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啃下「最難啃的骨頭」,港珠澳大橋主體工程全線貫通

「大橋海底隧道是第一條外海沉管隧道、世界最長的公路沉管隧道和唯一的深埋沉管隧道,堪稱港珠澳大橋『最難啃的骨頭』。」港珠澳大橋管理局相關負責人告訴科技日報記者。7月7日,約6.7公里的港珠澳大橋海底隧道貫通,標誌著港珠澳大橋主體全線貫通。

如今,人們從珠海到香港陸上可能要花費4個小時,從澳門到香港的水路也要花費1個多小時。港珠澳大橋的建成將首次實現澳門、珠海與香港的陸路連接,「半小時生活圈」僅一步之遙。

目前,島隧工程只剩下東、西人工島上建築和隧道鋪裝、內裝施工,交通工程已完成樣板段設備安裝送電,各項施工和營運籌備工作正在有條不紊地推進,力爭今年年底大橋具備通車條件。

要掌握核心技術工程師:「我們自己干!」

作為世界級的超級工程,全長55公里的港珠澳大橋體現了「六個最」:世界總體跨度最長、鋼結構橋體最長、海底沉管隧道最長的跨海大橋,也是世界公路建設史上技術最複雜、施工難度最高、工程規模最龐大的橋樑。

港珠澳大橋由海中橋隧主體工程、三地口岸和連接線組成,而島隧工程正是港珠澳大橋主體工程的關鍵控制性工程,同時,相比東、西人工島,島隧工程沉管隧道的建設則更為複雜。

外海沉管隧道核心技術一直掌握在少數幾家外國公司手裡,國內沒有經驗可以借鑒。

港珠澳大橋島隧工程項目部項目經理、總工林鳴在接受媒體採訪時說,他曾到荷蘭某擅長做沉管浮運沉放的公司求助,但該公司給開出了10幾億的天價諮詢費,談判最終破裂。

工程師們當即決定:「我們自己干!」對此,荷蘭專家當時只說了一句話:「我送你們一首『祈禱歌』吧。」言外之意,人想自己建海底沉管隧道,去向上帝祈禱吧。

幾年過去了,的工程師從創造性地快速築島到14個月建成「超級工廠」——沉管預製廠;再從2013年5月第一節沉管歷經96小時鏖戰,到今年5月「最終接頭」毫米級的精準沉放對接。

荷蘭另外一家沉管權威公司:荷蘭隧道工程諮詢公司TEC的執行總裁漢斯,在見證了大橋「最終接頭」的成功沉放對接后,為工程師發來了賀信。

從「祈禱歌」到賀信,人自己建設的島隧工程贏得了國際權威的認可。

沉管管節預製創造百萬方混凝土現澆無裂縫奇迹

「7日貫通的海底隧道是首條外海沉管隧道,也是當今世界上最長、埋深最深、綜合技術難度最高的沉管隧道。」港珠澳大橋管理局相關負責人說。

沉管隧道長約6.7公里,其中海底部分約5664米,是首條於外海建設的超大型沉管隧道,由33節巨型沉管和1個合龍段最終接頭組成,最大安裝水深超過40米。

「建設這樣一條沉管隧道,最主要的步驟有三個:沉管管節預製、隧道基礎處理和沉管浮運安裝。」港珠澳大橋管理局相關負責人說。

2013年5月6日凌晨2時58分,經過連續86小時艱苦的施工作業,港珠澳大橋島隧工程首節巨型沉管(E1)管節與西人工島暗埋段實現完美對接,「深海之吻」首戰告捷。新華社 資料圖

建設者們在國內首次採用工廠流水線預製工藝預製沉管管節,他們戰颱風、斗酷暑,歷時14個月,在2012年2月2日建成了世界最大的沉管預製廠。

從2012年5月7日管節預製啟動,到2016年12月26日完成全部28節直線段管節和5個曲線段管節,預製廠內的兩條生產線歷經四年半的時間,創造了百萬方混凝土現澆無裂縫的奇迹。

據了解,沉管隧道標準管節長約180米,重約8萬噸,由8個管段組成,每個管段長22.5米,全部採用兩孔一管廊截面形式,寬37.95米,高11.4米,管壁厚度達到1.5米。

港珠澳大橋管理局相關負責人說,沉管混凝土結構具有強度高、尺寸大、管壁厚、全斷面澆築等顯著特點,控裂難度高、風險大。在正式預製之前,項目部通過管節足尺模型試驗,對預製沉管混凝土的原材料、配合比、施工工藝以及裂縫控制措施的可行性及可靠性進行詳細驗證。

沉管預製完成後即被頂推至淺塢進行一次舾裝,然後起浮至深塢進行二次舾裝,擇機開啟它的海上「奇幻之旅」——拖運到海中施工地點進行沉放安裝。

在此之前,建設者們需要在海底挖出一條巨大的基槽,並進行隧道基礎處理,為沉管管節鋪好基床。由於隧道沉管段全部位於軟弱地基,最大作業水深達46米,地基的不均勻沉降直接影響沉管結構的安全及防水。

