建造海底隧道，推動香港交通提速

為改善香港的道路交通狀況，當地政府決定修建屯門至赤鱲角連接隧道。這條公路連接新界西北部、香港邊界過境設施、港珠澳大橋、香港國際機場和北大嶼山。屯門至赤鱲角連接隧道的設計必須圍繞現有的公路、海岸線和長達 55 千米的港珠澳大橋進行，包括斜拉橋、四座人造島嶼和一條海底隧道。這樣的話，屯門至赤鱲角連接隧道就必須包括一條雙向兩車道海底隧道，其深度打破了記錄，為地表以下 55 米，長度為 4.1 千米，總開發(fā)成本為 61 億美元。

Golder Associates Hong Kong Ltd. 負責在南部邊界過境設施填海造地土體上建造雙向隧道所需的巖土工程設計和分析工作，這項工作需要使用一臺全球最大的隧道掘進機，鉆頭直徑 17.6 米，還需要兩臺小一些的隧道掘進機，鉆頭直徑 14 米。此外，還需要一臺小得多的隧道掘進機，鉆頭直徑 3.6 米，共計鉆出 57 個交叉通道。為完成南部填海造地土體的隧道定線，Golder Associates 需要進入由石柱支撐的海堤以下，位于通風建筑物的下方，再進入連接通風豎井的管道，周圍地質條件相當復雜。此外，從地面到隧道頂部的距離從 28 米到 42 米不等，水壓很高。這些情況帶來了許多巖土工程挑戰(zhàn)，項目團隊必須克服這些挑戰(zhàn)。

在南部填海造地土體的復雜地質狀況下進行隧道挖掘

南部填海造地土體的地面狀況包括軟質海洋沉積物、沖積層、完全分解的花崗巖和巖石。隧道地平線位于沖積黏土層和砂層中。由于南部填海造地土體是在 2013 年至 2015 年完成的，竣工不久，Golder Associates 在對貫穿于南部填海造地土體下方的分段式隧道襯砌進行巖土工程和結構設計時，不得不考慮黏土層中任何殘余的固結和蠕變沉降。設計標準之一是在 120 年的設計壽命內，殘余沉降小于 500 毫米。

Golder Associates 公司知道傳統(tǒng)巖土工程方法不足以滿足需求的另一個原因是，他們需要在這個項目中完成隧道開挖工作。在南部新填海造地土體開挖隧道時，必須保持足夠高的泥漿壓力，以確保隧道開挖面穩(wěn)定，并使設計體積損失率低于 2%。因隧道開挖導致的體積損失率的實測值通常小于 1%。按隧道定線優(yōu)化的長度和間距，在隧道起拱線上安裝了條形樁，確保隧道橢圓度在其使用壽命內保持在隧道直徑的 1% 以下。

預測土體行為和沉降

在考慮了項目的復雜性和范圍之后，Golder Associates 采用 Bentley 應用程序來設計這個富有挑戰(zhàn)性的隧道施工項目。鑒于 PLAXIS 2D 和 PLAXIS 3D 在土體結構交互問題建模方面的多功能性和可信記錄，他們使用其作為主要應用程序。軟土蠕變模型用于預測黏土層的蠕變沉降，輸入參數通過工地專用的高質量現場和實驗室土體測試進行校準。對于其他土體，使用小應變土體硬化本構模型對非常小的應變所產生的土體剛度退化進行建模，預測在隧道挖掘過程中因卸載所產生的更真實的地面位移情況。這些高級土體本構模型與二維和三維隧道挖掘建模相結合，由此帶來的設計滿足了所需的 TBM 開挖面泥漿壓力，可以保持穩(wěn)定性。此外，該設計還將確保 Golder Associates 能夠控制地面位移，在尺寸、間距和長度方面優(yōu)化支撐隧道的條形樁。該團隊還設計了主 TBM 進出豎井和毗鄰切割掩體隧道的突入和突出，以及小型 TBM 的突入和突出，以在兩條主隧道之間建造交叉通道。

在解釋和管理有關南部填海造地土體復雜地面狀況 的信息時，Golder Associates 使用 gINT 和 HoleBASE 處理了數百個鉆孔、現場測試和實驗室測試。這種做法生成了二維和三維地質模型、地質剖面圖和等高線圖，這些都是巖土工程設計所必需的。他們還使用 MicroStation 制作了施工工程圖紙。

確保安全和質量，同時削減成本

通過在 PLAXIS 3D 中進行靈敏度和參數分析，Golder Associates 公司成功將控制隧道橢圓化所需的條形樁 數量從 158 個減少到了 106個，并將其中 46 個條形樁從 19.2 米縮短到了 16.4 米。這種優(yōu)化節(jié)省了大約兩個月的施工時間，減少了 1,500 噸的二氧化碳排放，節(jié)省了 1,600 萬美元。該團隊在隧道施工之前、期間及之后提供了高質量且全面的儀表監(jiān)測數據。實測地面沉降量、橫向位移量、孔隙水壓量、隧道襯砌變形量與預測值基本一致，并且/或者小于預測值。

通過使用 Bentley 應用程序的數字化工作流進行信息管理、分析和建模，Golder Associates 得以助力屯門至赤鱲角連接隧道 公路項目在 2020 年 12 月 27 日實現通車。新隧道使新界西北部到香港國際機場的 距離縮短 22 千米，車程由 30 分鐘縮短為 10 分鐘。