港珠澳大桥工程可行性研究专题研究报告.docx

1、港珠澳大桥工程可行性研究专题研究报告项目背景20世纪80年代以来，香港、澳门与我国内地之间的运输通道、特别是香港与广东省珠江三角洲东岸地区的陆路运输通道建设取得了明显进展，有力地保障和推进了香港与珠江三角洲地区经济的互动发展，但是香港与珠江西岸的交通联系却一直比较薄弱，这一被动局面已经影响了大珠江三角洲地区社会经济的发展。20世纪90年代中期，为了改变香港与珠江西岸交通联系薄弱状况，珠海与香港曾讨论过修建连接珠海至香港的伶仃洋跨海大桥。1997年12月原国家计委批准了伶仃洋跨海大桥的项目建议书，但由于种种原因，伶仃洋跨海大桥的建设到目前为止尚未取得实质性进展。进入21世纪，香港、澳门与内地有关

2、方面提出修建连接香港、珠海与澳门跨海大桥的建议，这一建议得到了中央政府与香港、澳门特别行政区政府及有关部门的高度重视和认可。港珠澳大桥的兴建，虽然只涉及香港、珠海和澳门，但港珠澳大桥建成后，香港驱车到珠海、澳门只需45分钟，比现在绕道广州虎门大桥要减少3个多小时。兴建港珠澳大桥，可使珠江西岸城市，包括肇庆、顺德、佛山、江门和珠海，缩短与香港的距离，使这些城市可与深圳、东莞等东岸城市看齐；香港四大支柱行业也可因此将市场扩展至珠三角西岸。经济界人士认为，港珠澳大桥建成后，不仅将创造世界桥梁建设的奇迹，而且可使“大珠三角”区域经济，对内影响至广西、海南、云南、贵州、四川等地，对外辐射至东盟自由贸易区

3、，从而成为整个东南亚区域内的经济中心，见图0-1。为给项目决策提供依据，受港珠澳大桥前期工作协调小组（以下简称“协调小组”）委托，中交公路规划设计院承担大桥工程可行性研究工作。可行性研究主报告外还包括37个专题研究报告，本报告为系列专题报告之18港珠澳大桥工程可行性研究阶段工程地质勘察报告，由中交公路规划设计院与江苏省水文地质工程地质勘察院单位共同完成。图0-1港珠澳大桥地理位置图1 勘察工程概况1.1 工程概况拟建的港珠澳大桥位于珠江口外伶仃洋海域，根据设计线路，港珠澳大桥从香港飞机场南环路，经大澳，联接一条长约1400米、能让大型船舶通过的斜拉桥，再转为低矮桥身越过珠江口，最后在接近陆地时

4、作“”型分叉，一条通往珠海，由拱北口岸处上岸以隧道线路连接太澳高速公路（拟建），另一条接澳门，从氹仔岛入海以水下隧道线路与珠海的横琴岛处的太澳高速公路相连。此外，也有人提出“桥隧合一”的新的设计线路（“港珠澳桥隧”），即在深水海域（伶仃水道）以沉管隧道方式穿越，隧道两端建设人工岛，工程可行性研究阶段工程地质勘察专题共设两个通道线路(见表1-1)。表1-1 港珠澳大桥桥位坐标表设计线路东 侧(起点)西 侧(终点)桥长XYXYkm线路一2466569.882838490025.76762455573.508438458020.026135.332线路二2466372.378438492029.20

5、042456702.110038456002.040039.417注：表中坐标为1954年北京坐标系线路一：东起香港国际机场的南环路处(K0+000)，在香港海域内(至K5+500)为高架桥线路，拟设两人工岛之间为海底隧道线路（K6500K12+500)，人工岛(K12+500)以西为桥梁线路，西至珠海澳门拱北对面海面，大桥在珠海及澳门对面海域落脚，然后再分道通往珠海及澳门(K35+332.109)，跨海长度35.332km。线路二：东起香港国际机场赤鱲角南路处的观景山(K0+000)，沿大屿山海域以高架桥线路通过主航道，然后以桥梁线路通过海域，向西至珠海澳门(K39+416.743)，跨海长