港珠澳大橋管理局相關負責人說,為此,建設者們突破了常規的施工方式,採用更加先進的理念及精細化的施工作業,大規模採用環保的擠密砂樁地基加固技術、複合地基方案和自主研發的大型裝備,對基槽開挖、清淤、基床鋪設等關鍵工序進行高精度控制。

建設者們還開發了大型定深平挖抓鬥和挖深精度控制系統進行基槽精挖;研製了專用清淤船和拋石夯平船進行基槽清淤和拋石夯平施工作業;專門研發了國內第一艘平台式碎石整平船,全部採用自動化控制進行碎石基床鋪設,其整平功能、施工工藝和施工精度均達世界領先水平,也是目前世界最大的深水碎石高精度整平船。

精細的隧道基礎建設堪比「海底繡花」,為沉管管節鋪就了一條高質量的基床。

沉管浮運安裝

港珠澳大橋隧道管節是世界最長的海底隧道沉管管節,體量相當於一艘中型航空母艦,在波濤洶湧的大海中挪動哪怕一厘米,都需要一支艦隊的力量。

管節浮運的線路穿過伶仃洋最繁忙的通航水域,操控難度極大,需精確預測氣象、水文條件施工窗口。

港珠澳大橋管理局相關負責人說,為此,建設者聯合海洋環境預報專業團隊,開展小區域水文氣象窗口預報,為浮運沉放各階段決策提供精確的風浪流條件參數。同時聯合海事部門實施海上臨時交通管制和護航,採用8艘大馬力全迴轉拖輪協同作業,總功率超過五萬匹,將管節從13公裡外的預製廠拖運到海中沉放地點,進行沉放安裝。

2013年5月2日上午11:00,在經過數月共4次浮運演練之後,島隧工程首節E1管節浮運安裝正式拉開序幕。

「萬事開頭難」,由於國內沒有可供借鑒的成熟經驗,建設者們猶如新手開車上大街,所以曾希望請個「教練」,帶領他們出征茫茫大海。

港珠澳大橋管理局相關負責人說,然而國外「教練」要價太高,建設者們決心依靠自己的智慧,勇敢承擔起巨大的壓力和責任,進行快速的學習吸收,摸著石頭過河。知易行難,這個過程充滿艱難和痛苦,首節E1管節與西人工島暗埋段對接經歷了連續96個小時的艱苦鏖戰。

在隨後的浮運沉放中,建設者們不斷摸索和總結經驗。2014年沉管施工經受了最大水深46米的考驗。

2015年,面對基槽回淤的嚴峻考驗,施工單位集合技術力量全力攻關,E15管節安裝歷經三次浮運、兩次返航,在廣東省政府及相關部門的大力支持和配合下,終於於2015年3月26日在海底實現精準對接。

2016年10月7日,首個曲線段沉管E33管節與東人工島成功對接;2017年3月7日,最後一節沉管E30管節安裝成功,距最終合龍僅差12米。

2017年5月2日,重達6000噸的最終接頭正式起吊安裝,並於5日凌晨精調到位,創造了毫米級對接精度。5月25日,經過20個日日夜夜的連續作業,港珠澳大橋沉管隧道最終接頭焊接合龍完成,重大工程風險基本消除。

填補多個空白讓的橋樑及的標準走向世界

上個世紀八九十年代,日本人建設了本四聯絡橋,此後,世界上建設跨海大橋多在參考日本的本四橋。上個九十年代到2000年之間,丹麥建設了很多很好的工程,港珠澳大橋也參考了丹麥的經驗。

「經過14年的努力,我們團隊形成了港珠澳大橋專用技術標準體系,我們希望進一步完善,使以後的跨海工程,參考橋隧工程的新標準。粵港澳大灣區,是『海上絲綢之路』起點之一,希望通過港珠澳大橋的建設,使的橋樑,以及的標準,也能走向世界。」7月1日,在中央電視台綜合頻道播出的《開講啦》節目上,港珠澳大橋主體工程總工程師蘇權科說。

港珠澳大橋建設過程中產生的一系列新技術、新材料和新裝備,在多個領域填補了行業標準的空白,形成了走向世界的「標準」。

港珠澳大橋管理局相關負責人說,大橋建設者將橋樑主要構件搬進工廠,搬上標準化流水線生產,然後用搭積木的方式進行裝配化施工,大大提高了成品構件的質量,縮短了現場安裝作業時間,降低了海上施工風險。

其中,島隧工程建設就集成了國內外優勢資源,開發並應用了多項具有國際領先水平的設計理論、施工方案、工藝、工法,形成了一整套成熟的海底沉管隧道設計與施工技術標準,研發和製造了多項大型專用施工裝備,完成了大量的技術創新,不僅填補了在海底沉管隧道建設領域的空白,也完善和提高了世界範圍內海底沉管隧道的建設技術水平。

工程師們的智慧,正在隨著「港珠澳大橋」這張展示基礎設施建設實力和實施「一帶一路」國家戰略的「新名片」而走向世界。

審核:管晶晶



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