深中通道 開啓新跨越

深中通道 開啟新跨越

深中通道北距虎門大橋30km,南距港珠澳大橋38km,是繼港珠澳大橋之後,又一世界矚目的超級工程。

深中通道是一個集“橋、島、隧、水下互通”於一體的世界級跨海集群工程,主要由超寬特長鋼殼混凝土沉管隧道、海中超大跨徑懸索橋、海中人工島以及深圳機場水下互通立交等重點構築物組成,工程建設條件異常複雜、綜合技術難度非常高。

項目採用東隧西橋的方案,路線起自廣深沿江高速機場互通立交,東接機荷高速,向西跨越珠江口,在中山市馬鞍島登陸,與在建的中開高速對接。路線全長約24km,其中伶仃洋大橋為主跨1666m的海中特大跨徑懸索橋、中山大橋為主跨580m斜拉橋、海底隧道長6845m(其中沉管段長5035m)、設兩處海中人工島。全線採用雙向8車道高速公路技術標準建設,設計速度100km/h,項目概算總額為446.9億元。

交鋒中漫長的期待

“深中通道從地理位置及高速公路路網兩個維度,均是連接粵港澳大灣區珠江兩岸的戰略性通道。首先,深中通道地處粵港澳大灣區的核心區域,是粵港澳灣區‘深莞惠’與‘珠中江’城市組團唯一直連通道,是珠江兩岸‘A’字形交通骨架中最重要的一橫。項目的建設將完善珠三角城市交通格局,實現珠三角三大經濟圈均衡發展。其次從公路路網角度,本項目在珠江口跨江公路通道中也是處於戰略性地位;從國家高速公路網角度看,也是國高網G2518(深圳至廣西岑溪)中跨越珠江口的關鍵工程,同時也將成為瀋海高速沿海大通道(G15)粵境段過江快捷通道(比目前繞行廣州市區節約里程約80km)。因此,深中通道是粵港澳大灣區的一條非常重要的戰略性通道。它的修建將完善珠江口周圍城市的交通格局。鑑於其戰略意義,沿線各相關地、市高度關注,使得我們在前期論證工作中,無論是路線走廊的選擇,還是工程方案的確定,都要上升到更高的政府決策層面。”提到深中通道的意義,深中通道管理中心副主任、總工程師宋神友向記者娓娓道來。

但是,深中通道從規劃到開工卻經歷了15年的風雨歷程……

在百度裡搜索“深中通道”,有這樣一段描述:“……2004年被提上議程。10多年來,有關深中通道的規劃一直備受關注,爭議不斷。早期由於擔心會與港珠澳大橋重合,為避免重複建設等原因,被暫緩推進。接著是有傳聞深中通道將在虎門附近上岸,引發深圳民間抗議,多個熱心人士在網上呼籲深中通道應在深圳落地。此後,國家發改委批覆‘深茂鐵路跨江大橋’的公鐵合建項目,被認為將與深中通道重合,再次引發深圳、中山兩地市民對深中通道從此夢碎的擔憂。這一切爭議與疑慮,在廣東省交通廳網上公示‘深圳至中山跨江通道工程海洋工程環境影響報告書’後塵埃落定……”

而對宋神友來說,這個綜合技術難度極大的項目根植於他心底的時間則更早,他告訴記者:“深中通道作為超大型的世界級跨海工程及連接粵港澳大灣區的戰略性通道,省政府一直高度重視,醞釀已久。早在2002年8月,省發改委啟動了‘深圳至珠海過江通道’方案研究;2008年4月,省交通運輸廳與省發展改革委聯合委託開展深中通道工程可行性研究;2010年12月,省政府成立了由主管交通的副省長擔任項目前期工作協調小組長,負責統籌協調項目重大事項;2015年12月,國家發展改革委批覆了深中通道項目立項。整個項目前期論證及批覆歷時14年,其過程極其艱難。首先,該通道將改善粵港澳大灣區城市交通格局,沿線地、市高度關注。其次,項目獨特的地理位置導致影響行業眾多,由於位於深圳機場南側,其建設需要滿足航空限高要求;地處南沙港下游,項目建設需要滿足航運發展需求;項目建於珠江出海口的河口灣,需要滿足珠江口防洪納潮要求,等等。因此,廣東省政府在前期論證階段就確定了四個原則:一是大局意識原則,立足於全省社會及經濟發展;二是功能優先原則,以提高珠江兩岸人民高質量出行為根本目標;三是協調發展原則,項目工程方案的選擇需要實現公路、水運、民航安全與防洪水利、環境保護等行業科學、協調發展;四是擇優原則,本著‘安全、適用、經濟、美觀、耐久’的原則進行多方比選,擇其優,將安全性、風險可控性、技術成熟度放在首位。”

