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伶仃洋水下40米,深中通道首节沉管这样成功对接
人民日报客户端广东频道2020-06-17 19:26:00

【开栏的话】人民日报客户端广东频道自即日起推出深度报道栏目“深聚焦”,围绕本地重大事件、重要新闻,挖掘背后不为人知的细节,讲好广东新时代的生动故事。

首篇报道《伶仃洋水下40米,深中通道首节沉管这样成功对接》聚焦“世纪工程”深中通道建设中刚刚顺利完成的首节沉管水下对接,详细分析这一历经34小时的作业内涵的技术难度,以及广大以党员为先锋的工程技术人员克服困难,实现诸多“大国重器”、“大国神技”自主创新的酸甜苦辣。

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深中通道西人工岛,首节沉管开始对接。中交四航局供图

6月17日11:45分,历经约34个小时的出坞、浮运、系泊、安装,深中通道沉管隧道首节沉管在伶仃洋水下40米顺利实现与西人工岛暗埋段对接,完成了首次“海底初吻”。这标志着深中通道首节沉管对接顺利完成,也标志深中通道项目关键线路的核心控制性工程取得重大进展,更标志着中国在沉管隧道建设领域登上了新的技术高峰。

深中通道沉管隧道长约6.8公里,由32个管节“搭积木”般连接而成,每个管节的尺寸为165×46×10.6米,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要宽9-18.5米,是世界上最长、最宽的钢壳混凝土沉管隧道。

其中,首个管节(E1)尺寸为123.8×46×10.6米,重达约6万吨,排水量如同一艘中型航空母舰。完成首节沉管对接,要克服复杂航路长时间浮运、基槽长距离横拖、复杂风浪流以及极端天气等难题。

牛头岛“”造100年滴水不漏的沉管

深中通道沉管在我国首次采用钢壳混凝土结构,标准管节长165米,宽46米,高10.6米,比港珠澳大桥33节的沉管隧道少1节,采用的是工厂化标准预制的生产方式,22个标准管节在距施工海域50海里外的珠海牛头岛上完成,然后从海上浮运到施工现场,再沉入海底对接。四航局深中通道项目工程部部长周林说:“这些沉管隧道是在我国首次大规模采用钢壳沉管结构,每个标准管节大体积采用自密实混凝土达3万方,总方量达70万方,每节沉管要用1.2万吨钢,相当于搭建1.6个埃菲尔铁塔所使用的钢材量,这是我们经历港珠澳大桥建设之后,遇到的又一个重大考验。”

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预制深中通道沉管的牛头岛预制厂。中交四航局供图

“深中通道钢壳沉管生产,我们在港珠澳大桥工厂法预制工艺基础上,再次进行技术升级,单个标准管节的排水量约80000吨,比辽宁号航母的排水量还要大”,中交四航局深中通道项目设备部部长赵国臻自豪地说。作为完成港珠澳大桥建设的团队,中交四航建设者们如今继续扎根珠海牛头岛,夜以继日地攻克深中通道沉管技术难题,提升深中通道建设速度。

沉管水密性是整个隧道的生命。2020年4月11日,两端密封的首节沉管第一次潜入15米水深,5月27日,首节管节再次潜如40多米水深,反复检测钢壳沉管的水密性,为沉管沉入海底100年进行实体质量检测,也为首节沉管安装的安全性进行技术验证。

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双向八车道,重如航母的沉管由200辆智能小车合力移出工厂。中交四航局供图

深中通道沉管隧道采用钢壳混凝土组合结构形式,该结构为国内首次应用,国际上首次大规模使用。该结构形式类似‘三明治’结构,不易产生裂缝漏水现象。在施工工艺上,钢壳混凝土沉管隧道是钢板隔仓内封闭式浇注,浇注隔仓多,每个标准管节由2250个约4-16立方米封闭隔仓构成,牛头岛预制厂需要完成4万个不同规格隔仓施工,高流动性自密实混凝土总用量达70万立方米。

