北京青年报
创造十多项世界纪录 深中通道背后的黑科技:“海底穿针” 141天造岛
成都商报 2024-07-01 18:34

从昔日“叹零丁”,到今日“跨伶仃”,这是一个时代的见证。

30日,举世瞩目的超级工程——深中通道,正式通车试运营。这是全球首个集“桥、岛、隧、水下互通”为一体的跨海集群工程,路线全长约24公里,深圳至中山的车程将从此前约2小时缩短至30分钟。

历时141天实现西人工岛合龙、8万吨沉管在海底一次性精准安装到位……迎着疾风、踏着巨浪,上万名建设者在珠江口连续奋斗7年。

频发的台风、高盐高湿的环境、复杂的海底情况……这是世界上建设难度最高的跨海集群工程之一。

一桥飞架,超级工程让“东西两岸”变为“大桥两端”,隔海相望的珠江两岸实现“海上”牵手,将助推大湾区迈向美好未来。

这个海上奇迹有多强?数据最能体现

世界最大跨径全离岸海中钢箱梁悬索桥:深中大桥主跨达1666米,加上两边边跨,总跨达2826米

世界最高通航净空海中大桥:深中大桥主塔高270米,大桥桥面距离海平面高达91米,船舶通航净空达76.5米,未来可满足30万吨散货轮和3万标箱集装箱船的通航需求

世界最长的双向八车道海底沉管隧道:深中通道海底隧道,双洞双向8车道,长约6.8公里,其中海底隧道沉管段长5035米,由32个重达8吨的管节和一个最终接头连接而成

世界首例水下高速公路枢纽互通—机场互通立交:深中通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,岛上隧道工程包括长480米的堰筑段隧道、长855米的岛上主线隧道,以及实现交通转换的4条匝道隧道……

七年磨一剑 筑梦“世界之最”

“零丁洋里叹零丁”。700多年前,南宋爱国诗人文天祥曾在这里望洋兴叹。如今,来自大江南北的一万多名建设者“七年磨一剑”,在伶仃洋上架天路、筑长城、造双岛,一个接一个基建“奇迹”,让“叹零丁”变“跨伶仃”。

在世界首例双向八车道海底沉管隧道、世界最大跨径离岸海中悬索桥等领域,深中通道创造了十多项世界纪录。深中通道充分发挥科技的战略先导地位和根本支撑作用,形成了“钢壳-混凝土沉管隧道设计方法”等10项世界领先技术。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”。

作为深中通道的关键控制性工程之一,深中大桥为满足通航需求,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,又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。

缆索是悬索桥受力的关键构件之一,面对高温、高湿、高盐的恶劣环境,如何保障耐久性?为让悬索桥“生命线”更强劲、更耐久,深中通道项目建设者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。

深中通道海底隧道长约6.8公里,总用钢量是国家体育场“鸟巢”用钢量的3倍。其中钢壳混凝土沉管隧道长约5公里,分为32个管节和1个最终接头。标准管节长165米,立起来就是一幢55层的大楼。

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。

“通过基于北斗测量的控制系统,我们实现了15个管节的‘毫米级’平面安装精度。”宋神友说,钢壳混凝土沉管隧道在设计理论、制造工艺、新型材料、大型装备和最终接头等方面,取得了多项原始创新,有力推动了我国沉管隧道技术进步,丰富了世界跨海沉管隧道的“中国方案”和“中国标准”。

背后和科技揭秘

“深海智眼”、快速建岛……科技感十足 隧道跑得好 要靠地基牢

深中隧道是世界最长的双向八车道海底沉管隧道、世界首例水下高速公路枢纽互通-机场互通立交,建设中曾连续7节沉管毫米级对接。这些亮眼数据背后,有一个稳固的地基在支撑。