6、度约29.5km。1.2 目的与任务本次勘察的目的和任务是：在充分收集区域地质资料的基础上，紧密结合本次开展的地面调查、物探及遥感工作，初步了解桥位区工程地质条件，为选定桥型线路提供依据。本次工程地质勘探，应初步了解桥址区地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质、不良地质等问题。了解主要的覆盖层各土层的物理力学性质，基岩的埋藏深度、岩性、风化程度、节理裂隙发育情况及其物理力学性质等，提供基础设计所需的物理力学参数，同时查明与桥型线路比选及桥隧比选有关的主要区域工程地质条件，为工可研究提供地质依据。1.3. 工作依据本次勘察主要执行以下规范、规程、标准及要求：公路工程地质勘察规范（JTJ064-9

7、8）；公路土工试验规程（JTJ051-93）；公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ024-85）；公路工程抗震设计规范（JTJ004-89）；公路工程石料试验规程（JTJ054-94）；公路全球定位系统（GPS）测量规范（JTJ/T066-98）；岩土工程勘察规范（GB50021-2001）；广东省建筑地基基础设计规范（DBJ 15-31-2003）；建筑桩基技术规范（JGJ 94-94）；公路工程水质分析操作规程（JTJ056-84 ）；甲方提供的港珠澳大桥工程可行性研究阶段工程地质勘察专题技术要求和我院根据甲方的专题技术要求编制的 “工程地质勘察大纲”。1.4勘察概况1.4.1勘察过程我院于

8、2004年3月接受任务后，立即进行了进场前的组织筹备工作，于4月初完成了“工程地质勘察大纲”的编制，先后两次派人到施工场区附近遴选合适的船只。随后于5月13日组织人员、设备进入现场，进行平台的搭建和仪器的调试，5月27日正式开工，7月31日结束外业，外业历时78天。于2004年8月2日，港珠澳大桥前期工作协调小组派员与甲方代表一同在现场进行了外业检查和验收，并获得通过。2004年9月22日由业主主持召开了港珠澳大桥工程可行性研究阶段工程地质遥感调查、工程物理勘察、工程地质勘察专题报告评审会。评审会由9名国内知名专家组成，本专题为根据专家评审意见修改稿。本次工程安排与进度详见表1-2。表1-2工

9、程勘察进度表阶段时间工作内容前期工作2004.32004.5（1）收集分析已有资料，组织人员现场踏勘；（2）进场前的施工筹备，人员组织，租船；（3）根据已有资料和甲方提供的技术要求编制勘察大纲，并通过甲方的审查认可。外业工作2004.5.132004.5.26（1）钻探设备进场，安装水上作业平台；（2）测量、土试仪器进场并安装调试。2004.5.272004.7.31（1）全面开展勘探工作，包括取样、原位测试工作；（2）进行室内岩、土、水测试工作；（3）进行外业资料的输入及整理。2004.7.312004.8.2（1）对获得的资料进行初步分析整理，绘制有关图件；（2）协调小组组织人员进行外业验

10、收；（2）根据验收、审查意见，进行补充工作。内业工作2004.8.32004.9.15（1）全面进行内业资料分析、整理、计算；（2）编写勘察报告；（3）报告初稿提交院审查；（4）报告送审稿提交甲方及业主。审查修改2004.9.152004.9.30（1）业主组织专家评审，并通过评审；（2）根据专家评审意见进行修改完善；报告出版2004.9.302004.11.15（1）正式报告的装订、出版；（2）正式报告提交甲方、归档。1.4.2人员组织参加本次勘察的人员共50人，包括钻探20人、工程地质5人、测量2人、波速测试5人，土水试验8人、管理人10人。上述人员中有高级工程师14人、工程师8人、助工及

11、技术员2人、技师3人等（详见表1-3）。姓 名职 务职 称单位本次工程职责 院长教授级高工公规院领导小组成员 主任高级工程师公规院项目经理 副主任高级工程师公规院项目总工、报告审定 院长教授级高工水勘院领导小组组长、报告审定 副院长高级工程师水勘院领导小组成员 副院长高级工程师水勘院领导小组成员 总工程师高级工程师水勘院项目指挥、项目总工、报告审定 分院长高级工程师水勘院项目副指挥、报告编制 高级工程师水勘院测量项目负责人 副总工程师高级工程师水勘院质保组长、报告审核 高级工程师水勘院质保成员、报告审核 工程师水勘院内业资料整理、报告主编 工程师水勘院机台及后勤管理 副所长高级工程师广东岩土所

