浩瀚的伶仃洋上,距港珠澳大橋正北38公里,正開啟一個新征程——又一世界級超大“橋、島、隧、海底互通”四位一體集群工程,全長24公里,設計八車道、時速100公里的深圳至中山通道(以下簡稱深中通道)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(chuàng)世界先例。
領銜設計完成港珠澳大橋的中交公路規(guī)劃設計院有限公司(以下簡稱公規(guī)院),也是深中通道設計的“主力軍”。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(jié)加一個最終接頭“搭積木”連接而成,是目前世界上建設規(guī)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,為世界最高跨海懸索橋。
“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(shù)發(fā)展的又一力作。”公規(guī)院深中通道勘察設計總負責人徐國平說。
首節(jié)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(qū)。
這是世界首個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(jié)沉管E1開展二次舾裝,以確保沉管安裝毫米級的精度,這也標志著項目首節(jié)沉管與島上現(xiàn)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,確保首節(jié)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(shù)幾乎是目前最安全可行的手段。這一技術(shù)是巧妙運用水的浮力、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(jié)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(qū)域地層穩(wěn)定性差,是深中海底隧道五大技術(shù)難點,工程規(guī)模和技術(shù)難度前所未有。“由于沉管安裝是一個連續(xù)、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(huán)環(huán)相扣、幾乎是不可逆的作業(yè)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(shù)“最神秘”和風險最高的工序。
超級鋼殼沉管隧道“智”潛海底
超級鋼殼沉管隧道是如何建造的?浮運安裝,這一“最神秘”的技術(shù)和風險最高的工序有何秘籍?
“與常規(guī)明挖隧道現(xiàn)場澆注施工不同,沉管隧道是先在岸上預制若干管節(jié),并在海中預先挖好基槽,然后將預制管節(jié)陸續(xù)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(nèi),利用水壓實現(xiàn)管節(jié)相互水密連接,其后再輔以其他相關工程施工,使這些管節(jié)組合貫通為隧道,成為連接水體兩端的陸上交通。”公規(guī)院深中通道設計服務現(xiàn)場負責人黃清飛說。
“關于鋼殼混凝土沉管隧道結(jié)構(gòu),國內(nèi)缺乏相應設計標準、建設技術(shù)及經(jīng)驗,尤其是管節(jié)鋼殼高精度制造、鋼殼多次轉(zhuǎn)場的結(jié)構(gòu)質(zhì)量控制、管節(jié)混凝土近零缺陷免振搗澆筑、管節(jié)長距離浮運安裝的風險管控等,都面臨巨大的挑戰(zhàn)。”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(chuàng)新亮點,誕生了一個又一個世界和國內(nèi)首創(chuàng)。”曾任深中通道管理中心主任的廣東省公路建設有限公司總經(jīng)理陳偉樂說,項目研發(fā)了國內(nèi)首條鋼殼沉管智能制造生產(chǎn)線,首次實現(xiàn)了塊體智能焊接和智能涂裝;同時,在國際上首次研發(fā)了鋼殼混凝土智能澆注系統(tǒng);研發(fā)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(nèi)一流的智慧梁廠。
據(jù)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(fā)的專用船舶集沉管浮運、定位、沉放和安裝等功能于一體,具有動力定位系統(tǒng)(DP)動力定位和循跡功能,擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán),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(chǎn)學研結(jié)合的攻關模式,歷經(jīng)3年研發(fā),基本上成功攻克了項目乃至行業(yè)的關鍵技術(shù)難題,形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的鋼殼混凝土沉管隧道建設成套技術(shù)和中國標準,填補了相關領域的空白,具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。”宋神友表示。
特大懸索橋漸從海中“浮”出
伶仃洋大橋是深中通道的又一奇跡,這是一座完全漂在海上的特大懸索橋。這座大橋正從海中漸漸“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,這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(guī)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技術(shù),橋面達到三十層樓高。
伶仃洋大橋地處珠江口開闊水域,是頻繁發(fā)生強臺風的區(qū)域。“大橋設計為超大跨徑三跨吊全飄浮體系懸索橋,橋梁結(jié)構(gòu)柔、阻尼比小,同時橋面超高,主梁的顫振檢驗風速高達83.7米/秒,橋梁的抗風問題突出。”公規(guī)院深中通道橋梁設計負責人徐軍介紹。
橋輕且高,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(jié)構(gòu)理論、設計方法、技術(shù)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了20余項專題研究工作,形成了項目專用的技術(shù)標準體系。”吳明遠透露,項目組織了國內(nèi)具有大型風洞實驗室的4個大學進行平行研究,研發(fā)了新型組合氣動控制技術(shù),攻克了超大跨徑整體鋼箱懸索橋在強臺風區(qū)域的災變控制難題;采用筑島加地連墻集成創(chuàng)新技術(shù),攻克了海域超大錨碇的建設難題。
深中通道還有多項創(chuàng)新:首次采用十二錘聯(lián)動的振沉方式,完善了由我國首創(chuàng)的“鋼圓筒圍堰快速成島”技術(shù);首次大規(guī)模在水工建設中采用深層混凝土攪拌(DCM)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,最大深度65米,錨碇混凝土總方量為372513.8立方米……這些“中國技術(shù)”正一步步引領世界交通基礎設施建設達到新高度。
深中通道為國家“十三五”重大工程和《珠三角規(guī)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(qū)建設的重要工程,也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(xiàn)半小時通達。