1、李益环境岩土港珠澳大桥工程环境影响分析及防治李益-环境岩土-港珠澳大桥工程环境影响分析及防治环境岩土工程论文 标题 港珠澳大桥工程环境影响分析及防治 学生姓名 李 益 指导教师 赵红亮 学 院 土木工程与力学学院 专 业 地质工程 年 级 2008级二零一一年五月摘要港珠澳大桥是中国继杭州湾大桥之后有一座世界级大桥。港珠澳大桥的建设将加速粤、港、澳经济一体化进程，提升大珠江三角洲的综合竞争力；加速港澳新一轮产业结构调整，促进港澳经济持续繁荣和稳定发展；加快珠江三角洲西岸社会经济发展。；有利于粤、港、澳扬长避短，深化区域分工，推动内地市场体系发展；拉动粤西乃至广大西部地区经济，扩大港、澳经济腹地
2、和辐射范围；促进粤、港、澳三地物流业和旅游业快速发展；推动大珠江三角洲地区快速交通网络的形成，满足两岸三地跨界交通需求不断增长的需要；促进泛珠江三角洲乃至东盟自由贸易区的经济发展及广泛联系。本文简略谈及大桥工程对自然环境的影响，重点论述大桥工程所涉及区的地质环境（主要为岩土环境）对大桥的影响，其影响包括对桥基础的影响，人工岛的影响，海底沉管隧道的影响。根据影响的成因和方式，提出相应的方案。大桥工程采用相应的措施后，可将影响降至最低，从而达到设计目标，是大桥安全稳定运行120年。关键词：港珠澳大桥；工程环境；软土处理，软基危害；环境岩土工程；人工岛；海底隧道1 前言 12工程对自然环境的影响分析
3、及防治. 23桥址区岩土环境及岩土工程特性. 5 3.1 桥址区岩土环境. 53.2 第四纪岩土发展史. 73.3第四纪岩土工程特性. 94桥址区岩土环境对大桥及隧道的影响. 11 4.1岩土对大桥的影响. 11 4.1.1软土的影响. 114.1.2浅层气的影响. 124.1.3地下水的影响. 12 4.2岩土环境对人工岛的影响. 12 4.3岩土环境对海底隧道的影响. 14 4.3.1软土过大沉降的危害. 14 4.3.2软土不均匀沉降的危害. 145 桥址区环境岩土工程问题防治措施. 15 5.1桥梁基础的防治措施. 15 5.1.1非通航孔桥基础. 15 5.1.2通航孔桥基础. 16
4、 5.2人工岛的防治措施. 17 5.3海底隧道的防治措施. 186结论. 19参考文献. 201前言香港、澳门，珠三角地区是我国经济最发达的地区之一，三者在陆上交通直接联接将进一步促进三地的经济和社会的联系。加强同内地的联系、促进经济发展环境的改善，管理经验的交流以及满足国际贸易增长的要求。地区间的集群辐射效应将会更加巨大，港珠澳大桥的修建将使三者紧密的联系在一起，对香港、澳门以及珠江三角地区产生深远影响。港珠澳大桥全长49.968km，工程包括海中桥隧工程、港珠澳三地口岸、港珠澳三地连接线等三项主要内容。桥隧工程起自香港大屿山，穿（跨）越珠江口航道，止于港珠澳口岸人工岛，全长35.6km，
5、其中，采用隧道方案6.7km，其余路段约22.9km 采用桥梁方案。大桥主体工程采用双向6车道高速公路标准建设，设计寿命为120a，可抗八级地震.大桥将于2015年至2016年建成。大桥建成后，将形成连接珠江东西两岸新的公路运输通道。整个工程预计投资720多亿元。口岸采用“三地三检”模式分别由各方建设、各自独立管辖。由于海上总长达35.578 km，包含隧道、桥梁、人工岛等多种结构形式，加之大桥所处的伶仃洋海域，水域环境较为复杂，港珠澳大桥将是中国交通运输史上技术最复杂、环保要求最高、建设要求及标准最高的工程之一。图1 港珠澳大桥路线图港珠澳大桥的建设，是充分发挥香港、澳门和内地各自的优势，实