據宋神友介紹:基於上述四個原則,深中通道首先開展了兩年的路線走廊及公鐵兩用方案論證,堅持價值工程理念,主要從項目功能定位,主流交通流的適應性,路網符合性、均衡性,城市規劃適應性等方面進行綜合比選,推薦了A線走廊方案。其次,開展4年工程方案的論證,堅持系統工程理念,借鑑世界上主要跨海通道方案(全橋、全隧、雙隧、東隧西橋、東橋西隧等),力求不遺漏任何有價值的跨海工程方案。然後開展建設條件適應性論證,確保通道建設能實現各相關行業——公路、水運、民航、海洋環境,水利防洪、國防等各相關行業的可持續發展。鑑於我國各行業管理相對獨立,在論證及審批過程中均要求通道建設對其行業影響最小,所以提出的要求很高,導致這個過程耗時很長。在這個過程中,總共開展了60餘項專題研究,請各行各業中最具權威性的國家級專家團隊,依據建設條件的適應性,開展專題論證研究。工程方案比選的核心是伶仃航道的橋、隧比選,經過各相關行業組織的論證審查,最後認定其中兩個方案可以滿足各相關行業的發展需求,一個是全隧方案,一個是東隧西橋方案。第三,作為世界級跨海通道,本著“安全、適用、經濟、耐久及美觀”的原則進行多方案比選擇其優,將安全性和風險可控性放在首位。經交通行業及國家發改委委託中國國際諮詢公司諮詢評估,東隧西橋方案是綜合最優的方案——在實現公路、水運、民航與防洪水利、國防等行業的科學、和諧發展的同時,安全風險可控,工期、規模適度。

就水運行業高度關注的伶仃航道通航安全問題,項目充分考慮了未來船舶大型化的發展需求、特種工程船舶及海工裝備進出需求,組織開展了20項有關通航方面的專題研究。為慎重起見,專門委託國內外5家權威機構開展了船舶大型化發展需求研究,並徵求世界主要航運公司意見。水運主管部門非常慎重,交通運輸部歷時兩年組織多次權威專家論證,最終確定伶仃航道橋通航標準:通航淨高,極端高水位76.5m以上、淨寬1520m,在伶仃航道上,將建設一座目前世界上跨海通航標準要求最高的橋樑,高於世界上主航運通道上及類似港灣上橋樑通航淨高,可以滿足3萬標箱集裝箱船、30萬噸級散貨船,30萬噸級油輪、22.5萬噸級豪華郵輪通航需求,並且有足夠的富裕高度。

經過長達14年科學深入嚴謹的技術論證,從建設條件的適應性、施工安全、營運風險,對海洋環境的影響,工期和造價等方面綜合比選,最終選擇了綜合最優的方案——東隧西橋,得到了國內外權威機構、專家和國家部委的認可。

宋神友認為,因為深中通道是一個世界級的超級工程和戰略性工程,所以,它的建設首先要考慮國家利益,站在國家層面和整個大交通行業的層面,只有將粵港澳大灣區交通格局完善起來,使資源要素得到高效配置,才能使整個粵港澳大灣區更好更快發展起來,而這個發展是個共同體。另一方面,建設深中通道的出發點是為人民提供高品質的交通功能服務,所以要更加重視功能需求。

深中通道 開啟新跨越

深中通道項目規劃圖

放飛“風箏” 平衡“一體兩翼”

這世上最打動人的,不是敢做,而是敢想並敢當;誠如深中通道東人工島的首個水下互通立交。

東人工島的開工可謂備受矚目,其重要的原因之一是東人工島將是國內第一條高速公路水下互通立交。深中通道管理中心主任陳偉樂介紹,東人工島是深圳市的“西大門”重大交通樞紐工程,社會關注度高。東人工島位於深圳寶安機場南側,是深中通道項目深圳側的起點,主要實現深中通道與廣深沿江高速、寶安機場、大鏟灣港區、大空港區之間的快速交通轉換。深中通道建成後,珠江西岸的人民到寶安機場搭乘飛機,由中山駕車,最快20分鐘可抵達深圳寶安機場。東人工島採用“一體兩翼”方案,島上設主線隧道、4條匝道隧道、救援碼頭及附屬配套設施。工程規模大,工程界面多,影響因素繁雜,施工組織困難。陳偉樂同時表示,深中通道建設目前進展順利。西人工島於2016年底率先開工,2017年5月-9月完成了57個鋼圓筒的製作與振沉施工。島內填砂等工作穩步進行的同時,其他構造物的建設進度也逐步加快,橋樑工程施工圖設計已上報省交通運輸廳審查;沉管隧道施工圖設計已獲得正式批覆,很快將實現實質性開工。東人工島及主線堰築段隧道施工總工期為60個月,至2018年底東人工島工程將完成沿江高速橋墩保護措施及堰築段臨時圍堰施工。2020年,東島側對接端將形成對接條件及完成人工島填築。預計2022年項目逐步完成島上隧道結構、地面建築及附屬工程。

