深中隧道,原称“深中通道海底隧道”,位于中国广东省深圳市宝安区伶仃洋东北部水域,为深中通道隧道段组成部分。
建设历程
建设背景
深中隧道是深中通道关键结构物之一。深圳、中山两市被珠江口分隔在东西两岸,公路交通因长期依赖绕行北面虎门大桥而舟车劳顿,故深中通道概念于1998年开始酝酿。
建设记事
2012年至2013年,深圳至中山跨海隧道工程方案确定,根据“东隧西桥”方案,深中通道跨海工程包括矾石隧道。
2018年6月28日,深中通道海底隧道开工建设。
2020年4月12日,深中通道隧道工程首个钢壳沉管下水作业完成。
2021年6月17日,深中通道首节沉管沉放海底。
2023年1月31日,深中通道海底隧道最终管节浇筑完成。11月28日,深中通道海底沉管隧道贯通。
2024年3月3日,深中通道海底隧道开始铺设沥青路面。6月7日,依据《广东省地名管理条例》,深中通道跨越珠江口,作为关键结构物的悬索桥和海底隧道分别命名为“深中大桥”和“深中隧道”,与项目全线名称“深中通道”一脉相承。6月14日,深中隧道通过消防验收。6月16日,深中隧道通过交工验收。6月30日,深中隧道随深中通道开通同步投入运营。
隧道位置
深中隧道位于中国广东省深圳市宝安区境内,地处珠江入海口伶仃洋东北部海域,为
深中通道东段组成部分,北距上游
虎门大桥约30千米、南距下游
港珠澳大桥约31千米。隧道东起于东人工岛、顺接深中通道深圳连接线,横穿珠江口大铲水道、机场支航道和矾石水道,西至深中通道西人工岛、顺接
深中大桥。全隧道段为
深圳—岑溪高速公路组成部分(国家高速G2518),并通过东人工岛附近的深圳段侧接线、机场立交,与
沈阳—海口高速公路(国家高速G15)和
广州—深圳沿江高速公路(粤高速S3)全互通。
隧道设计
建筑结构
深中隧道工程方案采用沉管法,即在海底基槽拼装沉管隧道,其综合风险低于盾构法、钻爆法。隧道在两主航道之间采用W形纵断面,在保证航道最小安全航深的前提下,减少航道开挖疏浚深度,满足行车的舒适性,同时最大程度缩短西人工岛长度,有效降低阻水率,并与相接的非通航孔桥桥面标高相适应。
深中隧道主体采用钢壳混凝土组合结构,为一种在双面钢板间充填混凝土,并通过焊在钢板上的连接件将钢板与混凝土组合成整体而共同受力的新型结构形式。它是先预制好与结构物外形一致的钢壳,再向钢壳内浇筑特殊的高流动性混凝土。钢板主要用于承受拉力,并对内部混凝土有一定约束作用,同时还能够抗渗、抗裂;连接件主要用于传递钢板与混凝土之间的界面剪力,并有较强的抗拔作用,能够提高钢板的稳定性;内部的混凝土主要用于承受压力,并对钢板起到约束作用,防止钢板失稳。钢壳沉管采用自密实混凝土,无需振捣即可均匀填充钢壳仓格,形成三明治形钢混组合结构。与传统钢筋混凝土沉管结构相比,这种结构具有承载能力强、抗震适应性高和防水性能好等优点。
钢壳混凝土沉管管节构造是由内、外面板,横、纵隔板,横、纵加劲肋及焊钉组成。横隔板间距为3米,纵隔板间距为3.5米,组成封闭的混凝土浇筑隔仓。内、外面板作为主受力构件,承受拉压应力。横、纵隔板为受剪主要构件,且连接内、外面板成为受力整体。纵向加劲肋T形钢、角钢及焊钉作为抗剪、抗拔复合连接件,以保证面板和混凝土的有效连接;纵向加劲肋与横向扁肋共同作用增强面板刚度。主体结构内外侧面板采用Q420C,横向隔板采用Q390C,其余采用Q345C,填充混凝土采用C50自流平混凝土。钢壳混凝土沉管迎水侧钢壳防腐采用“预留腐蚀厚度+重涂装+外置牺牲阳极块”三重防腐措施,空气侧钢壳防腐采用“重涂装+定期维护”双重防腐措施。
深中隧道采用两孔一管廊横断面,设有中间管廊,即在中间用两道支撑隔墙打出了一个隔断。隔断的上中下还有三个孔洞,用于日常巡检和安装管道、电缆等设施,实现检修道的基本功能。中隔管廊集合供电、给排水、消防、通信和智能控制等设施,并作为人群前往对向车道逃生的应急避险通道。
深中隧道路面结构为9厘米厚双层SMA-13沥青路面,其中隧道非敞开段上面层采用阻燃沥青。
建筑参数
