港珠澳大桥主体工程总体设计

港珠澳大桥主体工程总体设计

孟凡超

（中交公路规划设计院有限公司）

摘要：本文比较详细地介绍了港珠澳大桥的社会经济意义和大桥主体工程的桥位及工程规模、主要技术标准、主要建设条件、总体设计、桥梁方案、隧道方案、人工岛方案，提出了大桥的挑战以及基本对策与设计指导思想。

关键词：港珠澳大桥工程方案面临的挑战基本对策设计指导思想

一、工程概况

港珠澳大桥跨越珠江口伶仃洋海域，是连接香港特别行政区、广东省珠海市、澳门特别行政区的大型跨海通道，是国家高速公路网规划中珠江三角洲地区环线的组成部分和跨越伶仃洋海域的关键性工程，是我国继三峡工程、青藏铁路、京沪高铁后又一项超级工程，是当今世界上规模最大、标准最高、技术最复杂的桥、岛、隧一体化的集群工程，它是我国迈向桥梁及交通建设强国的里程碑项目。

大桥的建设将进一步完善国家和粤港澳三地的综合运输体系和高速公路网络，密切珠江西岸地区与香港地区的经济社会联系，改善珠江西岸地区的投资环境，加快产业结构调整和布局优化，拓展经济发展空间，提升珠江三角洲地区的综合竞争力，保持港澳地区的持续繁荣和稳定，促进珠江两岸经济社会协调发展，将加速珠江三角洲社会、经济一体化的进程。

二、桥位及工程规模

大桥东岸登陆点位于香港大屿山机场西南的散石湾，西岸珠海登陆点为拱北，澳门登陆点为明珠；工程建设包括三项内容：

⑴海中桥隧主体工程；

⑵香港、珠海及澳门三地人工岛口岸工程；

⑶香港、珠海、澳门三地连接线及配套工程。

根据三地达成的共识，海中桥隧主体工程由粤港澳三地共同建设；三地口岸和连接线由三地各自负责建设。

海中桥隧主体工程总长约29.6公里，东起自粤港分界线，西止于珠海/澳门口岸人工岛，采用桥隧组合方案，穿越伶仃西航道和铜鼓航道段约6公里，采用隧道方案，其余约22.9公里段采用桥梁方案，包括：青州航道桥、江海直达船航道桥、九洲航道桥和非通航孔桥。为实现桥隧转换和设置隧道通风井，主体工程隧道两端各设置一个海中人工岛，东、西人工岛各长约625米，造陆面积各约为10万平方米。

香港口岸位于香港国际机场东北面填海兴建，占地约130公顷，分别与港珠澳大桥、香港国际机场及屯门至赤鱲角连接路相接。珠海口岸和澳门口岸在澳门明珠点附近内地水域填海同岛设置，填海面积217公顷。珠海连接线起自珠海口岸人工岛，经湾仔、珠海保税区北，止于珠海洪湾，接拟建的珠江三角洲地区环线高速公路珠海南屏至洪湾段，全长约13.9公里；全线在南湾、横琴北、洪湾等3处设置互通式立交。澳门连接线（桥）起自澳门口岸，连接至规划建设的澳门填海A区，长约150米。香港连接线起自粤港分界线的大桥主体工程，经香港口岸人工岛，连接至大屿山高速公路，全长约15公里。港珠澳大桥自香港大屿山东涌至珠海拱北的主线桥隧工程总长约50公里，是世界最长的桥隧组合工程。

三、主体工程主要技术标准

主体工程采用六车道高速公路标准，同时满足内地及香港规范要求，主要技术标准为：

1.公路等级：高速公路；

2.设计速度：海中桥梁、隧道设计速度为100km/h；进口岸前逐步限速。

珠澳口岸人工岛互通设计速度采用40km/h；

东、西隧道人工岛岛上匝道设计速度采用30km/h；

3. 行车道数：双向六车道；

4. 设计寿命：120年；

5. 建筑限界：路面总宽度：33.10m；

6. 最大纵坡：≤ 3%；

7. 路面横坡：桥面横坡：2.5%；

隧道路面横坡：1.5%；

8. 设计荷载：汽车荷载采用公路-I级。同时满足香港《Structure design manual for highways and railways》中规定的活载要求；

9. 设计最高通航水位：3.52m（1985国家高程基准）；

10. 设计最高水位：3.82m（1985国家高程基准）；

11. 设计通航净空：桥区通航孔设置以及通航孔净空尺度要求见表1所示；

表1 各通航孔净空尺度表

12.地震设防标准：地震基本烈度为VII度；

对于隧道、通风竖井、人工岛的地震设防标准考虑两种重现期定义，对应于两种极限状态：

工作状态120年

极限状态1200年

对于桥梁的非通航孔桥的地震设防标准有三种重现期定义，对应三种极限状态：

工作状态120年

极限状态600年

结构完整性状态2400年

对于单孔跨度大于150 m的桥梁的地震设防标准有三种重现期定义，对应三种极限状态：

工作状态120年

极限状态1200年

结构完整性状态2400年

13.设计洪水频率：1/300。

四、主要建设条件

建设条件的特点分述如下：

1.气象特征

大桥处于南亚热带海洋性季风气候区，工程区年平均气温在22.4～23℃之间，实测极端最高气温为38.9℃，极端最低气温-1.8℃。

桥址区域年盛行风向以东南偏东和东风为主，热带气旋影响十分频繁，平均每年2个左右，最多时每年可达6个，自4月至12月均有可能发生，主要集中在6～10月。桥区重现期120年10分钟平均风速达48.7m/s。

2. 水文特征

工程区水域宽阔，水下地形具有中、西部宽浅、东部窄深的显著特点，九洲

航道桥以西水深在3～4m之间（1985国家高程基准，下同），九洲航道桥至江海直达船航道桥之间水深为4～5m之间，江海直达船航道桥至青州航道桥之间水深为5～6m左右，青州航道桥至西人工岛之间水深为6～8m左右；西人工岛以东工程沿线水域水深较深，沿线水深基本在8m以上；其中大濠水道最深处可达17m左右，10m深槽宽度达2.3km左右。

桥区海域为不规则半日潮海区，水位在一个潮周期内变化相对较平缓。实测最高潮位3.52米，最低潮位-1.32米，最大潮差3.58米，最小潮差0.02米，平均海平面0.54米； 300年一遇设计高水位为3.82米，低水位为-1.63米。潮流呈现往复流运动形式，具有落潮流速大于涨潮流速，中部海域潮流流速比两边大的特点。涨急时垂线平均流向基本为N向，落急时垂线平均流向基本为S向；实测最大流速2m/s，垂线最大平均流速1.36m/s。

根据九澳站1986年~2001年波浪观测资料统计，波浪常浪向为SE、SSW和S 向，出现频率分别为20.024%、18.693%和16.907%；强浪向为ESE~S向；有效波高大于1m的波出现频率为4.96%。依据桥址站2007.4～2008.3和2008.6～10实测资料，实测最大有效波高（Hs）3.64m，周期（T）为5.3秒，波向为SSW 向。

依据桥墩前墩前行近流速、桥墩宽度、墩形、水深、床沙粒径、水流交角等资料，按交通运输部颁布的《公路工程水文勘测设计规范》（JTG C30-2002）对基础冲刷进行了计算，具体成果见表2。

表2 100年一遇水文条件下冲刷计算成果表