乐竞超级工程深中通道背后的超级“智慧”

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乐竞超级工程深中通道背后的超级“智慧”

发布日期 :2024-12-31

乐竞当从香港、深圳和广州三大国际机场进出港的航班飞经珠江口时，很多乘客惊喜地发现，一座超级工程在伶仃洋上蜿蜒，如同一条巨龙。这座超级工程就是即将通车的深中通道。这座粤港澳大湾区核心枢纽工程集“桥、岛、隧、水下互通”于一体，全长约24公里，是当前世界上综合建设难度最高的跨海集群工程。面对一长串的难题，上万名建设者以“敢教日月换新天”的奋斗精神，七年磨一剑，在伶仃洋上建起世界最大跨径全离岸海中钢箱梁悬索桥，铺设世界首例双向八车道钢壳混凝土沉管隧道，造出世界首例水下高速公路枢纽互通，以过硬的实力创下10项“世界之最”。深中通道夜景。自建设以来，深中通道获得发明专利200余项、行业协会奖项数十项，并屡获国际赞誉：2024年4月，深中大桥荣获国际桥梁大会“乔治·理查德森奖”，深中隧道荣膺“全球隧道与地下工程领域50项标志性工程”。深中通道的建设，标志着我国科技创新能力的不断提升，是我国综合国力不断增强的集中展示，是由交通大国迈向交通强国的重要标志性工程，在技术上实现了多项创新和突破。这个超级工程背后，有哪些超级智慧？海上架天路从空中俯瞰，深中大桥如长虹卧波。为满足通航需求，深中大桥采用了主跨1666米的世界最大跨全离岸海中悬索桥方案，桥面高达91米，处在珠江口开阔水域、强台风频发区，抗风问题突出。 “面对技术挑战，我们组织多所高校和科研机构，采用产、学、研、用四位一体方式，开展了3年多的平行研究，研发出了新型组合气动控制技术，在世界上首次大幅提升大跨径整体钢箱梁悬索桥抗风性能。”广东交通集团深中通道管理中心主任、总工程师宋神友说，项目将大跨径钢箱梁悬索桥的临界颤振风速，从世界公认的70米/秒提升到88米/秒，一举打破了国外权威论断。深中大桥由保利长大和中交二航局承建。在茫茫伶仃洋上，如何施工架桥？2022年4月，建设者们架起了世界最高的海中猫道。猫道是悬索桥施工时架设在主缆之下、平行于主缆线形的临时施工便道，是悬索桥上部结构作业的高空施工平台。夕阳中的深中大桥。 “猫道面网由两层镀锌钢丝网组成，钢丝网上铺设有防滑木条，便于施工人员在上面进行高空作业。深中大桥竣工后再将猫道拆除。”保利长大深中通道S05标项目总工王晓佳介绍。 2022年5月15日，深中大桥完成首根主缆索股架设，这是我国自主研发的2060兆帕钢丝首次大规模应用于桥梁建造。主缆是悬索桥受力的关键构件之一，也是悬索桥最重要的“生命线”。深中大桥上下游共设两根主缆，单根主缆由199根索股组成，每股又由127根高强钢丝组成，长约3公里、重约90吨，可承担极限拉力高达740吨，是已通车运行的南沙大桥的1.5倍。深中大桥主缆长期处于高温、高盐、高湿的海洋环境，还要承受风和汽车交变荷载作用，腐蚀疲劳问题突出，且全寿命周期不能更换。为让悬索桥“生命线”更强劲、更耐久，深中通道项目建设者对钢丝镀层材料及配比、核心原材料盘条等进行了三年多的平行研究，实现了“中国智造”的再突破，主缆强度由1960兆帕直接提高到2060兆帕，其耐久性得到极大提升，达到国际领先水平。围绕制约悬索桥主缆耐久性的核心关键技术，团队在国际上首次研制出6毫米—2060兆帕锌铝多元合金镀层钢丝索股，其耐腐蚀性能达到此前热镀锌铝合金钢丝的2倍。 “如果主缆钢丝表层发生磕碰破损，新型镀层化合物会流动到损伤区域，生成新保护膜，实现缺口自修复。”深中通道管理中心总工办工程师陈焕勇说。广东交通集团总经理刘晓华表示，更高强度、更强耐久性的主缆钢丝，不但增强了桥梁可靠性和耐久性，还对提高我国长大桥梁跨度、主缆钢丝及缆索制造技术水平具有重要意义，将持续巩固我国桥梁技术的国际先进行列地位。海底筑长城深中通道海底隧道长约6.8公里，包含沉管段约5公里，由32个管节及1个最终接头组成，为世界首例双向八车道钢壳混凝土沉管隧道。为适应海底隧道超宽、变宽、深埋、大回淤技术特点，深中通道建设团队在国内首次创新性提出了钢壳混凝土沉管隧道新型结构。这种结构在国际上是首次大规模应用，国内更是面临全产业链空白：没有相应的工程经验，没有成熟的设计规范、施工经验、质量验评标准、检测手段和方法。