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超級工程深中通道背后的超級“智慧”
2024-06-28 記者 田建川 廣州報道 來(lái)源: 經(jīng)濟參考報

  當從香港、深圳和廣州三大國際機場(chǎng)進(jìn)出港的航班飛經(jīng)珠江口時(shí),很多乘客驚喜地發(fā)現,一座超級工程在伶仃洋上蜿蜒,如同一條巨龍。

  這座超級工程就是即將通車(chē)的深中通道。這座粵港澳大灣區核心樞紐工程集“橋、島、隧、水下互通”于一體,全長(cháng)約24公里,是當前世界上綜合建設難度最高的跨海集群工程。

  面對一長(cháng)串的難題,上萬(wàn)名建設者以“敢教日月?lián)Q新天”的奮斗精神,七年磨一劍,在伶仃洋上建起世界最大跨徑全離岸海中鋼箱梁懸索橋,鋪設世界首例雙向八車(chē)道鋼殼混凝土沉管隧道,造出世界首例水下高速公路樞紐互通,以過(guò)硬的實(shí)力創(chuàng )下10項“世界之最”。

  自建設以來(lái),深中通道獲得發(fā)明專(zhuān)利200余項、行業(yè)協(xié)會(huì )獎項數十項,并屢獲國際贊譽(yù):2024年4月,深中大橋榮獲國際橋梁大會(huì )“喬治·理查德森獎”,深中隧道榮膺“全球隧道與地下工程領(lǐng)域50項標志性工程”。

  深中通道的建設,標志著(zhù)我國科技創(chuàng )新能力的不斷提升,是我國綜合國力不斷增強的集中展示,是由交通大國邁向交通強國的重要標志性工程,在技術(shù)上實(shí)現了多項創(chuàng )新和突破。

  這個(gè)超級工程背后,有哪些超級智慧?

  海上架天路

  從空中俯瞰,深中大橋如長(cháng)虹臥波。

  為滿(mǎn)足通航需求,深中大橋采用了主跨1666米的世界最大跨全離岸海中懸索橋方案,橋面高達91米,處在珠江口開(kāi)闊水域、強臺風(fēng)頻發(fā)區,抗風(fēng)問(wèn)題突出。

  “面對技術(shù)挑戰,我們組織多所高校和科研機構,采用產(chǎn)、學(xué)、研、用四位一體方式,開(kāi)展了3年多的平行研究,研發(fā)出了新型組合氣動(dòng)控制技術(shù),在世界上首次大幅提升大跨徑整體鋼箱梁懸索橋抗風(fēng)性能?!睆V東交通集團深中通道管理中心主任、總工程師宋神友說(shuō),項目將大跨徑鋼箱梁懸索橋的臨界顫振風(fēng)速,從世界公認的70米/秒提升到88米/秒,一舉打破了國外權威論斷。

  深中大橋由保利長(cháng)大和中交二航局承建。在茫茫伶仃洋上,如何施工架橋?2022年4月,建設者們架起了世界最高的海中貓道。貓道是懸索橋施工時(shí)架設在主纜之下、平行于主纜線(xiàn)形的臨時(shí)施工便道,是懸索橋上部結構作業(yè)的高空施工平臺。

  “貓道面網(wǎng)由兩層鍍鋅鋼絲網(wǎng)組成,鋼絲網(wǎng)上鋪設有防滑木條,便于施工人員在上面進(jìn)行高空作業(yè)。深中大橋竣工后再將貓道拆除?!北@L(cháng)大深中通道S05標項目總工王曉佳介紹。

夕陽(yáng)中的深中大橋。

  2022年5月15日,深中大橋完成首根主纜索股架設,這是我國自主研發(fā)的2060兆帕鋼絲首次大規模應用于橋梁建造。

  主纜是懸索橋受力的關(guān)鍵構件之一,也是懸索橋最重要的“生命線(xiàn)”。深中大橋上下游共設兩根主纜,單根主纜由199根索股組成,每股又由127根高強鋼絲組成,長(cháng)約3公里、重約90噸,可承擔極限拉力高達740噸,是已通車(chē)運行的南沙大橋的1.5倍。

