“海底長城”是怎樣建成的
6月11日,世界最長最寬的鋼殼混凝土沉管隧道——深中通道海底隧道最終接頭順利推出,與(yu) 東(dong) 側(ce) E24管節精準對接,“海底長城”正式合龍,深圳和中山兩(liang) 市在伶仃洋海底“正式牽手”。
深中通道是國家“十三五”重大工程,是世界首例、最寬雙向八車道海底鋼殼沉管隧道。與(yu) 港珠澳大橋沉管隧道相比,深中通道沉管隧道建設麵臨(lin) 鋼殼新型結構形式、尺寸超寬、浮運距離超長、航道封航時間長等許多新難題,設計建造再創多項世界第一,為(wei) 世界跨海沉管隧道建設提供了新的“中國方案”。
航母級沉管實現毫米級精度
深中通道是粵港澳大灣區核心交通樞紐工程,全長24公裏,集“橋、島、隧、水下互通”於(yu) 一體(ti) ,是當今世界建設難度最高的跨海集群工程。其中,海底隧道長約6.8公裏,包含沉管段約5公裏,由32個(ge) 管節及1個(ge) 最終接頭組成。沉管重量達8萬(wan) 噸左右,和一艘中型航母重量相當。
如此龐大沉重的部件,在海底連接後要做到高承壓、不滲漏,需要有極高的裝配水平和安裝精度,對施工的要求十分嚴(yan) 苛。
經過反複研判分析,深中通道海底鋼殼沉管隧道的最終接頭,采用整體(ti) 預製水下管內(nei) 推出式,為(wei) 世界首創全新結構裝置。最終接頭重約1600噸,套置於(yu) E23管節擴大段內(nei) 。6月10日,E23管節浮運安裝完成後,從(cong) 一側(ce) 推出與(yu) E24管節進行對接。
“此前完成海底沉管隧道合龍,最終接頭多以吊裝方式施工,而這種創新的推出式接頭具有安全性好、施工快速、不需要大型裝備、經濟性好等優(you) 點。”中交一航局深中通道項目部常務副總工程師寧進進說。
10日14時,最終接頭頂推作業(ye) 準備就緒,在世界首創“千斤頂推出+水壓推出”雙係統作用下,以每分鍾5毫米至10毫米的速度緩慢推出。11日8時最終接頭實現E24管節精準對接,“海底長城”正式合龍。
“為(wei) 保障高精度的最終合龍段對接,深中通道利用北鬥定位係統和沉放安裝控製係統,實現了此前多個(ge) 管節的毫米級安裝精度,創造了先決(jue) 條件。”寧進進介紹,中交一航局與(yu) 廣東(dong) 交通集團、設計單位、海事等多家單位通力協作,攻克龍口流場複雜、作業(ye) 空間受限、管節浮運安裝難度大、推出段姿態控製難度大等世界級難題,在世界範圍內(nei) 首創沉管整體(ti) 預製水下推出式最終接頭新工藝。
創造快速成島世界紀錄
深中通道不僅(jin) 有海底部分,海上部分也具有相當大的難度。作為(wei) 海上大跨徑橋梁與(yu) 特長雙向八車道海底沉管隧道的重要過渡,西人工島是整個(ge) 深中通道的先行工程。海麵以上島體(ti) 麵積相當於(yu) 19個(ge) 標準足球場。
“西人工島的地質水文條件比港珠澳大橋更複雜,給振沉、清淤、填砂等關(guan) 鍵施工環節帶來巨大技術挑戰。”中交一航局深中通道項目部副總經理劉昊檳說。
在充分借鑒港珠澳大橋建設經驗的基礎上,項目團隊提出了全新的大型深插式鋼圓筒快速成島工藝,采用的直徑28米鋼圓筒創目前世界施工領域之最。
