世界上最宽的海底沉管
世界上最宽的海底沉管——揭开深中通道“海底初吻”面纱2020-06-18 10:16 青岛海洋发展网 字号：T T 扫描到手持设备
6月17日11点45分，深中通道所处的伶仃洋波光粼粼，水天一色。深中通道的建设者们完成最后一道沉管施工工序，沉管安装环节，将6万吨重的深中通道首节沉管与西人工岛的暗埋段在在海底40多米处，是为沉管修筑的巨大基槽种完成精确的对接安装，完成了首次“海底初吻”，这标志着深中通道关键线路取得重大进展。至此，深中通道首节沉管，从中交四航局牛头岛沉管基地开始生产，历时10个月工艺技术准备，经历36个小时的不舍昼夜的浮运安装作业，终于在伶仃洋40米水深的新家安家。在水下40多米为沉管修筑新家与港珠澳大桥海底隧道沉管相比，深中通道工程受地质条件、水流条件等因素的影响更为严重，它所在的位置是珠江口回淤区，对这种地基的处理是一个世界级的难题。传统的海底基础处理，通常在土层里打下几根桩作为加固，或者采用置换法，挖走软土填充石料。深中通道沉管的新家，地处珠江入口处，水下土层不深不浅，无法按照传统工艺按部就班施工，需要智造新的装备，解决技术难题。中交四航局DCM四航固基号船长郭宏光介绍：施工海底表面淤泥含水量高达60%多，石头抛上去基本都陷在泥汤里。不做处理的海底，隧道沉管根本没法安置在上面，要使沉管安放在固定的基础上，并减少沉降和避免不均匀沉降，技术难度非常大。为了做好海底隧道的地基，首先在要伶仃洋40多米深开挖一条海底隧道基槽，如同在地下13楼作业。建设者约用时两年打造，从疏浚、铺基础到装修，都采用中国最先进的工程智造技术。对水下基层进行基础加固，需要一种特殊的装备——DCM（深层水泥搅拌桩）。DCM法加固水下软基的应用及研究在我国处于起步阶段，工艺技术尚不成熟，且深中通道地基处理施工区域内地质复杂，特别是西人工岛斜坡段的采砂坑极不利于成桩，以及最深处达海面以下40米的地基处理深度，是四航工程师前所未遇的新挑战，难度不言而喻。之前，DCM装备的智造技术被日本和韩国垄断和封锁。中交四航局结合港珠澳大桥施工和造船经验，自主研发出中国首艘水下水泥搅拌船——“四航固基”DCM船。“四航固基”号打破技术封锁，填补了国内DCM施工技术空白，该设备可直接硬化深海淤泥形成水泥搅拌桩，解决了跨海通道深海淤泥疏浚环保难题。这个中国首艘拥有完全自主知识产权的核心装备，创下了单日完成36根DCM长桩，单日完成2300立方米的基床建设的高记录，为深中通道首节沉管建设筑就了一条水下长城，坚固而又平整，6万吨沉管沉放上去，纹丝不动。安装成功的沉管，可以从此安全平稳地沉放在海底基础上，在此安家。智造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。”“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。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。8万吨沉管的陆上搬家神器2018年10月23日，习近平总书记宣布港珠澳大桥正式开通，中交四航局牛头岛建设团队牢记总书记提出“逢山开路、遇水架桥”奋斗精神，重整行装再出发，只争朝夕，不负韶华，肩负起建设深中通道沉管隧道的重任。此前，在牛头岛，港珠澳大桥单节沉管预制需75天，采用了国际先进的无源支撑顶推系统，一节沉管每天最多顶推30米，完成单节转运需要7天。现今深中通道项目要保证每月交付一节沉管，必须一日之内完成165米的超级沉管转运，否则不仅延缓工期，而且会造成隧道作业被迫停工。中交四航局深中通道沉管预制厂担负22节沉管预制的艰巨任务。按照原有移动技术和预制周期，一条生产线需要4.5年才能预制完成，两条生产线也需要2年多时间，无法实现原有工期履约。深中通道沉管是目前世界上最宽的海底沉管隧道。沉放最大水深达40米，沉管结构的受力非常复杂，预制完成的8万吨钢壳沉管，如何提速移动，一开始就是四航工程师的必答题和挑战题。“起初，我们找了业内共11家高规格、实力雄厚的设备制造商，但由于项目规模大、难度高、技术复杂，没有一家单位能保证完成，我们便决定自主研发。”四航局技术中心总经理陈伟彬表示。自港珠澳大桥岛隧项目以来，中交四航工程师对沉管移运工艺及设备进行了深入研究。“当时我们经过了巨大革新才使港珠澳大桥顶推系统实现从30天到15天再到7天的提速，这已经到达了极限，”陈伟彬说，“但是现在用这套顶推系统做深中通道项目，难以满足功效要求。”研发一套“专业化”钢壳管节移动系统，成为了项目团队的唯一出路。沉管移运装备是四航局自主研发制造、由200台单个载重最大达800吨的电动轮轨式液压台车组成的世界最大智能台车编队。项目团队灵活运用三点成面的原理，将4条轨道的200台台车串联成3个支撑点，控制钢壳沉管的水平面稳定，并对台车进行智能化改造，实现200台台车同步前进、升降和自动纠偏的智能控制与管理，最终创新研制出适合深中通道钢壳沉管的移动系统。“虽然我们已经调试过很多次设备了，但毕竟没有用台车真正运过8万吨的东西。在沉管移运完成前，那心都是悬着的。但实践证明，我们真的成功了！”项目设备部部长赵国臻激动地说道。相较港珠澳大桥的首节沉管移运的用时7天，深中通道的首节沉管移运仅仅用了3个小时，移动沉管速度比港珠澳大桥速度快56倍。截至目前，经过复产复工的精细化组织管理，克服新冠肺炎疫情影响，深中通道沉管安装的关键性线路全部打通。中交四航局牛头岛沉管智慧工厂牢固树立风险意识，注重操作细节，已完成3节管节生产，开始第4节管节预制，今年将完成7个管节预制，海底隧道地基处理已经全部完成，项目团队正在为海底隧道安装推进全力冲刺。（龙巍）
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