12、岩、土、工试验项目负责人 工程师广东岩土所岩、土、工试验 副所长高级工程师中国地震局波速测试项目负责人 高级工程师中国地震局波速测试 助理工程师水勘院地质编录、报告编制 技术员水勘院地质编录 技师水勘院机长、机台管理 技师水勘院机长、机台管理 技师水勘院机长表1-3主要参加勘察人员一览表为了优质高效地完成本次勘察任务，我院成立了港珠澳大桥工程地质勘察项目领导小组，下设项目经理部和质量保证部，项目经理部下设钻探、地质、土工、测量、波速测试、安全、后勤小组。各负其责，层层把关。1.4.3设备投入本次勘察投入的设备仪器主要有钻探船、钻机、取土器、岩、土、水试验仪器、测量、波速测试仪器等（详见表1-4

13、）。表1-4投入本项目勘测设备一览表项目设备名称型号数量钻探钻机XY-2(300m钻机)1台泥浆泵BW-200/40型（双缸）2台常规取土器1085套标准贯入器426套土工测试电子天平BL3102台等应变直剪仪ZY-01、042台低、中压固结仪GJY-800、GJY-160016台十二联直剪预压仪ZYY-2台无侧限仪DW-21台相对密度仪1台渗透仪南55改进型1台颗粒分析设备1套波速测试激振源1套测试记录仪器1套拾震器1套所有仪器均在校准的有效期内，且在投入使用前再次进行了调校。1.5完成工作量本次勘察的钻孔孔位、孔数、孔深及钻孔性质均由甲方确定，共布设钻孔12个，设计孔深100m、或进入弱风

14、化8m左右，或微风化5m左右。总进尺约1200m，后根据物探资料增加2个天然气探测孔。本次勘察实际完成钻孔14个（2个天然气探测孔，配合完成4个波速测试孔），总进尺1271.78m，采取原状土样208件，扰动土样146件，岩石样126件，进行标准贯入试验380次，重试验16次，最小孔深65.00m，最大孔深105.60m，全面完成合同规定的工作量。其中线路一完成7个钻孔(ZK1ZK7，其中ZK6号孔为两线路共用孔)。线路二完成5个钻孔(ZK8ZK12)。同时对两岸三地进行了工程地质调绘。完成主要工作量详见表1-5、表1-6。表1-5勘探工作量统计表孔号孔深（m）原状样（件）扰动样(件)岩石样(

15、件)标贯试验(次)重试验(次)设计施工ZK110083.1519213211ZK210079.6013148271ZK3100101.30171811360ZK410099.7523158391ZK510092.432595360ZK6100103.35221510280ZK710086.7514187361ZK810096.09121511311ZK9100105.6014278407ZK10100103.2024914323ZK1110097.2516222351ZK1210074.50929190ZKJ165.00ZKJ283.90合计1271.7820814612638016表1-6

16、岩、土、水试验工作量统计表类型型项 目数量（件）（件）类型型项 目数量（件）（件）土水试验天然含水量W251岩石试验含 水 量w47密 度215干密度d50稠 度wL、wP246吸水率140常规压缩a0.1-0.2、Es202饱和吸水率237快 剪C、168密 度56固 快Cg、g62比 重G21渗透（粘土）Kv35静弹模量E15渗透（砂土）Kv47泊 松 比15固结系数Cv44抗压强度天然Rc27相对密度Dr13饱和Rb26休 止 角am、ac20干燥Rd5颗 分61天然抗剪切强度度Rs14筛 分121抗剪断强度c、10有机质含量9软化系数2水质简分析2薄片鉴定12侵蚀性CO22点荷载42游

17、离性CO22波速测试182勘察方法及质量评价2.1勘察方法2.1.1工程地质调查与测绘我院于2004年7月25日7月30日对香港、澳门桥轴线经过区的陆域地段进行了简易工程地质调查。主要采用的是路线穿越法及追索法，大致了解拟建路线区内地形、地貌特征、地表岩性及地质构造，并对场地稳定性作出初步评价。2.1.2工程地质钻探本次勘察所有钻孔均为技术性控制孔，均须采取原状土样、岩石试样，并进行原位测试及岩土试验，重点测试岩土物理力学性质参数，为桥（隧）提供全孔段、定量的物理力学参数。本次外业钻探均为水域钻探，部分水域钻孔位于主航道附近，主航道内水深、流急，水流作用强，是本次勘探施工的重点、难点。钻机采用

