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《科技日報》聚焦公司深中通道工程
發布時間:2020/6/22 0:00:00

深中通道:中國技術引領世界集群工程基礎建設新高度

科技日報記者 矯陽

 

浩瀚的伶仃洋上,距中交公路規劃設計院有限公司領銜設計完成的港珠澳大橋正北38公里,該公司正開啟一個新征程——又一世界級超大“島、隧、橋”集群工程,全長24公里,設計八車道、時速100公里的深(圳)至中(山)通道已顯雛形,其中特長海底沉管隧道和一座飄浮在海上的特大懸索橋,將開創世界先例。

 

受航運和空運等條件限制,深中通道設計采用了“東隧西橋”的設計方案,核心工程包括兩座人工島、一座沉管隧道和伶仃洋航道大橋。海底沉管隧道6.8公里,其中沉管隧道由32個管節加一個最終接頭“搭積木”連接而成,是目前世界上建設規模最大的沉管隧道,也是我國首例鋼殼混凝土沉管隧道;伶仃洋大橋系三跨全漂浮體系懸索橋,主跨跨徑為1666米,主塔高270米,橋面高達90米,為世界最高。

“深中通道是繼港珠澳大橋后,我國在超大型‘橋-島-隧-海底互通’四位一體集群工程建設領域的一個新高度,是在該領域引領世界技術發展的又一力作。”深中通道勘察設計總負責人徐國平說。

 

首節鋼殼沉管6月底浮運安裝

4月27日,深中通道核心裝備,一艘自航式沉管運輸安裝一體船“一航津安1”,正式開赴牛頭島沉管預制智慧工廠深塢區。

 

這是世界首制集沉管隧道浮運安裝于一體的專用船舶,進塢后將連接首節沉管E1開展二次舾裝,以確保沉管安裝毫米級的精度,標志著項目首節沉管與島上現澆隧道對接前的施工準備工作進入關鍵時期。

“今年是深中通道’橋、島、隧、海底互通’全面建設的關鍵之年,首節沉管6月底順利浮運沉放是今年的重中之重。”深中通道管理中心主任王啟銅說。

在海洋中間建設長距離隧道,沉管技術幾乎是目前最安全可行的手段。這是一種巧妙運用水的浮力、壓力、重量等作用而設計的施工工法。

深中通道的沉管隧道體量巨大,單孔跨度18~24米、寬46~55.46米,平均每節排水量約8萬噸,相當于一個中型航母;用鋼量約1萬噸;有2500多個獨立倉格。

超寬、變寬、深埋、回淤量大、采砂坑區域地層穩定性差,是深中海底隧道五大技術難點,工程規模和技術難度前所未有。“由于沉管安裝是一個連續、不間斷的施工過程,包括舾裝、整平、出塢、浮運、沉放、對接、回填,可以說是環環相扣、幾乎是’不可逆’的作業過程。”深中通道管理中心副主任兼總工宋神友說,沉管的浮運安裝是隧道施工最關鍵的一道工序,也是技術“最神秘”和風險最高的工序。

 

超級鋼殼沉管隧道正“智”潛海底

超級鋼殼沉管隧道是如何建造的?浮運安裝,這一技術“最神秘”和風險最高的工序采用了什么秘籍?

“與常規明挖隧道現場澆注施工不同,沉管隧道則是先在岸上預制若干管節,并在海中預先挖好基槽,然后將預制管節陸續浮運至海中隧道基槽上方,一個接一個高精度定位沉放于水底基槽內,利用水壓實現管節相互水密連接,其后再輔以其他相關工程施工,使這些管節組合貫通為隧道,成為連接水體兩端的陸上交通。”公規院深中通道設計服務現場負責人黃清飛說。

“鋼殼混凝土沉管隧道結構,國內缺乏相應設計標準、建設技術及經驗,尤其是管節鋼殼高精度制造、鋼殼多次轉場的結構質量控制、管節混凝土近零缺陷免振搗澆筑、管節長距離浮運安裝的風險管控等,都面臨艱巨的挑戰。”徐國平說。

