伶仃洋上传捷报!看深中通道如何施展“庞然大物”纵移术

4万个封闭隔仓填充混凝土如何密实成型?6-8万吨钢壳沉管如何倍速平移?粤港澳大湾区重大战略工程深中通道做到了!

12月10日,21世纪经济报道记者在珠海桂山岛现场采访见证了深中通道隧道工程首个钢壳沉管完成浇筑,并顺利攻克沉管纵移难题移至浅坞区进行下一步作业。

在碧波浩渺的伶仃洋上、层峦叠嶂的万山群岛之中,一个经过预制“加工”重达约6万吨的“巨无霸”管节正在浅坞区蓄势待发。首个钢壳沉管完成浇筑并纵移成功,为世界上首例双向八车道海底沉管隧道安装打下了坚实基础。

21世纪经济报道记者从广东省交通集团处了解到,今年6月,总重达8716吨的深中通道首个钢壳管节顺利从广州南沙出运至珠海桂山镇牛头岛沉管预制智慧工厂进行预制。首个沉管混凝土浇筑及纵移成功,攻克了项目钢壳沉管混凝土施工关键技术难题,标志着深中通道隧道工程钢壳混凝土沉管正式进入流水线生产。同时,E1作为连接人工岛和海底隧道的首节沉管,也为跨海通道海底安装开启了重要一步。按照计划,首个E1管节将于2020年初完成一次舾装作业后, 3月横移至深坞区,预计明年上半年完成沉放作业。

深中通道沉管隧道为世界首例双向八车道海底沉管隧道,长约6.8公里,沉管段长约5.0公里,由32个巨型钢壳沉管组成。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还要宽,单孔跨度超过18米,沉放最大水深达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。

据了解,由中交四航局负责预制的22个沉管管节首先在广州南沙龙穴岛船厂完成钢壳的制造,后运抵珠海牛头岛进行混凝土浇筑,在浅坞区、深坞区完成一次舾装和二次舾装作业后,再由自主研发专用装备沉管浮运安装一体船运至隧址区进行沉放。

图为:深中通道沉管隧道工程首节钢壳沉管完成浇筑  广东省交通集团供图

打破国外技术封锁

深中通道管理中心副主任、总工程师宋神友对21世纪经济报道记者表示,深中通道沉管隧道采用钢壳混凝土组合结构形式,为国内首次应用,在国际上也是首次被大规模使用。

他将钢壳混凝土组合结构比喻为“三明治”。这类结构是钢板包着混凝土,具有承载能力大、防水性能好等优点。

但如此结构,最大的问题就是施工难度大。“在封闭隔仓里实现混凝土填充密实性是世界性难题。”宋神友说。

以深中通道标准管节为例,其浇注隔仓多,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66万立方米。

为了突破钢壳“芯”技术,早于2015年,广东交通集团就牵头深中通道管理中心组织了产学研用联合攻关,联合四航局研发中心等单位,历时三年多,进行了上百次隔仓模型浇筑试验,突破了封闭式隔仓混凝土填充密实度等“卡脖子”难题,将填充误差控制在5毫米之内。

据宋神友介绍,深中通道钢壳混凝土组合结构一是研发了新材料,研制出了高稳健、自流平、自密实混凝土;二是基于自流平混凝土流动的工作原理,提出了合理的工艺孔构造设计,保障浇筑时排气的通畅性;三是形成了项目专用自密实混凝土浇筑质量控制指南,明确了浇筑速度等工艺指标;四是世界上首次研制了钢壳混凝土智能浇筑装备和系统,该系统具有自动控制浇筑速度、自动感应液面上升速度、自动提升导管等功能,有效保障了钢壳混凝土浇筑质量。

据悉,相关成果将填补行业空白,打破了国外技术封锁,形成了相应的行业标准及核心关键技术,引领交通基础设施行业的高质量发展,打造建设交通强国的标杆工程。

难度堪比纵移“辽宁号”航母

深中通道沉管隧道每个标准管节的尺寸为165×46×10.6米,用钢量约1万吨,其排水量超过了“辽宁号”航空母舰,浇筑混凝土后重达8万吨。

“此次转运的E1管节,是连接人工岛和海底隧道的首节沉管,尺寸为123.8×46×10.6米,浇筑后总重量为6万吨。”深中通道管理中心岛隧工程师杨福林向21世纪经济报道记者补充道。

沉管预制施工包含两次沉管纵向移动、混凝土浇筑、两次舾装等繁复流程。对工程师们来说,关键在于如何将浇筑后最重达8万吨的“巨无霸”钢壳从预制车间安然无恙地运送到浅坞区。

“这种运输最适合的方式就是智能编组小车,但国内现有的智能小车承载力均远远达不到要求,必须重新研发。”据中交四航局深中通道S09标项目部总工程师黄文慧介绍,在港珠澳大桥期间,单节沉管预制需要72天时间,1节沉管每天顶推约30米,完成单节转运需要7天。

项目难度大,同时工期还在步步紧逼。为满足工期要求,加快粤港澳大湾区基础设施建设,深中通道全部沉管预制工作计划于2022年底完成,因此要保证每月生产1节沉管,就必须在1天之内完成钢壳沉管在预制厂内的纵向移动。

“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,我们只好自主研发。”黄文慧告诉21世纪经济报道记者。

最终,深中通道项目组历时一年半攻克了难关,研发出了单台承载力达到800吨的台车和智能移动系统,采用“多点支撑、三点平衡、同步行走”原理实现平稳移动,速度每分钟可达0.2米至1米。

图为:智能编组小车可搬动8万吨管节  广东省交通集团供图

据悉,尺寸为165×46×10.6米的标准钢壳沉管浇筑完成后将有近8万吨,并将再次纵移至浅坞区进行一次舾装作业,而四条轨道铺设200辆800吨移动台车,可承重量最高达到了16万吨,为钢壳浇筑提供了双倍承载保证,彻底解决了单节8万吨沉管转运难题,大大提升管节转运工效,预计沉管纵移只需要3天时间即可完成,对缩短沉管预制工期有很大推进作用。

正是有了前述创新,才有力地保障了深中通道的高质量建设。

据了解,目前深中通道建设顺利。桥梁工程已完成全部主桥桩基工程,正在进行承台施工作业;西人工岛已完成筑岛,正在进行岛上暗埋隧道CW2段主体结构等施工;东人工岛已完成堰筑段临时围堰结构施工、沿江高速保护钢板桩及钢管桩施工等工作。沉管隧道核心装备方面,已完成运安一体船(一航津安1)、碎石整平船(一航津平2)及供料船、起锚艇等装备建造任务,项目预计2024年建成通车。