18、XY-2型钻机（钻深300m）1台，配备BW-200/40泥浆泵2台(备用1台)，以S395型及S1100型柴油机作机械动力。钻探方法为回转钻进、全孔取芯，为保证取样及原位测试质量，采用岩芯管长度为2m的单管钻具、用130/110mm肋骨合金钻头钻进或清孔。基岩钻进，根据岩石的坚硬程度、风化程度、研磨性，选择针状合金或金刚石单、双管钻具取芯钻进，钻进规程定为中压、中速、中泵量，使用优质低固相化学泥浆循环，保证钻进过程中，所有回次的岩芯采取率（包括软弱夹层）均能达到规定要求。经统计岩芯采取率：粘性土层=94.3%，砂类土层=66.7%，全孔=83%，岩芯采取率满足技术要求。岩芯的整理与保管：所有

19、钻孔的岩芯样品，均按回次顺序放入统一的岩芯箱内并进行编号，填写岩芯卡片、整理、装箱，按单孔拍摄了岩芯照片，并保留了所有钻孔计162箱岩芯大样。外业结束后运送到“协调小组”指定的岩芯存放地点，交“协调小组”统一管理，并按有关规定进行包装和标识。2.1.3取样(1)在粘性土、砂性土、全风化层中，一般每1.5m2.0m取原状样一件；如土层厚度大于或等于5m，分别在上、中、下各取代表性原状土样1件；遇有土层变化，立即取样。经统计本工程原状土样的取样最大间隔3.0m，松散层平均取样间隔为2.01m，满足技术要求。(2)在基岩地层中，强风化基岩采样间隔为23m，弱风化、微风化为35m。如层厚5m，分别在上

20、、中、下各取代表性岩样1件。经统计本工程岩样的平均取样间隔为3.27m，满足技术要求。(3)在ZK8孔位置处分别采取涨平潮、退平潮海水样各1组。2.1.4 原位测试在所有钻孔中对100m以内松散地层及全、强风化均进行了标准贯入试验或圆锥动力触探。标贯试验在采取原状土样后，立即进行。标准贯入试验主要在砂性土、粘性土及风化基岩中进行，圆锥动力触探在碎石土和风化基岩中进行。标准贯入试验采用63.5kg落锤，落距为76cm自由脱钩下落，先击入15cm不计击数，再记录后30cm中的每10cm的锤击数，当锤击数大于50击时则停止试验，记录实际贯入量，换算成30cm的锤击数。圆锥动力触探试验（重型）采用63

21、.5kg落锤，落距为76cm自由脱钩下落，记录10cm的锤击数。本次原位测试在施工前对探杆和落锤进行了检测，测试时按要求进行清孔和记录，数据可靠。2.1.5波速测试测试方法及其基本原理利用钻孔进行土层纵(P)、横(S)波速度测量是工程中测量土层动力性能的常用方法。这种方法是在钻孔中设置激震源激发弹性波，沿钻孔内不同深度布设测点，通过井下拾震器依次在各测点接受由激震源产生的弹性波，经地面记录器放大并进行数据采集记录，然后，对数据记录进行震相识别确定出波的到时，继而由震源到拾震器的距离确定出波的传播速度。这一波速是震源到拾震器间的平均速度，需进一步分析才能确定出其间各层的波速。在此次测试中采用的是

22、同孔测试法。这种方法是利用一个孔同时激震和接收（震源在拾震器的上面），将震源与拾震部分连成一体做成一串装置下到钻孔内进行测试。拾震部分由三分量检波器组成（纵、横波波速测试）。震源与检波器之间的距离依据岩土特性确定，一般取3m8m。测试仪器波速测试采用的激振源是由湘潭无线电厂生产的高压放电激震源，测试记录仪器主要采用美国Kinematrics公司生产的六道记录仪，拾震器为日本和国产的井下三分量检波器及日本产的串珠式井中拾震器，此外还配备了便携式笔记本。该测试系统性能可靠，能实时显示测试结果，并配置了有关的数据分析软件。2.1.6钻孔测量定位本次所有钻孔均在海域，岛屿众多，海域广阔，海况较差，普通