面对国外对相关建设技术的保护，项目团队决心自主创新，牵头组织20余家一流科研团队从2015年开始进行攻关，攻克了钢壳制造、自密实混凝土制备、管节浇筑、检测及浮运安装等多项难题。沉管怎么造？钢壳混凝土沉管，顾名思义，是在钢壳中填充混凝土形成的沉管。深中通道海底隧道总用钢量约32万吨，是国家体育场“鸟巢”用钢量的3倍；其标准管节长165米、宽46米、高10.6米，立起来就是一幢55层的大楼；平均每节沉管的用钢量约1万吨，焊缝长度超过270公里，最厚的钢板达到40毫米。按照施工计划，必须达到每月出厂一节钢壳的速度，才能满足项目建设需要。为此，深中通道打造了国内首条大型钢结构“智能制造四线一系统”。“我们在国内首次实现了大型钢结构块体智能焊接及智能喷涂，极大提高了焊接的质量和速度。”广东交通集团深中通道管理中心总工办主任金文良说。钢壳制造完成后，需要采用智能浇筑系统进行自密实混凝土的浇筑。 2018年6月，位于珠海桂山岛上、曾承接港珠澳大桥隧道沉管建造的中交四航局沉管预制工厂，又肩负起深中通道项目其中22个沉管管节预制的艰巨使命。建设者们首先面临的难题是，对传统预制工厂进行改造。深中通道沉管隧道其断面宽度达46-55.46米，比港珠澳大桥双向六车道钢筋混凝土沉管隧道断面还要宽9米，单孔跨度超过18米，沉放最大水深达到40米，沉管结构的受力非常复杂。 “必须对预制厂升级改造，实现智能化、自动化，以及高质量和可溯源。”时任深中通道管理中心主任陈伟乐说。面对改造的重重困难，深中通道建设者们迎难而上、反复推敲，携手将一张张设计蓝图变为现实，通过80多次方案研讨、300多份图纸、23项攻关，预制厂改造过程中取得了11项专利。沉管要在海中经受得起长年累月的水压、腐蚀等考验，因此，沉管管节浇筑的“芯”技术尤为重要。保利长大深中通道S08合同段项目经理吴旭东说，沉管管节为矩形双层钢壳、内部填充自密实混凝土的复合结构型式，每个管节有2200多个密闭隔仓，浇筑精度要求高，且浇筑过程基本不可逆。为了高质量完成预制，项目研发团队研制出一套世界首创的智能浇筑设备及系统。 “经过三年多的平行研究，进行了上百组模型试验，我们研制出了高稳健、高流动性的自密实混凝土。同时，我们研发出了具备自动寻孔、自动行走、自动控制浇筑速度的智能浇筑装备及系统，极大提升了浇筑质量和速度。”中交四航局深中通道项目部生产副经理罗兵说。检测表明，混凝土填充密实性达到国际领先水平。沉管怎么运？ 2020年4月27日，深中通道核心装备自航式沉管运输安装一体船“一航津安1”正式开赴珠海桂山岛沉管预制智慧工厂，它将从这里将沉管运至深中通道的沉放水域，它也是世界首制集沉管隧道浮运安装于一体、具有DP动力定位和循迹功能的专用船舶，堪称大国重器。 “一航津安1”研发历经三年艰辛，由深中通道管理中心牵头组织，中交一航局提出、上海振华设计、中船黄埔文冲建造，拥有完全自主知识产权。相比传统管节浮运安装方式，它可有效减少浮运航道的疏浚量。另外，该船配备沉管沉放姿态控制系统，可实现沉管水下50米的精准沉放与高精度对接。沉管怎么接？沉管对接，就像在海底搭积木，最精彩的是2023年6月11日，深中通道海底沉管隧道的最终接头顺利推出。测量结果表明，该接头实现了与E24管节的精准对接，标志着世界最长最宽钢壳混凝土沉管隧道正式合龙。分处珠江口东西岸的深圳和中山在伶仃洋海底实现“牵手”。在此之前，深中通道海底隧道已由东西两侧往中间依次沉放对接了31个管节。6月8日，最后一个管节E23及最终接头从珠海市桂山岛沉管预制厂出运，驶向施工水域。至11日完成最终接头对接，历时近70个小时。最终接头的对接就像“海底穿针”，误差要控制在“毫米级”。为了实现这一高难度目标，建设者们历经2年技术论证、1年联合设计，在世界范围内首创了沉管整体预制水下推出式最终接头新工艺。 6月10日14时，最终接头顶推作业准备就绪，在世界首创“千斤顶推出+水压推出”双系统作用下，以每分钟5至10毫米的速度缓慢推出。11日8时，最终接头实现了与E24管节精准对接。沉管浮运安装一体船提带最后一个管节进行浮运作业。负责施工的中交一航局深中通道项目部常务副总工程师宁进进说，最终接头推出过程中，项目团队创新使用了水下双目摄影定位技术和水下拉线技术，通过两者相互复核、联合解算，为最终接头在海底安装对接提供了更高精度的定位数据。 “在此次最终接头对接施工前，我们通过基于北斗测量的控制系统，已经实现了15个管节的‘毫米级’平面安装精度。”