  深中大橋主纜長(cháng)期處于高溫、高鹽、高濕的海洋環(huán)境,還要承受風(fēng)和汽車(chē)交變荷載作用,腐蝕疲勞問(wèn)題突出,且全壽命周期不能更換。

  為讓?xiě)宜鳂颉吧€(xiàn)”更強勁、更耐久,深中通道項目建設者對鋼絲鍍層材料及配比、核心原材料盤(pán)條等進(jìn)行了三年多的平行研究,實(shí)現了“中國智造”的再突破,主纜強度由1960兆帕直接提高到2060兆帕,其耐久性得到極大提升,達到國際領(lǐng)先水平。

  圍繞制約懸索橋主纜耐久性的核心關(guān)鍵技術(shù),團隊在國際上首次研制出6毫米—2060兆帕鋅鋁多元合金鍍層鋼絲索股,其耐腐蝕性能達到此前熱鍍鋅鋁合金鋼絲的2倍。

  “如果主纜鋼絲表層發(fā)生磕碰破損,新型鍍層化合物會(huì )流動(dòng)到損傷區域,生成新保護膜,實(shí)現缺口自修復?!鄙钪型ǖ拦芾碇行目偣まk工程師陳煥勇說(shuō)。

  廣東交通集團總經(jīng)理劉曉華表示,更高強度、更強耐久性的主纜鋼絲,不但增強了橋梁可靠性和耐久性,還對提高我國長(cháng)大橋梁跨度、主纜鋼絲及纜索制造技術(shù)水平具有重要意義,將持續鞏固我國橋梁技術(shù)的國際先進(jìn)行列地位。

  海底筑長(cháng)城

  深中通道海底隧道長(cháng)約6.8公里,包含沉管段約5公里,由32個(gè)管節及1個(gè)最終接頭組成,為世界首例雙向八車(chē)道鋼殼混凝土沉管隧道。

  為適應海底隧道超寬、變寬、深埋、大回淤技術(shù)特點(diǎn),深中通道建設團隊在國內首次創(chuàng )新性提出了鋼殼混凝土沉管隧道新型結構。這種結構在國際上是首次大規模應用,國內更是面臨全產(chǎn)業(yè)鏈空白:沒(méi)有相應的工程經(jīng)驗,沒(méi)有成熟的設計規范、施工經(jīng)驗、質(zhì)量驗評標準、檢測手段和方法。

  面對國外對相關(guān)建設技術(shù)的保護,項目團隊決心自主創(chuàng )新,牽頭組織20余家一流科研團隊從2015年開(kāi)始進(jìn)行攻關(guān),攻克了鋼殼制造、自密實(shí)混凝土制備、管節澆筑、檢測及浮運安裝等多項難題。

  沉管怎么造?

  鋼殼混凝土沉管,顧名思義,是在鋼殼中填充混凝土形成的沉管。深中通道海底隧道總用鋼量約32萬(wàn)噸,是國家體育場(chǎng)“鳥(niǎo)巢”用鋼量的3倍;其標準管節長(cháng)165米、寬46米、高10.6米,立起來(lái)就是一幢55層的大樓;平均每節沉管的用鋼量約1萬(wàn)噸,焊縫長(cháng)度超過(guò)270公里,最厚的鋼板達到40毫米。

  按照施工計劃,必須達到每月出廠(chǎng)一節鋼殼的速度,才能滿(mǎn)足項目建設需要。為此,深中通道打造了國內首條大型鋼結構“智能制造四線(xiàn)一系統”?!拔覀冊趪鴥仁状螌?shí)現了大型鋼結構塊體智能焊接及智能?chē)娡?,極大提高了焊接的質(zhì)量和速度?!睆V東交通集團深中通道管理中心總工辦主任金文良說(shuō)。