设计师对深中通道隧道100年寿命提出了苛刻的要求,每一个仓格里钢壳和混凝土间的缝隙只能有5毫米的脱空。最严格设计标准,最强有力的执行,沉管预制工艺流程不能有任何闪失。技术难题和工期倒逼项目团队特别注重“每一个隔仓都是第一个隔仓”。要在这样一个“庞然大物”里头完成混凝土浇筑工作,既看不见,又要求混凝土浇筑完成后与面板紧密贴合,难度可想而知。

在钢壳中大规模应用自密实混凝土的成功经验和技术,百分之九十都掌握在美国和日本手中。在项目策划之初,中交四航局技术团队就前往日本学习,却被拒之门外,只能遥遥一瞥对方沉管预制厂的外貌。那时,牛头岛团队就决定,必须走自主研发道路。

中交四航局技术团队克服技术难关。中交四航局供图

中交四航局技术团队为直观获取混凝土在钢模中的流动状态,按沉管仓格尺寸1:1打造出全透明的有机玻璃模型,进行全方位模拟,还拍摄录像反复研究,在实践中研究能满足钢壳质量标准的混凝土材料。

“光是为了找到最好的原材料,我们就跑遍了这方圆数千公里,晚上做梦都是混凝土。”中交四航局深中通道项目试验室主管孙帅说道,“解决了影响混凝土性能的单个敏感因素后,还要继续研究温度、时间、浇筑泵管、设计性能指标等多因素耦合对混凝土的作用,必须确保混凝土性能万无一失。”

面对传统浇筑设备适用性差、沉管预制工期紧和工人操作误差等问题,中交四航局技术团队突破传统工程思维,整合工程和机械的的技术资源,自行设计一款智能化浇筑设备——智能浇筑机,工程师称它为建筑界混凝土施工首台机器人。 自主研发制造的智能浇筑机,具有越障能力,可灵活移动,还能实现浇筑速度、下料高度等因素的稳定控制,精细化控制每个仓格的混凝土饱满度,最终实现隐蔽工程可视化、传统工程智能化、土木作业精细化目标 。

党员先锋护航,穿越50公里海域

从珠海桂山岛的预制工厂到西人工岛的沉放安装区域,浮运距离长约50公里,途经7次航道变换,其中经过日均通航船舶超4000艘的伶仃航道,水运航道交通安全管控难度很大。同时,台风季、汛期等不可预测恶劣天气随时会带来新风险,需要科学预判作业窗口期才能进行安全浮运以及精准安装和对接。

为了攻克难关,顺利完成节点目标,深中通道项目建设期党委以“开路先锋”工程为抓手,组织参建单位党员技术骨干成立了“沉管隧道先锋队”及“人工岛先锋队”在施工一线攻坚冲锋,他们科学部署施工计划,统筹制订“路线图”,把每步施工计划精确到小时乃至分钟。他们带领着200余名建设者经过34小时不间断作业,终于迎来首节沉管圆满对接的历史时刻。

回到6月15日15:20,今年第2号台风“鹦鹉”过后,位于珠海牛头岛的沉管预制基地,首节沉管在运安一体船的拉动下,平稳驶出预制工厂,开启其水下安装里程碑时刻。

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首节沉管被牵引运出预制厂。中交四航局供图

6月16日2:00时,深夜的海浪声格外清晰,珠海的桂山岛已经是一片忙碌。在“一航津安1”沉管浮运安装一体船的提带下,E1管节通过坞内、外带缆,缓缓通过深坞坞口,进入伶仃洋外海等待区。

6月16日6:00时,东方刚刚泛白,一体船的甲板上党旗飘扬。以“一航津安1”为核心的浮运编队出坞后,驶向茫茫海域。经过1.5公里的预制场支航道,穿过5.5公里的榕树头航道,进入8.4公里繁忙的伶仃航道。为确保E1管节浮运安全,深中通道沉管浮运安装团队时时观察、分析“一航津安1”航行中的数据以及在航道中的相对位置,调整航行状态;广东海事局和深圳海事局的10余艘警戒船划分为核心警戒区和外围警戒区,充分发挥护航作用,确保首节沉管浮运安全。

6月16日16:00时,阳光正好,台风“鹦鹉”过境后的天空一片湛蓝。一体船携带沉管隧道管节E1经过两次转向后,对接首端朝向西人工岛暗埋段方向,“一航津安1”在基槽内安全拖航,浮运团队集结队伍,准备带缆作业。随后,首节沉管浮运编队顺利到达系泊区域,开始沉管系泊作业。

