深中通道跨海通道橋梁工程技術

中中運河橋梁全長約17.034公里，規(guī)模大，包括尖嶺陽橋、中山橋、洪泛區(qū)非通航橋、群區(qū)非通航橋和陸地橋。它覆蓋了大橫截面的懸索橋、大橫徑的斜橋、大鋼梁的連續(xù)梁橋、預制混凝土的連續(xù)梁橋和小箱梁的橋，技術難度非常大。橋址區(qū)受到航空限高、海事通航、水利防洪、環(huán)保、臺風、潮汐和不均勻地質等諸多條件制約，建設條件復雜。項目地處粵港澳大灣區(qū)核心位置，是跨越珠江口的戰(zhàn)略性通道，同時也是跨海超級工程，社會關注度高，橋梁工程又是項目建設的亮點和看點，需要高標準地開展建設，因此該項目橋梁工程的建設面臨很大挑戰(zhàn)。為了從源頭上控制好項目品質，該項目在建設前期嚴謹、審慎地開展了橋型方案研究比選和設計工作，為項目后續(xù)的建設實施打下了堅實的基礎。1方面土體環(huán)境全橋跨越了珠江口多條高等級主航道及主要泄洪通道，同時受到深圳機場航空限高影響，建設條件復雜。橋位處最大海水深度約12m,同時西側存在長距離的淺灘區(qū)，水深僅1～2m,受半日潮影響(平均潮差為0.85～1.70m),潮退灘露。淺灘區(qū)臨近南沙濕地自然保護區(qū)，環(huán)保要求高。此外，橋位處于臺風影響區(qū)，正面襲擊熱帶氣旋年平均有23個，最大中心風速曾達40m/s,影響時段每年可達5個月(6—10月)之久。橋位區(qū)軟土分布范圍廣、厚度大，淤泥層普遍厚達20～30m,穩(wěn)定性極差。場區(qū)基巖主要為花崗巖及花崗閃長巖，巖面東高西低，風化差異顯著，風化層厚度大，且厚薄不均，地基均勻性總體較差，屬抗震不利地段。2橋梁設計與設計2.1主纜鋼箱設計(1)總體布置及結構體系。伶仃洋大橋跨徑布置為(500+1666+500)m,矢跨比為1/9.65,主纜橫向間距為42.1m。采用三跨吊全漂浮體系懸索橋，在主塔處設橫向抗風支座、縱向限位阻尼、過渡墩處設置豎向支座、橫向抗風支座。伶仃洋大橋主橋立面圖如圖1所示。(2)加勁梁采用流線形整體鋼箱，梁高4m、寬49.7m,采用實腹式橫隔板，間距為3.2m。橋面板重車道處厚18mm,其余厚16mm。標準橫斷面圖如圖2所示。箱梁外側設置風嘴及水平穩(wěn)定板，以滿足顫振穩(wěn)定性要求，同時避免渦振振動風險。(3)索塔采用門式塔造形，基礎采用56根(4)錨碇采用分體式錨體，外形設為晶體切面建筑元素。錨碇基礎采用直徑65m的8字形地連墻基礎，墻厚1.5m,嵌入中風化巖層中不小于5m。設計推薦采用鋼管樁和鋼板樁結構圓形筑島，筑島直徑150m。東錨淤泥層厚8.3～12.3m,西錨淤泥層厚14.1～15.5m,采用水泥攪拌樁進行地基處理。錨碇基坑外采用拋石護堤防護。(5)主纜設計采用預制平行鋼絲索股(PPWS),吊索采用鍍鋅鋼絲繩，梁端限位拉索采用平行鋼絲拉索。主索鞍為常規(guī)鞍體結構，散索鞍采用擺軸式結構，都采用鑄焊結合的結構形式，鞍槽用鑄鋼鑄造，底座由鋼板焊成。鑄鋼件采用ZG340-550H高強材質。主纜采用多股成品索錨固系統(tǒng)錨固。2.2主梁結構構造(1)總體布置及結構體系。中山大橋采用整幅式鋼箱斜拉橋方案，跨徑組成為(110+185+580+185+110)m,邊中跨比為0.509,采用半漂浮結構體系。邊跨設置輔助墩，大橋的立面布置見圖3。(2)加勁梁采用流線形扁平鋼箱梁，梁高4m,采用雙邊腹板構造，與H形塔索面布置對應。箱內采用桁架式橫隔板，不設縱隔板，截面用料省，通透性好，方便后期檢查維護。梁段標準長度18m,最大吊重約501t,采用橋面吊機安裝。梁段間工地接縫除頂板U肋采用高強度螺栓連接外，其余均采用焊接。中山大橋主梁標準橫斷面圖見圖4。(3)索塔采用門式塔造形，與伶仃洋大橋主塔外形風格保持一致，形成前后呼應、和而不同的姊妹橋格局?；A采用28根(4)斜拉索采用?7高強鍍鋅鋼絲束斜拉索，標準強度為1960MPa。斜拉索在主塔上的錨固采用鋼錨梁錨固，傳力明確，同時有效加快塔柱施工進度，后期便于維護檢查、換索。拉索橫向間距為41.5m,東、西主塔每側各有15對斜拉索，梁上索距為18m。斜拉索在主梁上采用錨拉板形式錨固，傳力途徑明確，構造簡單，后期方便檢查維護。2.3非儒家孔橋和陸路橋的建設(1)鋼箱梁下部結構設計上部結構主梁采用分幅式單箱三室鋼箱梁，梁高4m,頂板寬20m,底板寬9.5m。鋼梁邊跨跨中、次邊墩和中墩墩頂?shù)装寮凹觿爬?、次邊墩和中墩墩頂中腹板及加勁肋采用Q420D,其余部位采用Q345D。