深中隧道全长6845米,其中沉管段长5035米。沉管段由26个标准管节,6个非标准管节和1个水中最终接头组成。标准管节长度为165米,横断面外包尺寸宽46米、高10.6米。非标准管节长度为123.8米,变宽管节横断面外包尺寸宽46~55.46米、高10.6米。两种管节行车孔净高为7.6米,结构板厚度为1.5米。隧道直线段长4498.5米,曲线段长536.5米,半径5000米。隧道在机场支航道与浅滩区之间采用0.54%最小纵坡;西岛洞口段以2.98%起坡。
深中隧道隧道路面面积26万平方米,采用双向八车道、设计速度100千米/小时高速公路标准,行车孔建筑限界宽“0.75米+0.75米+4×3.75米+1米+0.5米=18米”、高5米,行车道单孔宽度达18.3~24米,采用公路-Ⅰ级汽车荷载。主体结构设计使用年限100年,安全等级一级。
深中隧道通航等级:大铲水道1000吨级港澳线货船;机场支航道5000吨级油船;矾石水道10万吨级集装箱船。
深中隧道防火体系:钢壳沉管主体结构耐火等级为一类隧道按RABT标准升温曲线要求,耐火极限不低于2小时。
建筑设施
深中隧道顶部设计的蓝天白云天幕,由造型各异、色彩丰富的灯具按不同角度排列组合而成,不仅给人赏心悦目的感受,也兼具安全诱导、变色辅助的功能。隧道内的照明智能控制器能够根据检测到的洞内外光线、色温数据、交通量变化以及白天、黑夜等情况,自动控制调节灯光亮度。同时,在隧道行车洞的两侧,可智能调节的全彩景观灯带也在不断变换着颜色。它可以根据环境温度、车流状况变换灯光色彩,或分段显示不同的灯光颜色,减少行驶过程中的单调感。沉管隧道使用景观灯带,可变换7种颜色。在正常情况下,它像流水一样地“跑动”,在有车辆发生追尾或者是抛锚的时候,会显示红色报警。如果隧道里面发生重大事故,整个隧道两边都会亮起红色的景观灯带,起到警醒作用。
针对隧道深长、管廊使用的钢材壁厚等情况,深中隧道管廊内提前预留通信设备连接件、线槽等,为通信设备提供了集安装、供电、传输、信号发射于一体的实施环境。隧道内布有支持5G频段的泄漏电缆等设备,布放总长度约6万米,实现信号无缝覆盖,满足导航、上网冲浪需求,以及5G专网服务于深中通道上的自动驾驶。
深中隧道还采用多种高科技设备保障隧道安全:隧道内布设车牌识别系统;全线固定摄像机视频事件检测,做到超温车辆进入隧道前检测与诱导,进入隧道后实时跟踪,出现情况可第一时间响应;气象检测器、气象雷达实时监测,配合气象数据预测气象灾害,提前发现桥梁段及岛面影响行车气象问题,及时告知预警。隧道内共有14台智能巡检机器人,南、北行车洞平均每1.2千米就布有一台。这些机器人不仅承担着隧道交通环境和机电设备日常巡检工作,还可以在应急情况下接受控制中心远程指令赶赴现场,实时监控、传递数据,并通过自带扬声器进行疏导。隧道内还有双波长火焰探测器、北斗卫星信号摸拟设备等大量智能化设施设备。
深中隧道在东、西人工岛上设有地下道路火灾事故救援站,配备大型消防车辆和医疗救护队伍。隧道洞口交通信号灯在火灾发生时显示红灯以关闭隧道,隧道内外可变情报板显示安全疏散指引信息。隧道消防系统包括独立的隧道洞口消火栓系统、含固定式水成膜泡沫灭火装置的隧道内消火栓系统、泡沫与水喷雾联用系统及灭火器系统。隧道采用了利用顶部横向排烟联络道结合侧壁排烟孔的新型排烟体系,与西人工岛的风塔联动。
运营情况
票制票价
深中隧道通行费纳入深中通道收费标准。2024年6月27日,根据广东省交通运输厅批复。深中通道收费车型执行《收费公路车辆通行费车型分类》(JT/T489-2019),项目全线车辆通行费收费标准为66元/标准车次,其中,东人工岛(起点)至西人工岛的收费标准为37元/标准车次、西人工岛至万顷沙枢纽互通的收费标准为23元/标准车次、万顷沙枢纽互通至横门互通(终点)的收费标准为6元/标准车次;1至4类客车的收费系数分别为1、1.5、2、3,其中3类客车、4类客车收费系数按前述系数的60%执行;1至6类货车的收费系数分别为1、2.1、3.16、3.75、3.86、4.09,专项作业车的收费标准参照货车执行。
通行事项
深中通道全线为双向分幅、单向四车道。其中,左侧两车道为小客车专用道,行车限速每小时100千米;右侧两车道不限车型,行车限速每小时90千米。全时段禁止通行危化品运输车辆,试运营期间四类及以上货车,即总轴数(含悬浮轴)为4轴及以上货车,含所有大件运输车辆,全时段禁止通行。深中隧道段不设应急车道,非紧急情况下禁止停车。