6、现优势互补，推进区域经济整合与协调发展，提高泛珠江三角洲地区经济国际竞争力的有效途径。这项工程将进一步密切香港与澳门之间、港澳与珠三角地区之间，进而与广大内地之间的联系，对于改善珠三角地区投资环境，加快产业结构调整和布局，拓展经济发展空间，促进内地和港澳经济紧密合作与融合发展，保持香港、澳门长期繁荣稳定，增强珠三角区域整体竞争力，都具有十分重要的意义。本文通过对这项工程的介绍，简单了解工程对周围环境的影响，并重点分析周围地区地质环境对大桥建设的影响，以及相应的防治措施，为珠三角地区更好的可持续发展提供相应的意见和参考。图2 港珠澳大桥地理位置图2 工程对自然环境的影响分析及防治2.1 工程环境
7、影响及污染源简析2.1.1陆域部分水、气、声污染源分析本项目施工期所产生的污水主要为施工人员所产生的生活污水、各类施工场地废水等；营运期主要是沿线设施人员生活污水、路面径流雨水等。此外还有工程机车使用产生的噪声及运营期间汽车行驶产生的噪声和运营期间汽车尾气。2.1.2 海域环境影响污染源分析港珠澳跨海大桥施工期污染物主要产生在隧道人工岛基槽开挖、海底隧道开挖、桩基施工、墩身与承台施工、索塔与箱梁施工、桥面施工、设施安装等。产生的污染物主要为悬浮物、施工噪声、建筑垃圾等。此外，施工对大气环境的影响主要体现在路基开挖，施工车辆等产生的扬尘。营运期，水污染源主要为桥面雨水和口岸人工岛产生的生活污水。
8、此外，事故风险的产生环节体现在运输危险品车辆发生交通事故造成的泄漏。2.2环境影响简析2.2.1社会环境影响及评价港珠澳大桥及西部高速公路的建设，对珠三角的经济发展是一项重要保障，促进区域协调发展。工程的建设对相关区域的居民生产生活有一定的影响，但影响时间较短。工程涉及征地和拆迁安置，珠海接线需拆迁各类建筑物约19万m2。其中民宅2万m2，主要是湾仔镇富兴社区。考虑到工程动工前，建设单位将协助各级地方政府根据当地实际情况安排征地拆迁影响户和居民的重新安置工作，基本上可以保证受影响居民安置后的生活水平不会因公路建设而降低。因此，工程拆迁的不良影响主要表现在拆迁起到搬进新居前的短时期内。2.2.2
9、 生态环境影响及评价工程的生态评价范围内不同植被类型的生物量会受到不同程度的损失。虽存在一定影响，但不会对区内生态体系的生物量发生明显的影响。公路施工对动物种类多样性和种群数量不会产生大的影响，也不会导致动物多样性降低，虽然公路的建设对沿线的两栖及爬行动物有一定的干扰，但是对其生存及种群数量、种类影响很小。2.2.3 地表水环境影响及评价2.2.3.1施工期水环境施工期间主要影响有桥梁施工作业对水环境的影响；施工船舶污水对水环境的影响；施工营地的生活污水影响及隧道废水和预制厂、搅合站生产废水的影响。这些污染总体污染不严重，而且持续时间很短，在水域的自净能力之中，只要做一些简单处理，就可把污染降
10、到很低的程度。2.2.3.2运营期水环境运营期间水污染有路面径流和各种交通管理设施。对于路面径流，其主要污染物为SS、BOD5、石油类。这类污染物经降雨入河后污染物浓度增加量很小，对河流水质的影响可以忽略不计，而且桥面径流入河后，各污染物浓度仍然达标，因此，可以认为大桥正常运营条件下桥面径流对河水水质不会产生影响。但各种交通管理设施产生的污水如不采取措施就排放，将对周围环境产生明显影响，因此沿线每个交通工程设施应采取污水处理措施，达标后排放。2.2.3.3工程对饮用水原地的影响工程附近有竹仙洞水库、银坑水库。工程主线出路于两个水库的下游，不涉及汇水区，且离库区较远，只要施工时严格管理，将不会产