這座世界超級鋼殼沉管隧道正“智”潛海底。“智能建造成為深中通道在跨海工程實踐中最突出的創新亮點,誕生了一個又一個世界和國內首創。”前管理中心主任、現廣東省公路建設有限公司總經理陳偉樂說,項目研發了國內首條鋼殼沉管智能制造生產線,國內首次實現了塊體智能焊接和智能涂裝,在國際上首次研發了鋼殼混凝土智能澆注系統,研發和制造了世界上第一艘運安一體船,降低了長距離浮運風險,并且打造了國內一流的智慧梁廠。

據悉,用于浮運安裝沉管隧道的最大秘籍是“一航津安1”,這艘由中交第一航務工程局有限公司研發的專用船舶集沉管浮運、定位、沉放和安裝等功能于一體、具有DP動力定位和循跡功能,擁有完全自主知識產權,目前已獲得國家專利并申報了國際專利。

 

“我們組織設計、施工、科研、裝備四位一體產學研結合的攻關模式。歷經三年研發,基本上成功攻克了項目乃至行業的‘卡脖子’技術難題,形成了具有自主知識產權的鋼殼混凝土沉管隧道建設成套技術和中國標準,填補了相關領域的空白,具有顯著的經濟效益和社會效益。”宋神友表示。

 

特大懸索橋漸從海中“浮”出

伶仃洋大橋,深中通道又一奇跡,是一座完全漂在海上的特大懸索橋。這座大橋正開始從海中“浮”出。

5月1日,伶仃洋大橋3600噸米的“第一塔吊”順利完成檢測,是建設過程中的最大噸位塔吊,最大幅度起重量可達80噸。“目前,伶仃洋大橋已完成部分工程的建設,待橋墩建設完成后,這臺塔吊還將用于片梁架設。”公規院深中通道橋梁設計負責人吳明遠說。

為滿足通航需求,伶仃洋大橋設計采用了世界最大跨徑離岸海中懸索橋,橋面達到三十層樓高。

伶仃洋大橋地處珠江口開闊水域,是強臺風頻繁區。“大橋設計為超大跨徑三跨吊全飄浮體系懸索橋,橋梁結構柔、阻尼比小,同時橋面超高,主梁的顫振檢驗風速高達83.7m/s,橋梁的抗風問題突出。”公規院深中通道橋梁設計副負責人徐軍介紹。

橋輕且高,風大,荷載重。這座完全漂在海上的特大懸索橋,將如何從海中浮出?“為攻克這一難關,伶仃洋大橋項目從結構理論、設計方法、技術標準、材料、施工工藝、智能制造、裝備、檢測方法等各方面組織開展20余項專題研究工作,形成了項目專用的技術標準體系。”吳明遠透露,項目組織了國內具有大型風洞實驗室的四個大學進行平行研究,研發了新型組合氣動控制技術,攻克了超大跨徑整體鋼箱懸索橋在強臺風區域的災變控制難題;采用筑島加地連墻集成創新技術,攻克了海域超大錨碇的建設難題。

深中通道還有多項創新。首次采用十二錘聯動的振沉方式,完善了由我國首創的“鋼圓筒圍堰快速成島”技術;首次大規模在水工建設中采用DCM深層混凝土攪拌樁、高壓旋噴樁施工工藝;首次建設世界最大海中錨錠——錨碇基礎采用8字形地連墻基礎,錨碇混凝土總方量為372513.8m3。采用2×65m直徑8字型地連墻基礎,最大深度65米……這些“中國技術”正一步步引領世界基礎建設新高度。

深中通道為國家“十三五”重大工程和《珠三角規劃綱要》確定建設的重大交通基礎設施項目,是推動粵港澳大灣區建設的重要工程,是粵東通往粵西乃至大西南的便捷通道,項目于2016年12月29日開工建設,計劃2024年全線通車,屆時珠江兩岸將實現半小時通達。