据了解,深中通道沉管隧道由32节自重约8万吨的巨型沉管首尾相接而成。为了让这些庞然大物安稳入海,建造一个平整稳固的海底基床尤为关键。在建设中,采用了深层水泥搅拌技术(DCM)和被称为“水下3D打印机”的海底整平船等技术装备,保证隧道建设不受沉降、泥沙回淤影响。

“就像人在床上睡觉,这个人就是我们隧道的沉管,床就是沉管的地基,床的四条腿就是咱们的DCM桩,保证地基不沉降。床垫就相当于块石层,大概2-3米厚,用震锤震实。”沉管安装技术负责人、中交一航局深中通道项目部常务副总工宁进进给记者举了一个例子,来讲述地基铺设的整个过程,“为了让床垫更平,我们在上面铺了一层碎石层,相当于褥子,这里用到的就是我们的‘水下3D打印机’。用三层减少沉降、避免回淤,保证通车稳定。”

本次深中通道建设,是DCM技术首次在国内大规模成功应用。中交一航局一公司船机管理部总工程师李立认为,DCM工艺的应用,不仅解决了深中通道的施工难题,还打破了国外的技术垄断,证明我们拥有足够的自主创新能力。

深海有双眼睛 助力毫米级对接

在2023年深中通道最后合龙对接环节,曾经遇到一个麻烦:潜水员测量的数据和测量系统提供的数据存在偏差。在检查数据后,作为测量系统的负责人,中交一航局深中通道项目部测管中心主任锁旭宏选择相信自己的测量系统,要求按原计划进行。最终接头顶推作业完成,对接误差小于10毫米。

这套测量系统叫水下双目摄像定位系统,被称为“深海智眼”。锁旭宏告诉记者,以往沉管沉放安装主要依靠在沉管顶部安装9层楼高的测量塔来接收北斗信号,一方面,塔的安装拆除工作量大风险高;另一方面,遭遇台风存在安全隐患。为了替代这种形式,他们自主研发了基于水下双目加水下摄像的一套测量定位系统,解决了水下泥沙多可见度差、鱼类干扰等诸多困境。

锁旭宏介绍,这套系统就像人的眼睛一样镶嵌在最终接头上,可以实时提供推出过程中的三维姿态,显示可视化界面。再结合传统水下拉线技术,相互复核、联合解算,就能为最终接头在海底安装对接提供更加可靠、更高精度的定位数据。在深中通道建设中,创造了连续7节沉管近乎零偏差的毫米级安装世界纪录。

141天海上建岛,靠57个钢圆桶?

西人工岛长625米、最宽处456米、海面以上岛体面积13.7万平方米。负责西人工岛建设的中交一航局深中通道项目部工程技术部部长刘帅告诉记者,用传统的围堤吹填方式造岛,用时大约2-3年,他们首创的大直径钢圆筒快速成岛技术,只用了141天。“我们把57个直径28米、最重达650吨的钢圆桶打入海里,桶与桶之间用116片副格钢弧板连接,形成一个圆形围堰,再往里面填沙,快速建岛。”刘帅介绍道。

刘帅告诉记者,深中通道是桥隧互通,桥梁上的高速公路和隧道的高差特别大,需要一个岛来完成标高的转换。

在西人工岛建设中,曾遭遇两大难题。一个是岛所在区域为采砂区、回淤区,地质不均匀,有很厚的硬质夹层,刘帅和同事们自研了DSM地质软化工艺降低硬质土的强度,使整个钢圆筒顺利插到海底。另一个则是如何快速把这些650吨的庞然大物快速打入海底,为此他们自主研发了12锤联动振动锤组,一度创下“一天振沉4筒”的纪录。

为了防止海浪冲击,他们在岛壁一圈做了抛石斜坡堤,是由各种大小的石头堆积而成的阶梯状造型,在抛石斜坡堤的上方还设置了一圈挡浪墙。刘帅表示,利用这些混凝土和碎石结构,能保证整体岛体的稳固。

文/付垚 刘亚洲

编辑/倪家宁

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