  鋼殼制造完成后,需要采用智能澆筑系統進(jìn)行自密實(shí)混凝土的澆筑。

沉管浮運安裝一體船提帶最后一個(gè)管節進(jìn)行浮運作業(yè)。

  2018年6月,位于珠海桂山島上、曾承接港珠澳大橋隧道沉管建造的中交四航局沉管預制工廠(chǎng),又肩負起深中通道項目其中22個(gè)沉管管節預制的艱巨使命。建設者們首先面臨的難題是,對傳統預制工廠(chǎng)進(jìn)行改造。

  深中通道沉管隧道其斷面寬度達46-55.46米,比港珠澳大橋雙向六車(chē)道鋼筋混凝土沉管隧道斷面還要寬9米,單孔跨度超過(guò)18米,沉放最大水深達到40米,沉管結構的受力非常復雜。

  “必須對預制廠(chǎng)升級改造,實(shí)現智能化、自動(dòng)化,以及高質(zhì)量和可溯源?!睍r(shí)任深中通道管理中心主任陳偉樂(lè )說(shuō)。

  面對改造的重重困難,深中通道建設者們迎難而上、反復推敲,攜手將一張張設計藍圖變?yōu)楝F實(shí),通過(guò)80多次方案研討、300多份圖紙、23項攻關(guān),預制廠(chǎng)改造過(guò)程中取得了11項專(zhuān)利。

  沉管要在海中經(jīng)受得起長(cháng)年累月的水壓、腐蝕等考驗,因此,沉管管節澆筑的“芯”技術(shù)尤為重要。保利長(cháng)大深中通道S08合同段項目經(jīng)理吳旭東說(shuō),沉管管節為矩形雙層鋼殼、內部填充自密實(shí)混凝土的復合結構型式,每個(gè)管節有2200多個(gè)密閉隔倉,澆筑精度要求高,且澆筑過(guò)程基本不可逆。為了高質(zhì)量完成預制,項目研發(fā)團隊研制出一套世界首創(chuàng )的智能澆筑設備及系統。

  “經(jīng)過(guò)三年多的平行研究,進(jìn)行了上百組模型試驗,我們研制出了高穩健、高流動(dòng)性的自密實(shí)混凝土。同時(shí),我們研發(fā)出了具備自動(dòng)尋孔、自動(dòng)行走、自動(dòng)控制澆筑速度的智能澆筑裝備及系統,極大提升了澆筑質(zhì)量和速度?!敝薪凰暮骄稚钪型ǖ理椖坎可a(chǎn)副經(jīng)理羅兵說(shuō)。檢測表明,混凝土填充密實(shí)性達到國際領(lǐng)先水平。

  沉管怎么運?

  2020年4月27日,深中通道核心裝備自航式沉管運輸安裝一體船“一航津安1”正式開(kāi)赴珠海桂山島沉管預制智慧工廠(chǎng),它將從這里將沉管運至深中通道的沉放水域,它也是世界首制集沉管隧道浮運安裝于一體、具有DP動(dòng)力定位和循跡功能的專(zhuān)用船舶,堪稱(chēng)大國重器。

  “一航津安1”研發(fā)歷經(jīng)三年艱辛,由深中通道管理中心牽頭組織,中交一航局提出、上海振華設計、中船黃埔文沖建造,擁有完全自主知識產(chǎn)權。相比傳統管節浮運安裝方式,它可有效減少浮運航道的疏浚量。另外,該船配備沉管沉放姿態(tài)控制系統,可實(shí)現沉管水下50米的精準沉放與高精度對接。

  沉管怎么接?