交通流量
截至2024年7月3日15时,深中通道(含深中隧道)通过的车流数达30.5万辆次,日均超过10万辆次。
建设成果
技术难题
深中隧道主要技术难题:
1.工程所在区域航线密集,航道等级高,航行条件复杂;隧址区地质条件复杂,存在挖砂坑范围大、基槽回淤强度高、粉砂层地震液化、风化层软硬不均等诸多不利因素,超深挖砂坑软弱淤泥层的地基基础沉降控制、病害诱发机制和主动防控技术面临较大挑战;台风频繁,沉管的沉放及沉降控制难度大。
2.管节构造工艺复杂,设计上缺乏成熟规范与标准。沉管隧道具有超宽、变宽特点,深埋海底接近40米。每个标准管节用钢量约1万吨,投影面积远大于一个标准的国际足球场,排水量相当于一艘中型航空母舰船体,隧道总用钢量达32万吨,相当于可搭建起接近8个中国国家体育场。单个管节达到2500个隔仓,纵横隔板、连接件交错,还涉及到厚钢板的焊接、接头处的管节大小是否适应接口、钢壳制造工期紧等问题。
3.受航道水深条件及预制场制约,管节需远距离浮运,并沿基槽远距离横拖,穿越繁忙伶仃洋,安装风险大。
深中隧道工程共分为基础处理、管节浮运安装及接头处理三大技术。其中,具体重点技术主要有:钢壳混凝土组合结构受力机理及设计关键技术;沉管管节钢壳智能制造关键技术;高强自流平混凝土配置、浇筑工艺及质量检测关键技术;高强自流平混凝土智能浇筑关键技术;管节浮运安装一体化装备关键技术;碎石整平设备关键技术;海域深层搅拌桩基础施工关键技术;海中围堰、深基坑设计施工关键技术;滨海软土深基坑设计施工关键技术;在世界范围内首创沉管整体预制水下推出式最终接头施工工艺,通过基于北斗测量的控制系统,实现15个管节的“毫米级”平面安装精度;管节浮运采用半潜船浮运和浮运安装一体化新方式。
深中隧道消防体系应用了超大跨钢壳混凝土组合结构沉管隧道的耐火极限标准、超大跨钢壳沉管隧道管节结构及接头防火关键技术、沉管隧道通风消防及防灾救援关键技术、海底沉管隧道顶部横向排烟道+侧壁排烟口重点排烟新技术。
深中隧道涉及的世界首创装备和工艺:钢壳-混凝土沉管管节智能浇筑装备及系统;研发出适应40毫米厚外钢板的钢壳混凝土组合结构脱空智能检测设备及系统;沉管管节智慧运输安装一体船,航速可达每小时5节,可实现360°回转,可抗1.6节横流;满足55米宽沉管自升式碎石整平清淤装备;大型钢结构智能制造生产线,世界首次实现大型钢结构智能喷涂、块体智能焊接。
深中隧道项目创新海相深厚淤泥层“大直径深层水泥搅拌桩+块石振密”复合地基处理新技术,软土地基沉降控制在48毫米以内。项目研发先进的沉管隧道基槽碎石整平船,在完成基槽清淤、深层水泥搅拌桩、块石抛填后,基槽碎石整平船在其上方均匀铺设1米厚的碎石层。
深中隧道沉管对接,形似“海底穿针绣花”,其中的最后一个小管节采用整体预制水下推出式最终接头施工工艺。最终接头设置千斤顶控制系统、滑轨系统、M止水带+充气止水带临时止水系统、管节接头临时锁定锚拉系统、双向受力端封门、推出段临时压载水箱、水平钢剪力键。
整体预制水下推出式最终接头主体结构由推出段、扩大段和后焊段组成。浮运及沉放期间,推出段临时锁定E23管节艏端扩大段内;待E23管节及最终接头整体沉放并与E22管节对接后解除锁定,利用注水系统往E23与推出段结合腔内注水,调节内外压差,然后利用千斤顶系统将推出段从扩大段内推出至与E24管节初步压合;此后,抽排E24管节与推出段结合腔内的水,实现水力压接;最后,在管内进行后焊接段现场焊接、注浆等施工。
科研成果
荣誉表彰
2024年4月,深中隧道获“2024年度世界隧道大会全球隧道与地下工程领域50项标志性工程”。
文化特色
2023年3月,由中央广播电视总台影视剧纪录片中心、中共中山市委宣传部、中山广播电视台、深中通道管理中心联合摄制,宋璋担任总导演的4集人文历史纪录片《深中通道》在中央电视台纪录频道首播。
价值意义
深中隧道是世界上首次采用水下推出式最终接头的施工工艺的隧道工程,建设期间研发了诸多创新性构造,提高施工安全性与可靠性,缩短施工工期,有效解决外海复杂环境下沉管隧道最终接头建设难题,推动了世界沉管隧道建造技术的发展。(《隧道建设》 评)