11、生影响。2.2.4 声环境影响及评价声环境影响包括施工期间机械的噪声和运营期间噪声。施工期间，白天130m和夜间480m范围内产生一定的影响。因此，为减轻施工噪声对敏感点的影响，施工单位应根据场界外敏感点的具体情况采取必要措施，如设置隔声屏障，限制夜间施工等。运营期间，噪声为交通工具产生的，对周围居民影响较为显著，必须设置隔声屏障。2.2.5 空气环境影响及评价施工期间，空气影响较短，采取一定的措施后将影响很微弱。运营期，主要污染物NO2和CO的浓度均不超标，故无影响。2.2.6 固体废物环境影响及评价该工程固体废弃物有：建筑垃圾、员工生活垃圾和交通垃圾。如果这些垃圾未能得到妥善处理，将对周围
12、的自然环境产生一定的影响。2.3 海洋环境影响分析评价2.3.1 水文动力环境影响及评价港珠澳大桥兴建两个隧道人工岛和三个口岸人工岛，它们直接改变伶汀洋岸线和地貌，大桥的数百个桥墩和墩台减少了过水断面面积，桥墩和墩台增大水流摩擦，影响潮量变化，河口水位变化，和水交换能力。2.3.2 海水水质影响及评价海水水质的影响来源于施工期间建设机械的排污，和人工岛建设和珠江河口隧道开挖，其影响区域很小，时间短暂，不足以影响大区域水质。运营期水污染，也很小，可以忽略不计。2.3.3 海洋沉积影响及评价这个工程施工期间的沉积为该地区既有的沉积物，对沉积环境影响甚微，预计不会引起海域总体沉积环境变化。2.3.4
13、 地形地貌及冲淤环境影响桥隧工程实施后，发生回淤的主要部位在内伶仃岛南侧的浅滩水域，特别是在铜鼓浅滩北部和伶仃航段转折处附近，出现较大范围超过0.2m/a的淤积区，在桂山岛北端也形成了一条狭长的淤积带；在伶仃航道与铜鼓航道汇合处以北航段都发生了较明显的回淤，且越向北淤强越大；冲刷区主要位于香港机场西北端、鸡翼角和桂山岛北端的西侧。青洲水道滩槽长期处于相对稳定环境，大桥工程对该水道的水沙运动和海床冲淤没有明显影响。2.3.5 海洋生态环境影响分析大桥施工期间对浮游动植物、底栖生物和其他生物的影响是局部的，也是暂时的，当施工结束后，这种影响也随之消失。本工程施工期的主要环境风险是在桥位区附近施工船
14、舶发生碰撞或施工船舶与过往船只发生碰撞导致燃料油溢漏入海对海洋生态环境的影响以及施工期泥浆、钻屑事故性排放对海域环境的影响；运营期的主要环境风险是水上交通船舶与桥墩相撞导致燃料油溢漏和桥上车辆特别是运输危险品的车辆事故坠入海中对海域生态环境的影响。2.4 主要环境保护对策和措施2.4.1 社会环境影响减缓措施在路线选择、立交通道设置、环境保护、拆迁安置等方面与沿线政府、有关部门、非政府组织、村民委员会、集体单位直至个人协商，征询各方意见，使项目实施得到公众的支持。依靠当地政府做好征地工作，合理支付补偿费用。2.4.2 生态环境保护措施施工期间，要严格按照规范施工，遵守国家法律法规，充分考虑施工
15、可能产生的环境污染，并逐一进行解决，做到可持续发展。运营期间，加强营运期管理，保证各项工程设施完好和确保安全生产是生态保护最基本的措施。建议开展相关环保培训和认证，以提高环境管理水平，杜绝环境事故。强化公路沿线的固体废弃物污染治理的监督工作，除向司乘人员加强宣传教育工作外，公路沿线的固体废弃物应按路段承包，每天进行清理。及时排放隧道营运期的漏水或涌水，以免给行车安全造成危害和影响养护人员身体健康。在K5+110、K7+600等路段设置禁鸣标志。加强管理和宣传教育，确保公路绿化林带不受破坏。考虑加装海鸟及候鸟能够识别的特殊灯光，使鸟类飞行到桥区时能主动绕避。2.4.3 其他保护措施对于水环境，应