  沉管對接,就像在海底搭積木,最精彩的是2023年6月11日,深中通道海底沉管隧道的最終接頭順利推出。測量結果表明,該接頭實(shí)現了與E24管節的精準對接,標志著(zhù)世界最長(cháng)最寬鋼殼混凝土沉管隧道正式合龍。分處珠江口東西岸的深圳和中山在伶仃洋海底實(shí)現“牽手”。

  在此之前,深中通道海底隧道已由東西兩側往中間依次沉放對接了31個(gè)管節。6月8日,最后一個(gè)管節E23及最終接頭從珠海市桂山島沉管預制廠(chǎng)出運,駛向施工水域。至11日完成最終接頭對接,歷時(shí)近70個(gè)小時(shí)。

  最終接頭的對接就像“海底穿針”,誤差要控制在“毫米級”。為了實(shí)現這一高難度目標,建設者們歷經(jīng)2年技術(shù)論證、1年聯(lián)合設計,在世界范圍內首創(chuàng )了沉管整體預制水下推出式最終接頭新工藝。

  6月10日14時(shí),最終接頭頂推作業(yè)準備就緒,在世界首創(chuàng )“千斤頂推出+水壓推出”雙系統作用下,以每分鐘5至10毫米的速度緩慢推出。11日8時(shí),最終接頭實(shí)現了與E24管節精準對接。

  負責施工的中交一航局深中通道項目部常務(wù)副總工程師寧進(jìn)進(jìn)說(shuō),最終接頭推出過(guò)程中,項目團隊創(chuàng )新使用了水下雙目攝影定位技術(shù)和水下拉線(xiàn)技術(shù),通過(guò)兩者相互復核、聯(lián)合解算,為最終接頭在海底安裝對接提供了更高精度的定位數據。

  “在此次最終接頭對接施工前,我們通過(guò)基于北斗測量的控制系統,已經(jīng)實(shí)現了15個(gè)管節的‘毫米級’平面安裝精度?!彼紊裼颜f(shuō),為實(shí)現深中通道海底沉管隧道合龍所采取的一系列創(chuàng )新舉措,豐富了世界跨海沉管隧道的“中國方案”和“中國標準”,擴大了我國在該領(lǐng)域的領(lǐng)先優(yōu)勢。

  海中生雙島

  為實(shí)現快速的橋隧交通功能轉換,深中通道在海底隧道兩側設置了東、西兩座人工島,其中東人工島上還有4條匝道設在水下,是國內首個(gè)高速公路水下互通立交。

  西人工島設在伶仃洋中,是實(shí)現跨海橋梁和海底隧道轉換的關(guān)鍵,島體采用菱形設計,面積約13.7萬(wàn)平方米,相當于19個(gè)足球場(chǎng)那么大,采用大直徑鋼圓筒快速成島技術(shù)進(jìn)行筑島施工。

  “我們把直徑28米、高40米,重600多噸的57個(gè)鋼圓筒,用自主創(chuàng )新的12錘聯(lián)動(dòng)錘組,將它‘敲’進(jìn)20多米深的海底,實(shí)現快速成島?!敝薪灰缓骄稚钪型ǖ理椖坎扛笨偨?jīng)理劉昊檳說(shuō)。

  2017年5月1日首個(gè)鋼圓筒振沉成功,當年9月18日完成了最后一個(gè)鋼圓筒振沉,僅用四個(gè)半月就實(shí)現了西人工島快速成島,刷新了“快速成島”的施工紀錄。

  東人工島位于深圳寶安機場(chǎng)南側,緊鄰福永機場(chǎng)碼頭,東連在建廣深沿江高速深圳段側接線(xiàn)工程,西接深中通道海底隧道。東人工島全島陸域面積34.38萬(wàn)平方米,相當于48個(gè)國際標準足球場(chǎng)。為實(shí)現東人工島與廣深沿江高速的快速交通轉換功能,島上有4條匝道隧道處于水下。

2020年1月15日,深中通道成功拆除第一個(gè)西人工島島頭鋼圓筒。

  2017年12月21日,東人工島正式開(kāi)工建設,經(jīng)過(guò)2000多天攻堅克難,建設團隊相繼攻克了海域深厚軟基超深超寬基坑集群工程施工階段防滲止水及回填均勻控制難題,破解了深基坑施工抵近構造物小變形世界難題。

  島上主線(xiàn)隧道施工下穿廣深沿江高速橋下時(shí),需開(kāi)挖長(cháng)70余米、寬46米、深約18米的巨大基坑,且最近處離既有橋梁承臺僅1.17米,施工安全風(fēng)險極高。

