港珠澳大橋建設都攻克了哪些世界性難題?

2020-11-30 中國軍網

在10月23日上午舉行的港珠澳大橋開通儀式上,習主席用「圓夢橋、同心橋、自信橋、復興橋」來形容這一世紀工程。港珠澳大橋像一條海上巨龍,連通香港、珠海、澳門,不僅惠及三地,還將對整個珠三角區域的社會經濟發展起到極大推動作用,標誌著我國從橋梁建設大國向橋梁建設強國邁出了堅實一步。

自2009年12月動工以來,港珠澳大橋的建設者們面對重重考驗,運用多項尖端科技,攻堅克難推進工程建設,取得了500多項專利技術。在解決最長沉管隧道、外海人工島、超大規模外海鋼橋等世界性難題中,建設者們獨創的一系列新成果發揮了至關重要的作用。詳情請關注今天出版的《解放軍報》帶來的報導——

港珠澳大橋跨越了什麼——

海上巨龍昭示的科技自信

■劉曉東 黃 浩 解放軍報記者 郭 晨

人工島,打造超級工程的海上「基座」

港珠澳大橋海底隧道是我國首條外海沉管隧道。隧道建設的第一戰,就是要以最快速度在海中建起兩個離岸人工島,實現海中橋隧轉換銜接。

在港珠澳大橋建設之前,我國建造外海人工島的技術積累幾乎是空白。在水深10餘米且軟土層厚達幾十米的深海中,如何打下這個超級工程的「基座」,成為大橋島隧工程項目部團隊面臨的難題。

在外海造人工島,既要解決工程技術難題,也要兼顧保護中華白海豚國家級自然保護區的生態環境,需要平衡的因素很多。建設團隊反覆研究論證,創新提出了用大直徑鋼圓筒圍造人工島的思路。這一史無前例的創新工藝,在國內外沒有經驗借鑑,建設團隊花了大半年時間設計、論證、實驗。

經過多方面專家論證,超大直徑鋼圓筒、液壓振動錘聯動的優化方案被正式採納為最終方案,這也成為港珠澳大橋島隧工程的一項創舉。兩個人工島建設共用了120個直徑22.5米、最高50.5米、重達500噸的鋼圓筒,242個副格,每個鋼圓筒都相當於一棟高層住宅樓。這些鋼圓筒分批次建造,再由8萬噸級遠洋運輸船從上海運到珠江口,在工程中使用如此重量級的運輸船,在國內尚屬首次。

港珠澳大橋的島隧工程,採用了世界首創的八錘聯動液壓振動錘和「鋼圓筒振沉管理系統」,為超大鋼圓筒振沉安裝上了「眼睛」。在伶仃洋海面上,1600噸起重船「振浮8號」吊著振沉系統和鋼圓筒,在自主研發的「鋼圓筒振沉管理系統」的引導下,實現了準確定位。

2011年5月中旬,液壓振動錘將首個鋼圓筒沉入水底,插入泥中21米,垂直度偏差小於五百分之一,港珠澳大橋島隧工程首個世界超大直徑、超深埋深、超大體量鋼圓筒順利振沉,揭開了西人工島島壁結構施工序幕。同年9月,隨著第61個巨大的鋼圓筒穩穩插入珠江口開闊的海面上,港珠澳大橋海中西人工島主體結構宣告完成。

在221天內,120個巨型鋼圓筒在伶仃洋海面圍成兩個小島,實現了「當年開工、當年成島」計劃,創造了鋼圓筒單體體量、振沉精度、振沉速度等多項世界紀錄。

33次「海底之吻」,建成世界最長海底沉管隧道

在港珠澳大橋建成之前,世界上比較長的現代沉管隧道,只有丹麥與瑞典之間的厄勒海峽沉管隧道和韓國釜山-巨濟的沉管隧道兩條,長度分別為3.5公裡和3.2公裡。港珠澳大橋的海底隧道為6.7公裡,建設面臨海底隧道最長、隧道埋深最深、單個沉管體量最大等世界性難題。

在無任何國內外經驗可借鑑的情況下,大橋島隧工程團隊對外海深水沉管安裝創新技術及裝備進行獨立研發,並取得一系列技術突破。

島隧工程的沉管段總長5664米,共分33個管節,每個標準管節長180米、寬37.95米、高11.4米,單節沉管重7.4萬噸,最大沉放水深44米。工程採用節段式柔性管節結構,施工時採用8艘大馬力全迴轉拖輪協同作業,配置深水無人沉放系統的國內首條安裝船通過遙控等技術,調整管節姿態實現精確對接。

在施工中,團隊創造了「半個月內連續安裝兩節沉管」「極限3毫米對接偏差」等多個紀錄,採用主動止水的沉管隧道最終接頭,化被動止水為主動式壓接止水,變人工作業為機械化作業,降低了水下作業強度,確保了施工質量。

為了保障工程需要,珠海牛頭島建設了目前世界上最大的沉管預製廠,為大橋的海底隧道製做33個巨型沉管。其中,有5節是半徑5500米的曲線段沉管,首開曲線沉管工廠法預製先河。2013年5月,島隧工程順利完成首節沉管的海上浮運,並實現隧道與人工島轉換的首次對接。在經過33次「海底之吻」後,沉管隧道終於建成。

在沉管安裝到海底基槽過程中,需要精確測量其左右、上下以及傾角方向的擺幅。沉管運動為超低頻,需要靈敏度極高的傳感器進行監測。國內某傳感器技術企業深入分析深水管節對接運動特性及監測需求,運用國內最先進的微機械陀螺和高精度傾角傳感器,構建了一套創新的管節運動姿態監測方法,在關鍵的前端設有多支備份傳感器,保證了測試信號的準確可靠。

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