16、建立污水处理系统，并及时监测和监督。对于声环境，应按国家标准选机械和施工，并加装隔音装置。对于空气的保护，应充分考虑可能的影响，如粉尘，扬灰等，并相应制定措施。还有不允许不达标汽车上路。固体废弃物是工程的主要污染，应根据不同的废弃物，进行不同的处理，做到零污染，妥善处理。3 桥址区岩土环境及岩土工程特性3.1 桥址区岩土环境港珠澳大桥位于珠江出海口，该地区地形比较平坦，河网密布，大部分属于沉积地貌。在大桥的位址区，地貌类型为滩涂和河口地貌。在河口河床，主要为第四纪沉积软土，包括淤泥、砾砂、粘土、石英砂等，都为海相沉积。图3 港珠澳大桥桥址区地貌图 1、低山（5001000m） 2、高丘陵（25
17、0500m） 3、低丘陵（100250m） 4、高台地（3090m） 5、低台地（525m） 6、台间谷地 7、冲海积平原 8、滨海平原 9、泻湖平原 10、泥滩及边界 11、沙滩及边界 12、地貌类型界线 13、桥轴线港珠澳大桥的建设涉及的岩土主要为第四季地层，但也有前第四纪的，主要为中生界的。表3-1为第四纪地层，表3-2为中生界的地层。表3-1 第四纪地层表地层代号统组年代（a距今）一般厚度（m）岩性沉积层分层标志Q43全新统灯笼沙组25005000100002200032000400001.1012.00淤泥，粉砂质淤泥、砂质淤泥、淤泥质粉砂。海相为主淤泥Q42-2万顷沙组0.605.
18、60含砾砾质中粗粒石英砂、不等粒石英砂、细中粒石英砂、砾砂。海相为主含砾砾质中粗粒石英砂Q42-1横栏组0.505.90黑褐色粘土、深灰色淤泥、深灰色淤泥质粉细砂、灰色中细砂。海相为主黑褐色粘土Q33上更新统三角组1.004.20砾砂、砂砾、粘土质砾砂、砾石卵石、花斑状粘土。海河交互相砾砂、花斑状粘土Q32-2西南组2.155.70灰白色粘土、黄色粘土、亚粘土。海相为主灰白色粘土Q32-1石排组0.503.60砂砾或中粗砂层，有向上变细的趋势。河流相为主砂砾晚更新世早期（Q32-1al）由一套冲积成因的灰白、棕黄色密实状、具一定韵律的砂类土构成，由上至下，岩性由粉砂、细砂、中砂、粗砂到砾砂，底
19、部见卵砾石，磨圆度较好，有一定的分选性。晚更新世中期（Q32-2m-al）为海陆交互相沉积的粘性土构成，上部为海相的软土，下部为陆相的粘性土，近岸边发育晚更新世晚期（Q33al）上部为一套浅灰、棕红至褐黄色陆相成因的粘性土，粘性土近岸发育，下部为冲积成因的中密至密实状粉细砂构成，分布不连续。全新世早期（Q41al）沉积属海相沉积，以砂、粘土夹砂为主，局部缺失。中晚期（Q42m）主要以海相的软土为主，厚度较大，最厚达35m，沉积物中含植物、蚝、蚌壳等残体。表3-2 中生界地层界系统地层名称地层代号厚度(m)地层岩性中生界白垩系下统百足山群上亚群K1bzb507砾岩，含砾粗粒石英砂岩，粗中粒杂砂质
20、石英砂岩，中粒长石石英砂岩，砂质石英粉砂岩，凝灰质长石石英粉砂岩，粉砂页岩。下亚群K1bza429复成分砾岩，粗粒砾质杂砂岩，细粒长石石英砂岩，砂质长石石英粉砂岩，石英岩状砂岩。侏罗系上统高基坪群上亚群J3gjb818石英砾岩，石英砂砾岩，中细粒石英砂岩，砂质石英粉砂岩，粉砂质页岩，安山质角砾晶屑凝灰岩，含流纹质角砾玻屑晶屑凝灰岩。下亚群J3b1764复成分砾岩，细粒长石石英砂岩，砂质石英粉砂央地，粉砂质页岩，安山质角砾岩屑晶屑凝灰岩，流纹质晶屑凝灰岩，安山质凝灰角砾岩。下统金鸡组Jij228中粒长石石英砂央地，中细粒石英砂岩，细粒石英砂岩，泥质石英粉砂岩，粉砂质泥页岩。3.2 第四纪岩土的发
