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                海上巨龍昭示的科技自信

                來源:解放軍報? 發布日期:2018-11-02? 作者:郭晨? 【 字體:

                  港珠澳大橋的青州航道橋。

                  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,標志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。

                  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余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。建設團隊反復研究論證,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鑒,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采納為最終方案,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,每個鋼圓筒都相當于一棟高層住宅樓。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,采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,垂直度偏差小于五百分之一,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公里和3.2公里。港珠澳大橋的海底隧道為6.7公里,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鑒的情況下,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,并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。工程采用節段式柔性管節結構,施工時采用8艘大馬力全回轉拖輪協同作業,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,采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制廠,為大橋的海底隧道制做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制先河。2013年5月,島隧工程順利完成首節沉管的海上浮運,并實現隧道與人工島轉換的首次對接。在經過33次“海底之吻”后,沉管隧道終于建成。

                  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。

                  “搭積木”模式,拼裝抗風、抗震高強度橋梁

                  2014年1月19日,港珠澳大橋首跨鋼箱梁在深海區架設成功。“馴服”這個長132.6米、寬33.1米、重2815噸的龐然大物,標志著港珠澳大橋主體工程建設取得了又一個階段性突破。

                  海上埋置式承臺施工是橋梁部分工程的亮點,188個橋梁承臺需埋入海床面以下。施工時分別采用了大圓筒方法安裝、分離式柔性止水和雙壁鋼圍堰三種不同方案,解決橋梁埋置式承臺施工難題,實現了裝配化施工。

                  考慮到環保需求,施工單位采取工廠化生產、機械化裝配的模式,像搭積木一樣建橋,顛覆了以往的橋梁建筑方式,也為我國培養了一批工匠式的職業工人,同時把構件作為產品生產,也保障了大橋的質量和耐久性。橋梁上部結構大規模采用鋼箱梁,打造了全新的自動化生產線、智能化的板單元組裝和焊接機器人焊接專用機床,提升了我國大型鋼結構制造工藝水平,推動了行業技術進步。

                  港珠澳大橋建設過程中,離不開橋面吊裝作業,其吊裝施工中所用的高性能吊裝纜繩,是國內某公司和研究院耗時10多年才研發成功的。這種纜繩雖然只有頭發的十分之一粗,但做成纜繩后比鋼索強度還高,而且非常柔軟,以質量輕、強度高、耐腐蝕等特點,廣泛應用于國防、軍工及民用領域。

                  港珠澳大橋具備抵抗8級地震能力,與其安裝的橡膠隔震支座密切相關。其中最為關鍵的技術就是位于橋梁支座中間的高阻尼橡膠。該支座在試驗中可吸收、消耗40%以上的振動能量,承載力約3000噸。

                  港珠澳地區,每年都會遇到臺風,橋梁的安全監測至關重要。在進行港珠澳大橋的設計時,除了采用更好的建設技術保證橋梁建設質量及運行安全外,強大的傳感檢測器也必不可少。港珠澳大橋上有液壓測力傳感器、力矩傳感器、重力傳感器等數千種傳感器,共同構成了一套高精密感知系統,對隧道內的風速、溫度、濕度、壓力、氣壓差,以及二氧化碳、氮氧化物和微顆粒的濃度等參數進行實時監測,實現對橋梁“健康狀況”的精準判斷。

                  智能化設計,三地車牌平均識別時間只需0.3秒

                  港珠澳大橋交通工程,包括收費、通信、監控、照明等12個子系統,也取得了多項突破性科研成果。

                  在港珠澳大橋通行的車輛,不僅有統一格式車牌的大陸車,還有車牌格式多樣的香港和澳門地區車輛。大陸和香港實行不同的過路收費模式,而在橋上混跑的三地車輛又必須一次快速完成計費。不同收費模式的軟件和代碼區別很大,要使二者兼容,難度可想而知。

                  技術攻關團隊從軟件代碼及軟件程序著手攻關,邀請香港的技術專家參與開發。根據實驗測試情況不斷修改,僅測試版本修改就達到136次,在國際上首創兼容不同制式的收費模式。經過1000余次的模擬測試,車牌平均識別時間縮短到0.3秒。

                  在港珠澳大橋管理局的巨大屏幕上,大橋任意監控點的實時視頻隨時顯現。只要輕點鼠標,屏幕上就能顯示出三維立體畫面。如果某個點位發生事故災害,視頻監控可隨時捕捉,信息傳遞到監控終端,警報在幾秒鐘內就會響起。

                  在港珠澳大橋上的青州航道橋上,巨大的“中國結”巍然屹立,這附近的一處橋面,是用長約1.7米、與大橋等寬的折疊式材料鋪設的。受大風、溫度和載重等多種因素影響,大橋會發生一定位移,需要每隔一段距離設置伸縮縫,各種電纜在通過橋梁伸縮縫處時,會承受較大的張力,容易造成金屬護套斷裂與絕緣損壞,使大橋的通信與照明陷入故障。

                  為使電纜能夠自由伸縮,項目部聯合相關設計院和廠家,共同研究破解難題。歷經5個月的安裝調試和近一年的運行觀測,應用于港珠澳大橋的4種伸縮量、7種安裝形式的74套電纜伸縮裝置,全部滿足設計要求,還能滿足電纜彎曲半徑、設備抗震要求,在國內外同類型產品中處于較高水平,填補了國內長大橋梁電纜相關技術空白。(郭晨)

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