33根沉管連結滴水不漏
根據(jù)設計方案,港珠澳大橋海底沉管隧道由33根巨型沉管組成,每節(jié)管道長180米,寬37.95米,高11.4米,單節(jié)重約8萬噸。這些沉管采用工廠法預先制成,為此,大橋建設者用14個月在外?;膷u建成了世界最大的沉管預制廠,并創(chuàng)下了澆筑百萬方混凝土無一裂縫的世界奇跡。
把跟航母一樣重的沉管浮運至施工現(xiàn)場,并準確沉放在海地50米深已經鋪好的基床上并與前一個沉管實施精確對接,其難度和挑戰(zhàn)可想而知。
負責沉管浮運安裝施工的島隧項目副總工程師王強說,風向浪高、海底洋流、泥沙、海水密度,每一個參數(shù)的變化都會直接影響沉管對接。
即使在世界范圍內,沉管隧道尚沒有100%不漏水的紀錄。然而,港珠澳大橋隧道在世界范圍類似機構中,第一次做到了滴水不漏。
在沉管對接過程中,最終接頭無疑是“畫龍點睛”的一筆,負責最終接頭設計的工程師李毅告訴記者,為了實現(xiàn)毫米級的精度要求,他們用了3年時間,從方案的提出、細化、完成,“做到每一個參數(shù)能說得清楚”。
今年5月2日22時許,經過10余小時的吊裝,重達6000噸的最終接頭像“楔子”一樣被精確安裝在海底28米深的E29和E30兩節(jié)沉管之間,將海底隧道連為一體。從2013年5月第一節(jié)沉管安裝完成,歷時4年,大橋建設者先后攻克深水深槽、大徑流、強回淤、曲線段等世界難題,創(chuàng)造了“一年十節(jié)”的中國速度。
逼出來的創(chuàng)新
沉管隧道被定義為淺埋隧道,沉管回填及覆土厚度約在兩米,為滿足伶仃洋海域水運要求,港珠澳大橋隧道沉管需埋到海床以下20多米。
然而,自1928年人類工程史上修建第一條鋼筋混凝土沉管隧道以來,沉管制作的“工具箱”里只有剛性和柔性兩種方法。港珠澳大橋島隧工程總設計師劉曉東介紹說,“剛性結構好比一塊長條積木,而柔性結構好比樂高小塊積木拼接的積木條”。工程師們通過大量計算分析發(fā)現(xiàn),在20多米的覆蓋層下,采用傳統(tǒng)的剛性或柔性結構體系,沉管結構安全都得不到保障。
2012年11月17日凌晨,劉曉東收到林鳴的一條短信:“嘗試研究一下半剛性。”他所提出的半剛性結構設想,是保留甚至強化串起小管節(jié)之間的鋼絞線,加強小管節(jié)之間的連接,使180米長、由8個小節(jié)段連接而成的標準管節(jié)的變形受到更大的約束,增強深埋沉管的防錯位能力。
設計團隊用30多天完成《半剛性沉管結構方案設計與研究報告》,為了證明“半剛性”結構,工程師們又邀請國內外6家專業(yè)研究機構進行“背對背”的分析計算,從模型試驗及原理上驗證“半剛性”結構。最終,這一創(chuàng)新結構設計得到各方一致認可。
經過兩年努力,總長5.6公里,由33節(jié)、每節(jié)重7萬多噸的沉管連結而成的港珠澳大橋海底隧道沉管部分全線貫通,大橋建設者用最低的花費,把“半剛性”結構由構想變成現(xiàn)實。
“中國工程師的創(chuàng)新是被逼出來的,甚至是痛苦的”,回憶那一段煎熬的日子,林鳴感慨道,大橋設計之初,他們曾與一家掌握沉管隧道施工核心技術的外國公司商談合作,這家公司開出的咨詢費高達1.5億歐元,并且,施工過程及時間節(jié)點均由對方掌控。
外國公司的技術保護、技術壁壘與技術歧視,激發(fā)了中國工程師自主創(chuàng)新的決心。在港珠澳大橋島隧工程建設過程中,新技術創(chuàng)新有64項,包括深埋沉管、快速成島、隧道基礎、工廠法預制沉管、外海深槽沉管安裝等一系列工程難題,為世界海底隧道工程技術提供了新知識與新樣本。
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