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导语
2016年12月28日，历经4年建设，港珠澳大桥•珠海连接线拱北隧道首层导洞顺利贯通，为计划于2017年底建成的港珠澳大桥打下了坚实的基础。
拱北隧道为港珠澳大桥珠海连接线的关键控制性工程，设计时速80km/h，短短255m的暗挖段却创造多项新的纪录。究竟这座隧道有何特别之处？在建造上遇到了什么样的难题，又是如何一一克服的？让我们一起走进这项超级工程，并通过采访同济大学副教授胡向东及其团队，了解其中的关键技术——管幕冻结法。
难度前所未有
拱北隧道为珠海连接线关键控制性工程，隧址所在地隶属珠海市香洲区，毗邻澳门。隧道全长2740m，由海域明挖段、口岸暗挖段和陆域明挖段三部分组成。
隧道下穿我国日通关量最大的陆路口岸——拱北口岸，按照“双向并行与上下重叠相互变换”的双向6车道方案进行设计。特别是穿越拱北口岸255m的隧道暗挖地段，建设方需要面对超大断面、超浅埋深、富含地下水等一系列技术难题。
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另辟蹊径
面临如此难题，对于大断面、小长度的公路隧道而言，采用盾构法施工显然是不经济的。项目建设、设计、施工单位经过三年的调查研究和方案比选，采用了国内首创、世界罕见的“曲线管幕＋冻结法”的施工方法，即管幕冻结法，其管幕长度、管幕面积和冻结规模均刷新了世界纪录。
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地层深处的穿越
管幕冻结法是指先在隧道周围顶进φ1620mm的钢管幕作为超前支护，再采用冻结法对管间土体进行冻结，起到封水作用。
管幕施工是拱北隧道暗挖段成功的关键。管幕平均长度257.927m/根，目前为国内最长，位于曲率半径R=890～902.25m的缓和曲线和圆曲线上。φ1620mm管幕共36根，其中壁厚24mm的管幕19根，壁厚20mm的管幕17根；每根管幕由60余根管节组成，每根管节长4m，采用F型承插口连接。
管幕形成后利用人工制冷技术，把松软含水的土层变成冻土，包裹管幕顶管，增加其强度和稳定性，以便在冻结壁的保护下，安全进行隧道开挖。
“冰冻三尺非一日之寒”。围绕“冻起来、抗弱化、控冻胀”三大原则，在管幕钢管内部布置“圆形主力冻结管”、“异形加强冻结管”和“升温盐水限位管”三种特殊管路构成的冻结方案，解决施工中遇到的种种难题。
开挖采用多层多部、立体交叉作业的施工方法，共分五层开挖，顶层两个导洞，其余每层三个导洞，上台阶超前开挖。暗挖段采用两头对向施工。
如此复杂的工程，是如何保证安全性与精确性的呢？5大关键技术让你马上了解！
难点：常规的锁扣止水方法无法用于此类长距离曲线顶管的封水问题，如何解决？
关键技术：由于常规的锁扣止水难以确保曲线顶管的管间止水效果，因此采用冻结工艺使得管间土体形成冻土，既能起到封水作用，又能增加土体强度，且止水效果可通过温度可视化得以实现并予以调节控制。
难点：如何确保管间土体冻结效果？（1形成一定冻结厚度；2防止开挖等其它因素干扰造成的冻土弱化；3控制冻土厚度，防止过大冻胀）
关键技术：通过大型物理模型试验、室内试验、现场原位试验、精细化数值模拟等手段，得到各种施工条件下相应最优的冻结控制方案和动态控制方法（合理地协调安排圆形主力冻结管、限位管、异形加强冻结管的开启关闭时机）。
难点：如何控制冻胀和融沉？
关键技术：首先在冻结阶段就通过变换冻结模式来有效地控制冻土帷幕的体积，其次在解冻阶段通过注浆等方式进行融沉控制。
难点：如何确保顶管顶进精度？
关键技术：为了实现技术最优、工艺最精，项目部采用德国海瑞克UNS导向系统等国际先进仪器，建立自动跟踪测量网络控制系统，为施工安全护航。采取始发、顶进、接收三阶段工作法进行施工作业的同时，适时调配泥水分离器、膨润土分配器等机具辅助施工，采用直径1.62m的AVN1200TC泥水平衡顶管机顶进，接收偏差控制在50mm以内。
难点：如何确保隧道开挖面稳定性？
关键技术：为了确保隧道开挖面土体稳定性，采用5台阶14分区法施工，多层多部开挖、立体交叉作业。开挖后通过初衬和临时支护确保土体稳定，紧接着施做二、三次衬砌。由于冻结不仅起到了隔绝地下水作用，还大大增加了土体强度，因此对开挖面的稳定性也有一定贡献。
目前隧道开挖正在进行中，今年将实现全线通车。本工程的研究成果对今后类似富含水地层的浅埋暗挖工程具有重要的参考价值。
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