国之重器亮剑,实现深海精准对接

6月16日22:30时,在6.5个小时的系泊、准备后,E1管节开了正式沉放对接工作。如何在暗流汹涌的深海之中实现误差不超过5厘米的精准对接安装,这是建设者们面临的最为严峻的考验。

“深中通道沉管隧道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,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,是目前世界上最宽的海底沉管隧道。”广东省公路建设有限公司党委副书记、总经理陈伟乐表示:“深中通道沉管隧道的工程规模和技术难度前所未有,要攻克这些难关核心装备和核心技术是必不可少的。”

在海底隧道施工过程中,基槽碎石整平是沉管基础质量控制的重要环节之一,因此碎石整平船也是沉管隧道质量控制的重要保障设备。而曾用于港珠澳大桥沉管隧道建设的碎石整平船‘津平1’,所采用的施工管理系统由日本建造。为在重大工程建设中实现技术的自给,深中通道管理中心联合多家单位,通过自主研发创新,建造了世界最大自升式碎石铺设整平船“一航津平2”,为深中通道沉管安装的工效和质量提供了重要保障。

基槽碎石整平只是沉管对接安装的“排头兵”,为了实现沉管水下的精准沉放与毫米级对接,深中通道管理中心联合中交一航局等单位自主研发了又一国之重器—沉管浮运安装一体船“一航津安1”。

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在“一航津安1”沉管浮运安装一体船的提带下,沉管通过坞内、外带缆,缓缓通过深坞坞口,进入伶仃洋外海等待区。深中通道管理中心供图

中交一航局深中通道项目常务副总工程师宁进进介绍:“’一航津安1’是世界上第一艘集沉管浮运、定位、沉放和安装等功能于一体的、具有DP定位和循迹功能的专用船舶,具有系统集成度高、自动化程度高、安全控制性能高、施工精度高等优势,可有效克服繁忙复杂航路、基槽长距离横拖、深水沉放、复杂风浪流等不利建设条件,不但大大增强了沉管浮运安装能力,保障了施工安全,而且极大提高了施工精度和施工效率”。

6月17日10:00时,随着一体船对E1管节缓慢下放和水平绞移,不断调整管节坡度,首节沉管成功着床于基底,完成沉放作业。期间,潜水员不断下水进行探摸,检查管节艏艉位置,以确认沉管对接端无异物。

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首节沉管驶向西人工岛。深中通道管理中心供图

管节沉放着床后,拉合作业迅速启动,通过其液压装置使管节E1与西人工岛隧道暗埋段首次“初吻”。作业人员首先进行千斤顶搭接,并进行拉合。拉合完成后,工作人员开启阀门排出结合腔内海水,海水巨大的压力推动沉管前压,经过潜水员多番水下检查确认,向管内压载水箱注水,保证沉管一定的抗浮安全系数。对接完成后,潜水员将进行水下实际探摸,测量人员开展贯通测量,查看对接端水平偏差和竖向偏是否严格控制在设计范围之内,管节纵坡符合是否设计要求。

6月17日11:45时,明媚的阳光映射着海面,伶仃洋上热潮涌动,在“沉管隧道先锋队”的带领下,200余名建设者齐心协力,顺利完成出坞、浮运、系泊、安装等环节,深中通道首节沉管对接顺利完成,建设者们紧绷了34个小时的脸上终于露出了笑容。

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在5个小时的系泊后,沉管开始正式沉放对接工作。深中通道管理中心供图

陈伟乐表示,沉管隧道工程承载了中国工程师的梦想,深中通道首节沉管的顺利对接,体现了建设者们高质量、高标准的施工能力,也进一步彰显了中国桥梁建设走上了“智”造之路。

深中通道是国家“十三五”重大工程和粤港澳大湾区重要过江通道。项目全长约24公里,预计2024年建成通车。建成后,将有效释放广东当前的区域交通路网压力,推进粤港澳大湾区东西两岸产业互联互通以及各类要素的高效配置,提高粤港澳大湾区的“硬联通”和“软联通”水平,推进大湾区城市群深度融合发展。

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