  “我們在橋下基坑范圍采用‘抽條+裙邊’的高壓旋噴樁進(jìn)行土體加固,在基坑兩側實(shí)施鎖扣鋼管樁及止水帷幕,同時(shí)邊往下開(kāi)挖邊采取伺服數控系統進(jìn)行支撐?!敝需F隧道局深中通道項目S03合同段常務(wù)副經(jīng)理劉坤介紹,這套系統能實(shí)時(shí)監控數據,并可自動(dòng)對不同支撐點(diǎn)施加不同的軸力,確保了基坑施工安全高效。

  世紀工程

  今年1月,廣東交通集團深中通道管理中心主任、總工程師宋神友榮獲“國家卓越工程師”稱(chēng)號。從2010年深中通道前期工作辦公室組建,到深中通道建成通車(chē),14年間,他和這個(gè)超級工程共同成長(cháng),擔負起項目的前期、設計、科研與施工組織策劃等重要任務(wù),也見(jiàn)證了這個(gè)世紀工程從無(wú)到有、從藍圖變?yōu)楝F實(shí)。

  “深中通道,為粵港澳大灣區過(guò)江通道建設壯麗畫(huà)卷增添了濃墨重彩的一筆?!彼紊裼颜f(shuō)。在業(yè)內專(zhuān)家看來(lái),深中通道不僅是“橋、島、隧、水下互通”四位一體的跨海超級工程,也是發(fā)展交通行業(yè)新質(zhì)生產(chǎn)力的標桿工程,是我國由交通大國邁向交通強國的標志性工程,是助推區域協(xié)調發(fā)展的民生工程。

  深中通道建設堅持以開(kāi)放的胸懷學(xué)習借鑒國際先進(jìn)理念和技術(shù)成果,以關(guān)鍵技術(shù)自主創(chuàng )新、科技成果轉化應用為己任,牢牢把創(chuàng )新的主導權、發(fā)展的主動(dòng)權掌握在自己手中,為中國跨海交通集群工程建設自立自強提供了一個(gè)成功范例。

  在業(yè)內人士看來(lái),深中通道的多個(gè)“一流”造就了這項世紀工程。

2023年4月18日,深中大橋吊裝最后一片箱梁。

深中通道夜景。

  堅持需求引領(lǐng)、創(chuàng )新驅動(dòng),深中通道創(chuàng )新了跨海交通集群工程管理新范式,構建現代工程建設管理體系,實(shí)現“一流管理”。

  全力推行工業(yè)化建造和智能建造,研發(fā)形成了15項世界首創(chuàng )的核心材料、關(guān)鍵技術(shù)和大國重器,攻克了離岸海中超大跨徑懸索橋、外海超寬鋼殼沉管隧道等領(lǐng)域“卡脖子”技術(shù)難題,系統革新了離岸海中超大跨徑懸索橋建造技術(shù)、外海超大尺度沉管管節浮運安裝工藝,支撐了深中通道高質(zhì)量、高精度、高工效建設,形成了“一流技術(shù)”。

  實(shí)施精細管理和精品建造,在世界首例雙向八車(chē)道海底隧道、世界最大跨徑離岸海中懸索橋、世界首例水下樞紐互通立交等領(lǐng)域取得5項突破引領(lǐng)性的“深中質(zhì)量”,打造了“一流設施”。

  “建成通車(chē)后,深中通道將與已建成的港珠澳大橋、南沙大橋、虎門(mén)大橋等跨??缃ǖ?,為沿線(xiàn)城市提供更多的合作空間、發(fā)展空間、想象空間?!泵鎸磳⑼ㄜ?chē)的深中通道,廣東交通集團董事長(cháng)鄧小華說(shuō),更重要的是,項目培育了一批素質(zhì)優(yōu)良的跨海交通集群工程建設人才梯隊和創(chuàng )新團隊,為世界跨海通道工程提供了廣東經(jīng)驗和中國方案。圖片由深中通道管理中心供圖

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