21、展历史第四纪以来，南海北部陆架区发生了几次海平面升降变化，经历了较大规模的海退成陆过程，晚更新世以来地质环境的演变决定了该区域一些海洋灾害地质的发生与发展。根据收集该区域钻孔资料显示，从晚更新世至全新世以来珠江口的地层经历了一个从“海侵海退海侵高水位”沉积的过程,即上部为全新世以来的淤泥质沉积，中部为晚更新世末早全新世海退时期出露花斑状粘土和粘土质砂， 下部为晚更新世海侵所形成的淤泥质粘土、粘土沉积，在基岩的上部往往为古珠江的冲积砂质沉积。珠江三角洲沉积物孢粉反映，晚更新世中期的亚间冰期，气候变暖，本区发生了礼乐海进，形成了古珠江河口湾，海水沿着河道溯源而上，沿东江深入到博罗县铁场一带，沿北江
22、抵达三水县西南镇，海水淹没了近海平原，由于众多的台地或山地的存在，当时形成一个指状河口湾，海面高程为24.819.4m。顺德大良蚝壳14C年龄为27390500aBP。海进初期可形成一些湖泊，其充填物多为泥， 含水率高，为软弱层；此阶段珠江口主要沉积了粘土。晚更新世末期至全新世初期，全球气候急剧变冷，进入玉木冰期的第二亚冰期，距今约240008000a。此时气候寒冷，出现大幅度海退，现今的大陆架平原露出海面，海平面下降120150m，当时古海岸线向外推移100200km，南海珠江口外陆架ZQ3孔1012m沉积物为滨岸沼泽相沉积，属晚更新世低海面期。三角洲平原面受到侵蚀，地势较高处的沉积物则风化
23、形成花斑状粘土层，这时本区陆相堆积较旺盛，陆架上发育各种河流，形成了宽阔的河道，河流的地质作用比较强，主要表现为侵蚀、搬运和堆积作用，形成了南北向和北西向为主的古河道。在古河道上游地段河流下切侵蚀作用活跃，尤其是流经虎门和磨刀门一带的古河道下切深度大，河道中沉积物较粗，填充于古河谷内的河床质砂或砂砾体上层，经年龄测定，这些陆相堆积层年代约为15000aBP，与上述年代近似。河流还常演变为湖泊；河道和湖泊沉积物中以富含有机质的陆源碎屑沉积物为主，这些有机物质经过细菌分解会转化为浅层气。此阶段珠江口沉积了陆相含砂粘土或砂质粘土，属于河相堆积与风化阶段。全球气候进入到全新世冰后期，随着气候转暖，海面
24、开始回升，距今60007000a，海平面达到34m位置，此时海侵达较大范围。由于海平面的上升，河流侵蚀基准面抬高，河流地质作用强度减弱，输沙量减少，颗粒变细，此阶段在珠江口古河道上沉积了以滨海相和浅海相的粘土质粉砂为主的砂粘土、粘土和粉砂质粘土。冰后期晚期以来，珠江三角洲地区海面只有小的波动上升，属间歇性海平面升降，出现浅海环境，此阶段珠江口为咸淡水交汇的河口湾环境，沉积速率显著加快，海面上升速度减缓，沉积速率逐渐超过了海面上升速度，砂体相继成陆，河口淤积，三角洲平原不断向海伸展。本区逐步沉积了粘土、砂质粘土、粘土质粉砂和粉砂质土淤泥，它们将大部分古河谷砂砾层覆盖，不断填充这些水下负地形、河谷
