孙钧院士解密港珠澳大桥众多技术细节

在12月5日于上海浦东举行的“隧道中国2013”大会上，作为首席发言嘉宾，孙钧院士现场解密港珠澳大桥沉管隧道的众多技术细节。以下是本网员工现场笔录（因专业知识有限，记录内容不够详尽，且有部分错误，敬请谅解）

港珠澳大桥建设中一共有三个大的问题：

第一个就是为什么用沉管，用隧道通桥梁的方案，全桥全隧为什么不行。我们考虑全桥的话，主通道有三个航道，有两个航道是交叉的，不是平行的，所以桥礅很难处理。36公里的隧道，目前国际上还没有，因为他是双向六车道，排风排烟，未来消防的问题都非常大。另外，全隧造价明显高于桥梁。最后称为桥，因为全长36公里中，30公里是桥。这里的水并不深，只有20来米，桥的成本要便宜很多。桥与隧要过渡，高差有50多米，因此就设置了两个人工岛。

在软土地区一般会想到盾构，但为什么最后选用沉管？沉管的造价要比盾构贵。因为很多地方的埋深不大，6公里里至少4公里埋深很浅，双向6车道，15.43米内径，采用复合盾构，目前还没有，刀具刀盘都是问题。考虑到做盾构单层要漏水，单层管片的盾构还要加内衬，那盾构直径要达到18米，难度太大。再者，盾构一条缝就可能毁掉一条隧道，所以最后还有选用了沉管。沉管的内衬在岸上建成，质量没问题，问题只在接头，这个后头还会讨论。大桥海床稳定性很高，冲刷很小，虽然每年有台风，但台风之外250天是风平浪静，浮运和沉放的时间充裕。还有，海底流速很小，可以沉得很稳，一般的沉放方法就可以解决。（孙院士当时强烈建议用沉管法，认为如果这种独天得厚的条件下不用沉管法，沉管法在中国将无可用之地，最后他倡导的沉管法被运用到珠港澳大桥中）。

第二个沉管法的施工难题：一是水下基槽开挖标底达-45米，作业最深达-23米，海上施工风险控制难度大。二是外海海域，4年施工周期，突发恶劣气候可能造成基槽坡壁失稳，坍槽。国内一般观点，沉管在再软的软基上都能做，因为沉管中空，比再软的挖除土都要轻，所以荷载不是问题，甚至要考虑沉管的上浮，加在沉管上方另外附加荷载。但是，我们经过计算和讨论，决定还要要对地基加固，那用什么方法加固呢？一种观点是高强预应力管桩（刚性桩）控制沉降，最后讨论是挤密砂桩，碎石桩也被否定掉了。（孙院士提出要历史的看问题，以前刚性桩做基础多，因为以前没有水力压解，所以没法做柔性接头，只能减小沉降。现在有了复合地基，有了水力压解法，条件发生变化，另外，当时还没有复合地基的提法）。

第三个问题是回淤量比较大。回淤在施工时加大，施工时就有回淤，所以最后用极限测算，即回淤至原来的海平面。回淤对柔性接头考验很大。我们的沉管施工时用22.5米*8（沉管22.5米一段，在工厂加工预制，每8节形成一个管节）构成一个管节，一般做法是沉到底后，当沉降基本稳定后，管接中的预应力索筋切断，索筋切断后止水带发挥作用，水力压接压紧来抵抗少许沉降。现在沉降大了，索筋切断就有问题了，因为光靠止水带的柔性接头不行，肯定要漏水，所以最后考虑预应力接头不切断！

这里就涉及珠港澳大桥在大回淤条件下，沉管隧道结构的工程处理创新——半刚性管节设计构思：管段间小接头预应力索筋不再切断，保留成永久性的，形成半刚性；当然，索筋有应力腐蚀的问题，所以要考虑预应力度（在60%左右），否则发生脆断将形成连锁反应。

我们通过对管节中的小接头“预应力度”作设计控制，使小接头保留一定的柔性，就可以使全管节的变形不至于都集中到大接头一处截面，而致GINA止不失效、管节接头张开而渗漏。（大接头天然橡胶最大变形不能超过5公分）。为保证安全，GINA止水带我们选用荷兰采的天然橡胶止水带，虽然现在也有国产的止水带。“半刚性管节”已在港珠澳深厚软基地段获设计采用，这在国外，尚只有荷兰海音沉管隧道一处先例。

接上述方法进行接头处置的情况下，预期还有可能将出现的问题：管段小接头有不可预计的（各种随机因素所引起）“拉开”，则临时性切断所留存的部分预应力筋将势在必行。

正常情况下，管段小接头在承受有预压应力和水力压接产生的轴向压力以后，其接头是不允许被“拉开的”，但在各种不可预计到的随机因素作用时，仍有可能会有个别管段出现“拉开”的危象。这主要是因为小接头张角过大而引起的，也有可能因剪切键错移过大而产生；此时，如不能及时按事前切断预应力筋的设计预案处理，将会因接头渗漏出现始料未及的风险。

处治这一险情的方法，只能是：按计算有目的地切断部分原先设计为永久性保留的预应力索筋，这是一项虽不得已、但却又十分必要的唯一预案。

切断预应力索筋，在工作进行中必须要求妥慎安排，以使各种副作用和负面效应降至最小，比如，部分预应力筋切断后，会瞬间引起小接头抗剪能力的突然降低； 预应力筋切断后，会引起仍保留的尚存预应力筋产生应力重分布现象；预应力筋切断时的振动和冲击力，有可能对正在运营中的隧道车流产生不利影响。

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