法進(jìn)行深入比選后，為減小隧道人工島長度，減小對(duì)水流的長期影響，降低施工風(fēng)險(xiǎn)，推薦采用沉管法，隧道縱斷面布置參見圖5。圖5沉管隧道縱斷面布置首節(jié)管段與暗埋段相接處管底標(biāo)高確定為-12.5m，暗埋段干施工時(shí)的水頭差控制在15m以內(nèi)，降低工程難度及風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，為盡量縮短人工島長度，在島隧結(jié)合部，島頭合理向島身移

14、動(dòng)，部分管節(jié)露出海床，對(duì)此部分管節(jié)參考國際上厄勒海峽及韓國釜山隧道經(jīng)驗(yàn)，采用特殊的大型塊石及鎖管石塊進(jìn)行覆蓋鎖定防護(hù)，沉管隧道兩側(cè)采取防撞措施，避免露出海床的沉管船撞風(fēng)險(xiǎn)。7隧道人工島布置為實(shí)現(xiàn)橋隧轉(zhuǎn)換，設(shè)東、西兩人工島，東人工島西邊距銅鼓航道中心1563米，采用橢圓形布設(shè)，形似“蠔貝”，島長625m，總面積為103161m2；西人工島東邊距伶仃西航道中心2018米，也為橢圓形島，島長625m，總面積為97962m2。為減少阻水效應(yīng)，兩島均位于-10米等深線以外。8 橋、島、隧總體布置主體工程主線立面總體布置參見圖6，橋、島、隧工程總阻水比小于10%。圖6 主體工程橋、島、隧總體布置六、橋梁方案斜拉索采用接近豎琴型雙索面，每個(gè)塔上有14對(duì)斜拉索，梁上索距為15m，塔上索距為7.59m；采用平行鋼絲成品斜拉索。橋跨布置為129258258129774m，主要設(shè)計(jì)思路同青州航道橋。主梁為倒梯形、帶懸臂整幅單箱三室截面，斜