23、的测量定位系统已无法满足本工程的需要，因而我院根据实际情况及多年的工作经验选用了相应的测量设备(表2-1)。表2-1测量设备一览表名 称数量精 度用 途GPS双频RTK系统套水平2cm+2ppm垂直3cm+2ppm控制点检测、校位、测钻孔平面位置及水面标高掌上型GPS导航仪台7m钻孔初定位、抛锚测深仪1台0.05+4S测量钻孔位置水深对讲机4台通讯联络施工船在移位时采用GARMIN GPS 12C掌上型导航仪进行导航、抛锚、定位，将钻孔坐标、锚位坐标输入导航仪，引导、指挥施工船移动至孔位，再指挥抛锚船在锚位抛锚。待施工船稳定后，采用RTK GPS进行钻孔的校位。船上测量人员通知陆地测量人员打开

24、基准站，仪器进入RTK状态后即可进行钻孔校位。当孔口位置误差小于2m时，通知钻探人员下套管，套管稳定后测量人员对孔口位置的坐标、高程进行测量，同时采用声波测深仪或悬锤法测量出水深，计算其孔口高程。本次勘察的基准点由国测一大队提供（见表2-2），平面坐标采用1954年北京坐标系，高程系统采用1985年国家高程基准。本次定位利用的控制点为LSHS(石花山)，高程利用的控制点为G2A2点。点位编号点位坐标点位高程点位编号点位坐标点位高程XY(m)XY(m)LSHS*2461375.46838456566.821G2A52454300.16338450940.3563.320G2A1*2459878.

25、86538455338.7033.485G2A62452180.34438451164.9184.277G2A2*2458434.37338453966.3204.357G2A72450794.71938452085.7944.399G2A32457873.22738451935.2093.866G2A82450012.06738453197.4213.911G2A42455822.55938451447.0923.670注：点位编号后加“*”者为本次勘察控制点。表2-2控制点坐标一览表2.1.7 室内试验现场采集各岩、土层和海水样品，在室内测求岩、土的物理力学性质指标和水化学性质指标。主要包

26、括岩、土的物理力学性质试验和水化学分析。重点对岩石的物理力学性质进行研究，取样数(份)量上满足了测试要求。粘性土进行了天然含水量、天然密度、比重、液限、塑限、压缩系数、压缩模量、渗透系数、直接快剪、固结快剪等项目的测试。砂性土进行了天然含水量、天然密度、比重、相对密度、颗粒分析、渗透系数、压缩系数、压缩模量、水上、水下天然休止角等项目的测试。岩石试验：包括岩矿鉴定、岩石物理性质试验（比重、相对密度、天然密度、吸水率、饱和吸水率、变形模量、弹性模量、泊松比）；岩石力学性质试验（天然、饱和、干燥的单轴抗压强度试验），剪切试验（C、）、天然抗剪断强度等的测试，对破碎岩石进行点荷载试验，对做声波测试的

27、钻孔取孔内岩块进行波速测试。水质分析试验：主要为简分析，做K+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-、Cl-、侵蚀性CO2和游离CO2项目测试。2.2 质量控制措施项目领导小组成员几乎每天对现场的生产、质量、安全情况进行了解，并亲自到现场进行检查与指导。江苏省地勘局领导特意从国外赶到现场进行检查指导。项目部项目经理、副经理、项目总工、副总工等均按合同要求长期坚持在现场，每天对现场的生产、质量、安全情况进行检查、验收，及时与相关部门(海事、气象等)联系掌握最新海况、天气，并根据现场情况对下一步工作进行部署。不定期的将现场生产、质量、安全情况向协调小组、甲方及院有关部门汇报。甲方领导陈晓东、查雅平、协调小组领导曾数次光临现场进行工作检查和技术指导，提出了不少有益的建议，对工作的顺利开展起到了举足轻重的作用。工作过程中,虚心倾听外方人员的意见，并及时更正，并将野外工作情况根据勘察进度分阶段向院项目领导小组汇报，重大问题及时向甲方及“协调小组“汇报，及时沟通解决，并在钻探外业结束后及时提请外业验收。桥位区海区潮汐主要是太平洋潮波经巴士海峡和巴林塘海峡传入以后，受地形、河川泾流、气象因素的影响所形成，属不正规半日潮，出现潮汐日不等现象。3.3地形地貌近场区大致可分为三大地貌区，即西部丘