見過項目東西人工島效果圖的人,不由得會對西島的造型和東島的“一體兩翼”造型發生興趣。對此,宋神友解釋:“西人工島島形為菱形,形似鯤鵬展翅。為什麼要設計成菱形呢?第一,因為在海中建設人工島,首先要滿足珠江口水利防洪的要求,要有利於導流,較之矩形等其他形狀,其阻水效應顯著減小,實現了整個項目對水利防洪要求的適應性。第二,菱形相比傳統的橢圓或者方形,島面面積更大,達13.7萬平方米,無論是實現隧橋轉換、上下島的線形佈設,還是消防救援設施、施工場地佈局等都可以很好地實現。由於空間有富餘,所以有利於實現附屬設施與主體隧道的分離,主體隧道的通風塔及管線等與房建工程之間的交叉會減少,不會互相影響。最後,鯤鵬展翅建築造型美觀,與周邊整體環境和諧,極好地實現了交通功能、水利防洪、施工便利及美學性於一體。這個菱形的設計方案,是我們方案設計國際競賽西人工島的優勝方案,優勝單位在構思方案時主要考慮的是功能平衡,而非刻意設計某一元素或追求某種寓意。同樣,東人工島‘一體兩翼’的造型,也是其功能決定的。這是一個水下樞紐互通立交,‘一體’是中間的道路主線,其下穿廣深沿江高速公路後東接機荷高速;‘兩翼’就是為實現從水下主線隧道到廣深沿江高架橋交通轉換功能的隧道匝道而填築的人工島,這就構成了目前東島一體兩翼的設計方案。”

深中通道 開啟新跨越

東島一體兩翼效果圖

深中通道秉承的是建築與結構設計深度融合的設計理念,倡導設計創作。宋神友為我們做了一個解讀。

首先,深中通道的建設與周邊整體自然環境相和諧,踐行平衡和諧的理念,這是第一目標。比如,西人工島的設計就是對這一理念嚴格貫徹的成果(見前文所述)。

其次是實現力學與美學的平衡,在符合力學原理同時,海上長橋,美學上力求簡潔及韻律感。同時,通道的每一座橋樑、每一個構件、每一種附屬設施,被賦予的美學設計元素都是統一的。設計方案在整體上追求力學和美學的融合,通過結構設計和建築設計的深度融合來實現設計方案的高品質。

在宋神友看來,為讓世界級跨海通道呈現世界級建築美學,有必要借鑑建築行業及國際類似工程的成功經驗,在開展項目設計工作時引入建築設計。例如,北京的新機場、鳥巢、廣州塔等,建築設計先行,結構設計跟建築設計再進行一個完美的融合。基於這樣的一個理念,深中通道在項目前期組織開展了方案設計國際競賽,國際上眾多優秀的建築、結構設計團隊聯合組隊前來參賽,集思廣益,為本項目提供了一個和諧的基礎設計方案。在施工圖設計階段,繼續通過建築和結構兩個專業設計的深度融合,最終為本項目提供了一個平衡、和諧的建築設計方案。

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西島風箏造型效果圖

水下互通立交 精衛填海

這世上有一種力量叫不放棄,有一種破局叫角度。當有幸與困難交手時,堅持中將各種角度掃描到位,便是柳暗花明。

深中通道施工和運營階段主要風險集中點在於,它是國內首個高速公路水下互通立交。它不同於西人工島通過超大直徑鋼圓筒,實現在風化花崗岩地層振沉築島及外海深水建設的技術挑戰,東人工島工程近陸域施工,施工工作面相對集中,也面臨著工程規模體量大、空間交叉作業多、施工內容及接口多、基坑支護結構型式多、環保要求高等突出難點,而且在建設過程中不能影響寶安機場、沿江高速及福永碼頭等既有建築物的正常運營。

深中通道 開啟新跨越

東人工島開工建設

第一難點:由於視距不夠帶來的行車安全性問題。

高速公路的樞紐互通立交必須要滿足行車安全性的要求。而深中互通立交,不同於岸上,在水下隧道中進入匝道,視距不夠,有遮擋。對此,沒有現成的設計規範,那麼總體設計時如何保證安全問題?所以在確保行車安全的情況下,設計者藉助交通運輸部公路科學研究院的一個8自由度的駕駛模擬器,藉助VR技術,對東人工島的水下互通立交進行模擬,類似飛行員在模擬器上練習駕駛。經過反覆模擬,持續優化設計方案,從數據上分析,研究如何通過加減車道的視距來保證行車安全,如何設置車輛匯入匯出的標誌等。即藉助實際的仿真模擬,迴歸到理論研究,再通過實踐把整個現行的設計指標進行不斷的優化調整,最後達到保證行車安全性的目的。