宋神友说，为实现深中通道海底沉管隧道合龙所采取的一系列创新举措，丰富了世界跨海沉管隧道的“中国方案”和“中国标准”，扩大了我国在该领域的领先优势。海中生双岛为实现快速的桥隧交通功能转换，深中通道在海底隧道两侧设置了东、西两座人工岛，其中东人工岛上还有4条匝道设在水下，是国内首个高速公路水下互通立交。西人工岛设在伶仃洋中，是实现跨海桥梁和海底隧道转换的关键，岛体采用菱形设计，面积约13.7万平方米，相当于19个足球场那么大，采用大直径钢圆筒快速成岛技术进行筑岛施工。 “我们把直径28米、高40米，重600多吨的57个钢圆筒，用自主创新的12锤联动锤组，将它‘敲’进20多米深的海底，实现快速成岛。”中交一航局深中通道项目部副总经理刘昊槟说。 2017年5月1日首个钢圆筒振沉成功，当年9月18日完成了最后一个钢圆筒振沉，仅用四个半月就实现了西人工岛快速成岛，刷新了“快速成岛”的施工纪录。东人工岛位于深圳宝安机场南侧，紧邻福永机场码头，东连在建广深沿江高速深圳段侧接线工程，西接深中通道海底隧道。东人工岛全岛陆域面积34.38万平方米，相当于48个国际标准足球场。为实现东人工岛与广深沿江高速的快速交通转换功能，岛上有4条匝道隧道处于水下。 2017年12月21日，东人工岛正式开工建设，经过2000多天攻坚克难，建设团队相继攻克了海域深厚软基超深超宽基坑集群工程施工阶段防渗止水及回填均匀控制难题，破解了深基坑施工抵近构造物小变形世界难题。 2020年1月15日，深中通道成功拆除第一个西人工岛岛头钢圆筒。岛上主线隧道施工下穿广深沿江高速桥下时，需开挖长70余米、宽46米、深约18米的巨大基坑，且最近处离既有桥梁承台仅1.17米，施工安全风险极高。 “我们在桥下基坑范围采用‘抽条+裙边’的高压旋喷桩进行土体加固，在基坑两侧实施锁扣钢管桩及止水帷幕，同时边往下开挖边采取伺服数控系统进行支撑。”中铁隧道局深中通道项目S03合同段常务副经理刘坤介绍，这套系统能实时监控数据，并可自动对不同支撑点施加不同的轴力，确保了基坑施工安全高效。 2023年4月18日，深中大桥吊装最后一片箱梁。世纪工程今年1月，广东交通集团深中通道管理中心主任、总工程师宋神友荣获“国家卓越工程师”称号。从2010年深中通道前期工作办公室组建，到深中通道建成通车，14年间，他和这个超级工程共同成长，担负起项目的前期、设计、科研与施工组织策划等重要任务，也见证了这个世纪工程从无到有、从蓝图变为现实。 “深中通道，为粤港澳大湾区过江通道建设壮丽画卷增添了浓墨重彩的一笔。”宋神友说。在业内专家看来，深中通道不仅是“桥、岛、隧、水下互通”四位一体的跨海超级工程，也是发展交通行业新质生产力的标杆工程，是我国由交通大国迈向交通强国的标志性工程，是助推区域协调发展的民生工程。深中通道建设坚持以开放的胸怀学习借鉴国际先进理念和技术成果，以关键技术自主创新、科技成果转化应用为己任，牢牢把创新的主导权、发展的主动权掌握在自己手中，为中国跨海交通集群工程建设自立自强提供了一个成功范例。在业内人士看来，深中通道的多个“一流”造就了这项世纪工程。坚持需求引领、创新驱动，深中通道创新了跨海交通集群工程管理新范式，构建现代工程建设管理体系，实现“一流管理”。全力推行工业化建造和智能建造，研发形成了15项世界首创的核心材料、关键技术和大国重器，攻克了离岸海中超大跨径悬索桥、外海超宽钢壳沉管隧道等领域“卡脖子”技术难题，系统革新了离岸海中超大跨径悬索桥建造技术、外海超大尺度沉管管节浮运安装工艺，支撑了深中通道高质量、高精度、高工效建设，形成了“一流技术”。实施精细管理和精品建造，在世界首例双向八车道海底隧道、世界最大跨径离岸海中悬索桥、世界首例水下枢纽互通立交等领域取得5项突破引领性的“深中质量”，打造了“一流设施”。 “建成通车后，深中通道将与已建成的港珠澳大桥、南沙大桥、虎门大桥等跨海跨江通道，为沿线城市提供更多的合作空间、发展空间、想象空间。”面对即将通车的深中通道，广东交通集团董事长邓小华说，更重要的是，项目培育了一批素质优良的跨海交通集群工程建设人才梯队和创新团队，为世界跨海通道工程提供了广东经验和中国方案。（记者田建川广州报道）（本版图片由深中通道管理中心供图）

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