鋼箱梁整體在工廠預制，通過船機設備運至現(xiàn)場并架設。首節(jié)鋼箱梁長133.5m、重約1500t。下部結構采用整體式大挑臂T形墩，蓋梁長30m、高5m;墩身截面為六邊形，寬為8～12.2m、厚為4m;承臺為10.5m×16.5m×5m(縱×橫×豎),配6根2.5m樁。(2)鋼箱梁吊裝就位上部結構主梁采用分幅式單箱雙室預應力混凝土箱梁，梁高3.5m,頂板寬20m,底板寬9.578m,懸臂長3.5m。受運架設備吊重及吊具幾何參數(shù)限制，在萬頃沙互通影響區(qū)部分變寬劇烈的主梁采用了鋼箱梁方案，共18片。箱梁在岸上預制廠整孔預制，通過船機設備運至現(xiàn)場，整孔吊裝就位，再進行先簡支后結構連續(xù)的體系轉換。橋墩與泄洪區(qū)非通航孔橋的建筑外形風格一致，蓋梁頂寬33m、高6m。墩寬9.2～10.6m,厚4m;承臺為17m×10.75m×4.5m(縱×橫×豎),配6根(3)預制混凝土小箱梁結構陸域引橋全長1600m,分幅布置，部分區(qū)段受橫門互通影響，單幅橋面寬度為16.25～34.65m。引橋跨徑為40m,采用預制混凝土小箱梁(梁高2.2m),先簡支后結構連續(xù)。橋墩采用大挑臂墩，基礎采用3主要技術的困難項目橋梁工程技術難點主要集中在伶仃洋大橋和非通航孔橋。3.1從鋼箱到鋼箱的通道及支護技術(1)大橋位于珠江口伶仃洋開口水域，屬于超強臺風頻發(fā)區(qū)，跨徑超大、橋面超高，抗風安全問題突出，主梁抗風斷面選型是設計的難點。通過組織多家權威機構平行開展風洞模型試驗，反復比選主梁氣動外形和氣動措施，最終提出了“整體鋼箱梁+水平導流板+上下穩(wěn)定板+高透風率欄桿”組合的新型氣動控制技術，將1500m以上超大跨徑寬幅式整體鋼箱的顫振臨界風速提升至88m/s,極大地拓展了該類梁型的使用范圍。(2)西塔處于風化深槽上，需要穿越60～80m的斷裂破碎帶，樁長達到了108～136m,對于實施階段鉆孔成樁提出了挑戰(zhàn)，實際施工時需要通過精細化的鉆孔工藝和優(yōu)質的護壁泥漿來確保成樁質量。(3)由于主橋是全離岸結構，兩個大型錨碇處于海中，考慮潮汐影響水深達到6～8m,海床面以下存在15m以上厚度的淤泥層，地質條件復雜。為實現(xiàn)錨碇地連墻基礎的實施條件，設計提出了鋼管-鋼板樁圍堰筑島方案。在深層軟基上確保圍堰結構及島體的穩(wěn)定具有一定挑戰(zhàn)，后續(xù)施工主要以施工監(jiān)控為抓手，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)來把控施工節(jié)奏，確保施工全過程風險可控。(4)懸索橋主纜防腐是世界性難題，考慮到該項目處于高溫高濕的亞熱帶地區(qū)，同時在路網(wǎng)中具有重要性，需高度重視。從國際技術發(fā)展動態(tài)來看，主要是提高主纜鋼絲自身的防腐性，如采用大直徑高強主纜鋼絲等。3.2止水圍堰內設置(1)泄洪區(qū)非通航孔橋受防洪要求制約，承臺需要埋入海床。在臨近西人工島區(qū)段，平均水深為10m以上，最大水深13.5m,如何順利實現(xiàn)水下基坑開挖、止水、承臺鋼筋網(wǎng)綁扎及混凝土澆筑等面臨很大挑戰(zhàn)。后續(xù)施工主要通過打設加強剛度的帽形鋼板樁來形成止水圍堰，圍堰內設置圍檁及水平撐來共同抵抗水壓力。(2)與伶仃洋大橋兩端對接的四孔泄洪區(qū)非通航孔橋橋面標高較高(最高近70m),由于受到錨碇筑島、主纜位置的限制，無法使用船機設備架梁，只能采用支架架梁?？紤]到此處還存在15m以上厚度的淤泥層，為確保高空支架的安全性需加強施工監(jiān)測。(3)淺灘區(qū)非通航孔橋部分區(qū)段水深較淺，平均水深1m左右，受半日潮影響，多數(shù)時間潮退灘露，船機設備很難駛入，棧橋、施工平臺等臨時工程的建設有一定難度。后續(xù)施工主要是選擇水深條件較好的位置搭設起始棧橋和物料碼頭，主要通過釣魚法在已搭設的棧橋上逐步推進架設。(4)萬頃沙互通立交的匝道下穿主線橋，工作面在空間上存在交織，由于都是水上作業(yè)且工期較緊，架梁船機設備的使用與下部結構施工存在矛盾。施工時需要通過良好的工序銜接來解決上述難題。4錨泊基礎建設截至2020年年底，橋梁下部結構大部分已出水，水中棧橋及錨碇圍堰成功抵御了2018年超強臺風“山竹”的正面襲擊，西塔超長樁基均順利成樁，東西錨碇基礎均已完成基坑開挖，