第二難點:如何進行交通管控,保證營運階段的安全。

比如車流的匯入和匯出,從主線匯出到匝道時,如何進行分流,才能保證不易堵車;匯入時,在隧道主線開車的人,可能會因看不到匝道上匯入進來的車輛,而發生事故。

解決方案便是,採用車路協同的智能交通管控,把路線總體設計、交通工程設計、智能管控三個系統合在一起。這就需要在整個隧道里,設置一些不同於地面上的標誌標線,保證在隧道狹小的環境裡,能讓駕駛者清晰準確地識別到。如果隧道內有車輛因走錯路線而停車,導致堵車,可以通過廣播及時疏導。另外在隧道入口處,有序地進行控制,將隧道內發生的交通狀況及時傳遞、反饋。

第三難點:施工安全問題。

深中通道地處海洋環境,腹水地層,上面的淤泥層很厚。如何解決超寬、超深基坑的施工安全問題;如何在風化的花崗岩這種易滲水、非天然止水層的地質條件下,處理深基坑工程的滲水問題。面對這些問題,首先要摸清地層再進行精細化設計;其次是施工過程中的安全監控。對此,項目建立智慧工地,對所有施工過程中涉及的參數包括監控安全參數,實時反饋,通過手機上APP設置兩極的預警值來進行控制。

第四難點:填島或開挖時,如何保證廣深高架橋的運營安全。

東人工島的“一體兩翼”,需要在廣深沿江高架橋的底部穿過。所以,如何保證在填島及在深基坑開挖的過程中,讓整個廣深沿江高架橋安全運營。一是先對廣深沿江高架橋所有橋墩進行保護,二是進行變形、沉降監控。

據深中通道管理中心副主任潘放介紹,沿江高速每天車流量非常大,承載著珠江東岸城市重要的交通疏解功能,而東人工島範圍內廣深沿江高速長約1200m,共有42跨橋墩承臺受填島影響。保障沿江高速橋樑的安全運營,加強橋樑樁基的保護,是施工全程管制的重中之重,該橋業主提出東人工島施工影響橋臺的最大位移為6mm,要求極為苛刻。“要在橋下填海築島並在島內建造隧道及互通立交,既是本項目突出技術難點也是風險管控重點。一是航空限高制約,使得對施工工藝和大型施工作業裝備提出了非常高的要求;二是人工島填築及深基坑施工等可能會引起廣深沿江高速橋樑墩臺變形,超過一定標準將帶來安全隱患。此外,人工島填築完成後,島內隧道施工及地面建築施工的同時,地下1條主線隧道、4條匝道隧道、地上8條匝道橋將同時施工,加上地面還存在房建工程等,地上、地下多工作面同時展開施工干擾大,上下重疊交叉施工安全風險高。因此,強化施工組織、籌劃,加強協調管理,最大限度地減小地上地下施工干擾,是工程施工管理的重點。”

如何面對與解決這一施工難點,中鐵隧道集團深中通道東人工島項目總工程師李學剛在接受本刊記者採訪時說:“沿江高速1.2公里,42組橋樁都是在東人工島的範圍內,這個地方淤泥層厚度最深達到15米,而東人工島的結構離橋樁最近的距離只有0.7米。所以在填島施工前,首先要對沿江高速進行隔離保護,隔離方法採用的是鋼板樁和鋼管樁。但因為這個技術,受制於橋臺的限高,為了避免對它的擾動,採用靜壓植樁的技術,對橋臺進行保護。鋼板樁技術相對成熟,但鋼管樁技術目前在國內還不太成熟,也沒有成熟的設備,所以可能會藉助國外的設備,再結合我們自己的設備進行一定的改進。而且,東人工島與西人工島施工明顯不同,東人工島島壁結構是拋石斜坡堤,西人工島島壁是鋼圓筒振沉技術。東人工島地質條件多以軟土、淤泥地層為主。所以,首先用鋼板樁圍堰對廣深沿江高速橋墩進行保護;其次採用拋石斜坡導壁結構,其後在圍堰內進行回填砂,做一個導體。回填砂之前,對深達15米的淤泥層先進行表層的清淤,再對淤泥層採用一些固結技術,保證後期施工的安全穩定。”

深中通道 開啟新跨越

西人工島起重船起吊鋼圓筒

艱難困苦,玉汝於成,磨難與坎坷成就的是未來的奇蹟。正如深中通道管理中心陳偉樂先生所言:在未來6年時間裡,我們將共同見證深中通道這一超級工程的誕生。為了完成這項偉大的工程,建設者不僅要付諸巨大的努力,攻克無數技術高地,更要志向高遠,展現百折不撓的工匠精神和甘於奉獻的擔當精神。


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