桥梁方案 墩 型 过渡墩 天然泥面高程(m) -5.0 -4.0 -3.8 -6.0 -4.8 冲刷后高程(m) -14.5 -14.0 -10.6 -16.9 -15.6 九洲航道桥 非通航孔桥1 非通航孔桥2 主墩 过渡墩 注:非通航孔桥1—系指跨度110米,非通航孔桥2—系指跨度85米。 ⒊ 航运特点
桥区所在的水域宽阔,航道众多,航线复杂、通航船型类型众多、船舶通航密度大、通航要求高,航行安全管理要求高。工程沿线从西至东有九洲航道、江海直达船航道、青州水道、伶仃西航道、铜鼓航道和香港侧航道;现状平均每天船舶交通流量可达4000艘次,每年可达150万艘次。
⒋ 地质特征
大地构造上,本工程近场区主要处于华南褶皱系粤北、粤东北-粤中坳陷带的永梅-惠阳坳陷,区域构造稳定,适合大桥建设。
工程主线区覆盖层厚24.0~89.3m,按成因时代、岩性特征可划分为5个大层组。其中,第一层组为全新统海相沉积的淤泥、淤泥质粘土和淤泥质粘土夹砂等软土,工程性能极差;第二层组主要为晚更新统晚期陆相沉积的软~可塑状粘土,其埋藏浅、层厚较薄、分布不均匀;第三层组主要为晚更新统中期海相冲积的淤泥质粉质粘土、淤泥质粘土和软~可塑状粘土,以软弱~中软土为主,工程性能亦很差;第四层组为晚更新统早期河流相冲积物,以中密~密实砂类土为主,承载力较高,在基岩埋藏较深的地段,可作为基础持力层;第五层组为基岩风化层,工程性能较好,但据已有钻探及物探资料分析,基岩顶面起伏变化很大,风化差异显著,沿桥位线共分布有4个风化深槽,宽达430~1000m,深槽内全、强风化层厚度多大于40m。
6
软土分布广、工程性能差,基岩面起伏大及存在风化深槽是工程建设中需重点关注的地质问题。
桥址区地下水可划分为松散岩类潜水、承压水和基岩裂隙水三大类型。水样分析结果表明,海水和地下水化学成分相似,对砼、钢筋混凝土和钢结构具有较强腐蚀性。
⒌ 航空限高要求
香港大屿山机场位于大桥东岸登陆点附近,澳门机场位于大桥西岸附近,大桥部分线位位于香港、澳门机场飞机起飞和降落的飞行区内,工程方案的选择需满足大屿山机场和澳门机场航空限高要求。大屿山机场和澳门机场临近大桥登陆点附近辟有禁航水域,大桥的施工组织设计应考虑这一因素。
⒍ 环保要求
大桥线位穿过了珠江口中华白海豚保护区的核心区、缓冲区、试验区,在方案设计及工程建设中需采取切实有效的环保措施。
⒎ 水利防洪要求
为降低大桥建设对珠江口水利防洪影响,水利部门要求大桥阻水比控制在10%以内,并将非通航孔桥承台全部埋入海床面以下。
五、主体工程总体设计
1.项目建设面临的挑战
港珠澳大桥所处的特殊区位、建设条件和具有的多重功能决定了它面对
的四大挑战:建设管理的挑战、工程技术的挑战、施工安全的挑战、环境保护的挑战。
2.总体设计目标
三地政府提出本项目的建设目标为:建设世界级跨海通道、为用户提供优质服务、成为地标性建筑。
7
总体设计需满足建设目标并充分考虑建设条件,达到“安全、耐久、环保、经济”的总体目标。
3.总体设计指导思想
根据主体工程建设面临的挑战、特点及建设条件,总体设计及方案设计的指导思想如下:
⑴ 全面实现“工厂化、大型化、标准化、装配化”工法为总体设计思想,以适应工程区台风影响、航运复杂、环保要求的特点,保证施工安全及航运安全、确保工程质量、降低现场工作量、减少海中作业时间、保护海洋生物、保障工期;
