2018年第1期 张志刚，等：港珠澳大桥海底沉管隧道基础鉴层选型与总体设计 ·37 先铺碎石垫层在设计时除了制定常规的几何 参数外，还需要根据管节在加载工况下的可能沉 隆，考虑一定的预怡量数值，结合管节施工期实 测数据再进行动态修正，用以调节施工期相邻管 节之间的差异沉降 同时为运营期管节内部空间 所需的限界高度提供保障 4试验及验证 抹珠澳沉管隧消基础设计采用了先铺碎石热 层，该基础方案的工程案例较少， 在我国尚属首 次采用，碎石垫层传力的机理、理论分析资料 图2碎石垫层物理模型试验 设计规范及依据资料缺乏，同时沉管隧道碎石垫 Fig.2 Physical model testing of gravel bedding 层在水中作业时存在平整度、夹淤泥等诸多不确 等效压缩模量等设计参数与指标。 定性需要分析，为此设计之初开展了典型的物理 港珠澳沉管隧道基础垫层施工历时约4a,完 模型试验， 如图2所示为碎石垫层物理模型试华 成了全部33个管节，从垫层铺设的工后检验及 装置。试验包括了天然地基段刚性场地无侧限陆 节安装后总体沉降情况来看，先铺碎石垫层达到 上试验、标准情况下大试验槽有侧限水中试验、 了预期效果。图3所示为单个深水整平船位碎石 不同垄沟构造小试验槽完全侧限水中试验，以及 热层的典型检测结果，通过水下声呐测试碎石层 不同碎石级配、落管预压、回淤情况下小试验槽 顶面的标高95%以上介于设计允许上下限区间之 完全侧限水中试验共计4类23组试% 保证率大于设计要求的85%。通过对多 通过试验确定了沉管隧道基础碎石垫层的合 节的测试点进行统计分析可知，碎石整平垫层的 理碎石级配及组成（最大粒径63mm),以及碎石 分布符合正态分布规律，均值位于设计标高±2©m 垫层的合理厚度，并获得基础碎石垫层沉降量 附近 4567g910111 43.7元 43.90 Fig.3 Testi shipposition 5结 标满足设计要求后即可进入回填防护工序，避身 过对港珠澳海底沉管隧道基础垫层方案选 了管节就位后在设定小负浮力条件下的压砂与用 型及总体设计的分析，以及在工程实施过程中的 浆过程，降低了外海深水深槽的作业风险。 再思考，得出以下结论与体会： )港珠澳海底沉管等道地层复杂，为隆低弟 D基于工程条件分析，经过对各种沉管垫 异沉降，达到沉降控制的总体协调， 纵向地基采 方案进行综合比选，提出港珠澳超长海底沉管隧 用了挤密砂桩等不同的处理方式。先铺碎石垫月 道选用先铺碎石垫层的方案，并结合管节结构、 是介于地基与结构之间的褥垫层，起到了承上启 模型试验与工程类比进行了参数设计。工程实践 下的重要作用。在每个沉管隧道中，基础垫层的 证明，先铺碎石垫层方案是合活的。先铺法不用 工程规模所占比重不大，但也应下大力气去研究 预设临时支撑，管节安装完成并确认平纵线形指 比选，因地制宜，不可目效仿 在自然回淤较 C)1994-2019 China Academic Joural Electronic Publishing House .All rights reserved http://www.cnki.net 2018 年第 1 期 先铺碎石垫层在设计时除了制定常规的几何 参数外，还需要根据管节在加载工况下的可能沉 降，考虑一定的预抬量数值，结合管节施工期实 测数据再进行动态修正，用以调节施工期相邻管 节之间的差异沉降，同时为运营期管节内部空间 所需的限界高度提供保障。 4 试验及验证 港珠澳沉管隧道基础设计采用了先铺碎石垫 层，该基础方案的工程案例较少，在我国尚属首 次采用，碎石垫层传力的机理、理论分析资料， 设计规范及依据资料缺乏，同时沉管隧道碎石垫 层在水中作业时存在平整度、夹淤泥等诸多不确 定性需要分析，为此设计之初开展了典型的物理 模型试验，如图 2 所示为碎石垫层物理模型试验 装置。试验包括了天然地基段刚性场地无侧限陆 上试验、标准情况下大试验槽有侧限水中试验、 不同垄沟构造小试验槽完全侧限水中试验，以及 不同碎石级配、落管预压、回淤情况下小试验槽 完全侧限水中试验共计 4 类 23 组试验。 通过试验确定了沉管隧道基础碎石垫层的合 理碎石级配及组成（最大粒径 63 mm），以及碎石 垫层的合理厚度，并获得基础碎石垫层沉降量、 等效压缩模量等设计参数与指标。 港珠澳沉管隧道基础垫层施工历时约 4 a，完 成了全部 33 个管节，从垫层铺设的工后检验及管 节安装后总体沉降情况来看，先铺碎石垫层达到 了预期效果。图 3 所示为单个深水整平船位碎石 垫层的典型检测结果，通过水下声呐测试碎石层 顶面的标高 95%以上介于设计允许上下限区间之 内[5-6]，保证率大于设计要求的 85%。通过对多管 节的测试点进行统计分析可知，碎石整平垫层的 分布符合正态分布规律，均值位于设计标高±2 cm 附近。 图 2 碎石垫层物理模型试验 Fig. 2 Physical model testing of gravel bedding 图 3 单船位碎石垫层检测结果 Fig. 3 Testing result of gravel bedding for a ship position 检测值 设计值 上限值 下限值 -43.60 -43.65 -43.70 -43.75 -43.80 -43.85 -43.90 -43.95 -44.00 高程/m 水平向距离/m -12 -11 -10 -1-2-3-4-5-6-7-9 -8 4 10987653210 11 12 5 结语 通过对港珠澳海底沉管隧道基础垫层方案选 型及总体设计的分析，以及在工程实施过程中的 再思考，得出以下结论与体会： 1） 基于工程条件分析，经过对各种沉管垫层 方案进行综合比选，提出港珠澳超长海底沉管隧 道选用先铺碎石垫层的方案，并结合管节结构、 模型试验与工程类比进行了参数设计。工程实践 证明，先铺碎石垫层方案是合适的，先铺法不用 预设临时支撑，管节安装完成并确认平纵线形指 标满足设计要求后即可进入回填防护工序，避免 了管节就位后在设定小负浮力条件下的压砂与压 浆过程，降低了外海深水深槽的作业风险。 2） 港珠澳海底沉管隧道地层复杂，为降低差 异沉降，达到沉降控制的总体协调，纵向地基采 用了挤密砂桩等不同的处理方式。先铺碎石垫层 是介于地基与结构之间的褥垫层，起到了承上启 下的重要作用。在每个沉管隧道中，基础垫层的 工程规模所占比重不大，但也应下大力气去研究 比选，因地制宜，不可盲目效仿，在自然回淤较 张志刚，等：港珠澳大桥海底沉管隧道基础垫层选型与总体设计 ·37·