25、，其覆盖厚度由北向南逐渐减薄；此时期强潮流、底流作用在口门外形成辐射状的潮流沙脊群，覆盖于中全新世海侵时期的古珠江三角洲上。同时随着海平面的上升，一方面引起海滩水下部分的上移，意味着海岸线将向陆地方向推移，同时加强了近岸波浪的作用，造成岸滩侵蚀；另一方面波浪频率增大，海滩沙被带至泻湖或平原区，加剧了岸滩的蚀退。图4 桥址区等深线(黄线-14m,绿线-59m，青线-1014m，蓝线-15m及以上)3.3 第四纪岩土工程特性港珠澳大桥工程主线区覆盖层厚24.089.3m，按成因时代、岩性特征可划分为5个大层组。其中，第一层组为全新统海相沉积的淤泥、淤泥质粘土和淤泥质粘土夹砂等软土，工程性能极差；第
26、二层组主要为晚更新统晚期陆相沉积的软可塑状粘土，其埋藏浅、层厚较薄、分布不均匀；第三层组主要为晚更新统中期海相冲积的淤泥质粉质粘土、淤泥质粘土和软可塑状粘土，以软弱中软土为主，工程性能亦很差；第四层组为晚更新统早期河流相冲积物，以中密密实砂类土为主，承载力较高，在基岩埋藏较深的地段，可作为基础持力层；第五层组为基岩风化层，工程性能较好，但据已有钻探及物探资料分析，基岩顶面起伏变化很大，风化差异显著，沿桥位线共分布有4个风化深槽，宽达4301000m，深槽内全、强风化层厚度多大于40m。工程主线区软土分布广、工程性能差，基岩面起伏大及存在风化深槽是工程建设中需重点关注的地质问题。而工程的不良岩土
27、为软土，因此，本文将重点讲述软土的工程特性。3.3.1 软土的岩性及分布大桥位址区软土层主要为淤泥、淤泥质土层，土层富含有机质，呈浅灰黑灰黑色，部分含少量贝壳，含砂量变化不大，050%不等，多在540%间，含砂砾径多小于0.25mm，很少含大于2mm的砾粒。部部分质较纯，含砂很少，粘性较好，具有滑腻感，部分含砂较多，为粉砂质淤泥、粉砂质淤泥质土，呈软塑流塑状。部分地段含砂量增多而成为淤泥质粉细砂层，夹于淤泥、含淤泥质较多，松散状。统计结果显示，软土层中淤泥、淤泥质涂层约占7391%，淤泥质砂占了927%，所占分量较少。呈东边含砂量较多，西边含砂量较少的规律，这与其所属流域应存在关系，东边水流较
28、急，为北江出海口，西边为西江出海口，西江河流较长，水流较缓，颗粒沉积较细，含砂量较少。桥址区软土层厚度多在1020m间，部分地段较厚可达3050m。图5 港珠澳大桥地区软土分布图3.3.2 软土的物理力学特征大桥位址区的软土具有含水量大、压缩性高、强度低、透水性弱、富含有机质等特征，见表3-3。表3-3 桥址区软土主要指标特征项目W/%eWL/%ILVESCK20/(cms-1)WH/%最大值103.22.83868.54.013.344.8134.930.71.60E-035.46最小值37.11.00826.00.940.520.871.02.01.31E-081.05平均值58.81.6
29、3445.41.761.412.226.911.64.22E-053.981 含水量：该区软土含水量较大，天然含水量一般在W=37.1103.2%，平均值为58.8%，其中以大桥西部地段含水量最大，平均值为W=69.0.压缩性：港珠澳大桥工程的设计区的软土均为高压缩性土，其压缩系数V100200=0.523.34MPa-1，平均值为1.41 MPa-1，压缩模量ES100200=0.874.81 MPa-1，平均值为2.22 MPa-1，其中以桥址区西边压缩系数最大，东边较小。抗剪强度：饱和快剪强度低，统计结果C=1.034.9kPa，平均值为6.9kPa，=2.030.7o，平均值为=11.6 o。渗透系数：渗透系数较小，统计结果渗透系数k=1.6010-31.3110-8cm/s，平均值为4.2210-5cm/s，多属于弱透水-极微透水，局部因含砂多而成