⑵ 方案总体布置中以尽量减少阻水比,满足水利部门要求为目标; ⑶ 注重景观设计,充分进行桥梁及人工岛总体方案比选;
⑷ 总体设计充分考虑为运营养护提供方便,按照“需求引导设计”思想开展设计工作;
⑸ 本工程专业广、接口多,总体设计中注重各专业接口的协调及平衡,使之达到总体最优的目标。
4. 总体平、纵面设计
平面设计主要考虑:与香港侧工程在平面上顺接,满足双方要求;为降低隧道出口段的设计施工难度,隧道起点段路线取为5500m不设超高的大半径圆曲线;保证通航孔桥位于直线段,降低通航孔桥设计施工难度;尽量减少与水流夹角;平面曲线指标尽量提高,按不设超高控制,处理好平纵配合设计;妥善处理好主线与东、西隧道人工岛及珠澳口岸人工岛匝道布置;平面设计线形见图2。
纵面按主线最大纵坡小于3%控制设计,各控制点高程满足通航要求及机场航空限高要求。
航道桥纵断设计原则为:竖曲线长度宜包含整个通航孔桥长(路线范围内应为凸曲线),通航孔桥桥梁中心两侧纵坡应对称,即将通航孔桥范围内的变坡点放在桥梁中心位置。
8
两通航孔桥间非通航孔桥推荐平坡方案,通过2.5%的横坡及适当增设雨水管解决排水问题。
隧道段纵断面设计原则为:尽量减短人工岛长度,减少基槽开挖量,隧道段采用W形坡。
5.桥梁总体跨径布置 ⑴ 通航孔桥布置
青州航道桥桥跨布置为110+126+458+126+110=930m; 江海直达船航道桥桥跨布置为129+2×258+129=774m;
九洲航道桥桥跨布置为85+150+298+150+85=768m,均满足通航要求。 ⑵ 主线非通航孔桥布置
江海直达船航道以西,水深 3~4m,基岩埋深24~55m,小跨径为经济跨径,为减少桥墩数量并减少阻水率,适当增大跨径,推荐采用85m等跨;江海直达船航道桥以东,水深5~10m,基岩埋深60~89m。该处位于潮流主通道,采用较大跨径,以减少阻水率。为在经济性与阻水率之间获得一个平衡的跨径,经经济技术比较后推荐采用110m等跨;同时,为实现江海直达船航道两侧景观协调一致,在其西侧一定范围与东侧对称布置了10孔110m跨非通航孔。
⑶ 人工岛结合部非通航孔桥布置
人工岛结合部采用合理压低桥梁起始处标高来缩短人工岛长度,按照300年一遇洪水加浪高不进入桥面为原则,浪高影响范围内桥墩与主梁固结,取消支座。为抵抗梁体承受的波浪力,临岛附近桥梁采用小跨径,采用不锈钢钢筋及增加混凝土致密性解决耐久性问题。岛桥连接处构造参见图4。
9
图4 岛桥结合部纵向位置关系图
① 粤港分界线至东人工岛段桥跨布置为2×(3×47.5)+3×35m,结构外形及风格与香港侧保持一致。
② 西人工岛岛桥结合段桥跨布置为2×(3×44)m。 ⑷ 珠澳口岸连接匝道桥
珠海、澳门口岸内客、货检分区设置,在大桥与口岸连接处需设置定向立交桥,使客、货车进出各自查验区。主线桥采用48×4+30m一联的预应力混凝土连续箱梁,各匝道桥上部主梁采用25~40m跨单箱单室等截面连续箱梁。
6. 隧道方案及布置
经对沉管工法及盾构工法进行深入比选后,为减小隧道人工岛长度,减小对水流的长期影响,降低施工风险,推荐采用沉管法,隧道纵断面布置参见图5。
图5沉管隧道纵断面布置
首节管段与暗埋段相接处管底标高确定为-12.5m,暗埋段干施工时的水头差
10