由於(yu) 施工區域水下普遍分布硬質夾層,鋼圓筒振沉精度極難掌控。為(wei) 此,中交一航局科研團隊研發了鋼圓筒基礎DSM預處理核心技術,降低硬質土地層強度,使鋼圓筒工藝適用於(yu) 軟硬不均的地質條件。專(zhuan) 家指出,DSM技術為(wei) 在外海軟弱地基上修築人工島等建築提供了嶄新、快捷、可靠的施工方法,達到了世界領先水平。
為(wei) 了在半年時間裏將57個(ge) 重量超過20架空載波音737客機的“巨無霸”成功打入海底,中交一航局團隊自主研發製造出擁有智能化控製係統的世界最大十二錘聯動液壓振動錘組,讓鋼圓筒的沉放像插入平整的“豆腐”中一樣,實現了鋼圓筒振沉正位率100%,創造“一日打設四筒”的紀錄。最終,團隊僅(jin) 用了4個(ge) 半月就在茫茫外海建成一座巨大的人工島,創造了快速成島的世界紀錄。
深中通道管理中心副總工程師陳越介紹:“目前,東(dong) 人工島堰築段隧道已全部完成,正在開展最後的圍堰拔除工作;島上主線隧道主體(ti) 結構已經全部完成,計劃於(yu) 本月中旬全麵封頂,屆時東(dong) 人工島全部主體(ti) 施工完成,為(wei) 明年的通車奠定基礎。”
施工進入智能化時代
深中通道鋼殼沉管隧道是國內(nei) 首次采用鋼殼混凝土結構的沉管隧道,也是目前世界上最寬、體(ti) 量最大的鋼殼沉管隧道,對施工裝備提出了更高的要求。僅(jin) 靠方案和工藝創新無法滿足施工需求,必須製造出一艘功能更強大的沉管施工專(zhuan) 用船舶。
“為(wei) 了攻克這一世界級難題,中交一航局迅速組建了包括設計、研究、裝備、施工等專(zhuan) 家和工程師的專(zhuan) 題研發團隊。曆經3年研發設計出世界上安裝能力最強、沉放精度最高、施工作業(ye) 最高效、性能最先進的海底隧道沉管施工專(zhuan) 用船舶——‘一航津安1’。”一體(ti) 船研發團隊負責人李一勇介紹。“一航津安1”主船體(ti) 采用雙體(ti) 船船型設計,集沉管浮運、定位、沉放和安裝等功能於(yu) 一體(ti) 。
“合龍施工時,‘一航津安1’就像一隻巨大的長方形鋼鐵夾子,把最後一節沉管和最終接頭牢牢抱在船底。”中交一航局副總工程師李增軍(jun) 說,“一航津安1”最大的亮點是配備了無人駕駛係統。它具有自航能力,可減少隨行輔助船舶,保證航道通暢,能夠大大縮短沉管浮運和航道封航時間,降低對經濟的影響。還解決(jue) 了沉管長距離運輸的安全風險和航道疏浚等難題,減少沉管拖航航道疏浚挖泥量超千萬(wan) 立方米。
李增軍(jun) 介紹,相比傳(chuan) 統管節浮運安裝方式,“一航津安1”可滿足8萬(wan) 噸級沉管50公裏超長距離安全浮運安裝作業(ye) ,減少伶仃航道占用時間80%以上,減少臨(lin) 時航道挖泥70%以上,安裝效率較傳(chuan) 統工藝提升一倍以上。
“沉管浮運安裝一體(ti) 船係統性革新了世界沉管浮運安裝工藝,也將世界沉管安裝的厘米級標準提升到中國的毫米級標準。”深中通道管理中心副主任鍾輝虹說。
“我們(men) 在‘一航津安1’集合了沉管姿態控製係統、測量與(yu) 監控係統等的數據和信號。”中交一航局深中通道項目副總工程師寇曉強說。依靠北鬥衛星信號,“一航津安1”上的新型測控係統實時計算沉管三維動態,通過顯示屏,指揮人員精準掌握沉管在海底的具體(ti) 位置;同時,利用動態信號采集信息係統,實時監測沉管姿態。(齊慧)
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