科技日报|基建狂魔又来了！这个超级工程将开创世界先例
◎ 科技日报采访人员 矫阳
浩瀚的伶仃洋上 ， 距港珠澳大桥正北38公里 ， 正开启一个新征程——又一世界级超大“桥、岛、隧、海底互通”四位一体集群工程 ， 全长24公里 ， 设计八车道、时速100公里的深圳至中山通道（以下简称深中通道）已显雏形 ， 其中特长海底沉管隧道和一座飘浮在海上的特大悬索桥 ， 将开创世界先例 。
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新华社采访人员 黄国保 摄
领衔设计完成港珠澳大桥的中交公路规划设计院有限公司（以下简称公规院） ， 也是深中通道设计的“主力军” 。 受航运和空运等条件限制 ， 深中通道设计采用了“东隧西桥”的设计方案 ， 核心工程包括两座人工岛、一座沉管隧道和伶仃洋航道大桥 。 海底沉管隧道6.8公里 ， 其中沉管隧道由32个管节加一个最终接头“搭积木”连接而成 ， 是目前世界上建设规模最大的沉管隧道 ， 也是我国首例钢壳混凝土沉管隧道；伶仃洋大桥系三跨全漂浮体系悬索桥 ， 主跨跨径为1666米 ， 主塔高270米 ， 桥面高达90米 ， 为世界最高跨海悬索桥 。
【科技日报|基建狂魔又来了！这个超级工程将开创世界先例】“深中通道是继港珠澳大桥后 ， 我国在超大型‘桥、岛、隧、海底互通’四位一体集群工程建设领域的一个新高度 ， 是在该领域引领世界技术发展的又一力作 。 ”公规院深中通道勘察设计总负责人徐国平说 。
首节钢壳沉管6月底
浮运安装
4月27日 ， 深中通道核心装备 ， 一艘自航式沉管运输安装一体船“一航津安1” ， 正式开赴牛头岛沉管预制智慧工厂深坞区 。
这是世界首个集沉管隧道浮运安装于一体的专用船舶 ， 进坞后将连接首节沉管E1开展二次舾装 ， 以确保沉管安装毫米级的精度 ， 这也标志着项目首节沉管与岛上现浇隧道对接前的施工准备工作进入关键时期 。
“今年是深中通道‘桥、岛、隧、海底互通’全面建设的关键之年 ， 确保首节沉管6月底顺利浮运沉放是今年的重中之重 。 ”深中通道管理中心主任王啟铜说 。
在海洋中间建设长距离隧道 ， 沉管技术几乎是目前最安全可行的手段 。 这一技术是巧妙运用水的浮力、压力、重量等作用而设计的施工工法 。
深中通道的沉管隧道体量巨大 ， 单孔跨度18—24米、宽46—55.46米 ， 平均每节排水量约8万吨 ， 相当于一个中型航母 ， 用钢量约1万吨 ， 有2500多个独立仓格 。
超宽、变宽、深埋、回淤量大、采砂坑区域地层稳定性差 ， 是深中海底隧道五大技术难点 ， 工程规模和技术难度前所未有 。 “由于沉管安装是一个连续、不间断的施工过程 ， 包括舾装、整平、出坞、浮运、沉放、对接、回填 ， 可以说是环环相扣、几乎是不可逆的作业过程 。 ”深中通道管理中心副主任兼总工宋神友说 ， 沉管的浮运安装是隧道施工最关键的一道工序 ， 也是技术“最神秘”和风险最高的工序 。
超级钢壳沉管隧道
“智”潜海底
超级钢壳沉管隧道是如何建造的？浮运安装 ， 这一“最神秘”的技术和风险最高的工序有何秘籍？
“与常规明挖隧道现场浇注施工不同 ， 沉管隧道是先在岸上预制若干管节 ， 并在海中预先挖好基槽 ， 然后将预制管节陆续浮运至海中隧道基槽上方 ， 一个接一个高精度定位沉放于水底基槽内 ， 利用水压实现管节相互水密连接 ， 其后再辅以其他相关工程施工 ， 使这些管节组合贯通为隧道 ， 成为连接水体两端的陆上交通 。 ”公规院深中通道设计服务现场负责人黄清飞说 。
“关于钢壳混凝土沉管隧道结构 ， 国内缺乏相应设计标准、建设技术及经验 ， 尤其是管节钢壳高精度制造、钢壳多次转场的结构质量控制、管节混凝土近零缺陷免振捣浇筑、管节长距离浮运安装的风险管控等 ， 都面临巨大的挑战 。 ”徐国平说 。
这座世界超级钢壳沉管隧道正“智”潜海底 。 “智能建造成为深中通道在跨海工程实践中最突出的创新亮点 ， 诞生了一个又一个世界和国内首创 。 ”曾任深中通道管理中心主任的广东省公路建设有限公司总经理陈伟乐说 ， 项目研发了国内首条钢壳沉管智能制造生产线 ， 首次实现了块体智能焊接和智能涂装；同时 ， 在国际上首次研发了钢壳混凝土智能浇注系统；研发和制造了世界上第一艘运安一体船 ， 降低了长距离浮运风险；并且打造了国内一流的智慧梁厂 。
据悉 ， 用于浮运安装沉管隧道的最大秘籍是“一航津安1” ， 这艘由中交第一航务工程局有限公司研发的专用船舶集沉管浮运、定位、沉放和安装等功能于一体 ， 具有动力定位系统（DP）动力定位和循迹功能 ， 拥有完全自主知识产权 ， 目前已获得国家专利并申报了国际专利 。
“我们组织设计、施工、科研、装备四位一体产学研结合的攻关模式 ， 历经3年研发 ， 基本上成功攻克了项目乃至行业的关键技术难题 ， 形成了具有自主知识产权的钢壳混凝土沉管隧道建设成套技术和中国标准 ， 填补了相关领域的空白 ， 具有显著的经济效益和社会效益 。 ”宋神友表示 。
特大悬索桥渐
从海中“浮”出
伶仃洋大桥是深中通道的又一奇迹 ， 这是一座完全漂在海上的特大悬索桥 。 这座大桥正从海中渐渐“浮”出 。
5月1日 ， 伶仃洋大桥3600吨米的“第一塔吊”顺利完成检测 ， 这是建设过程中的最大吨位塔吊 ， 最大幅度起重量可达80吨 。 “目前 ， 伶仃洋大桥已完成部分工程的建设 ， 待桥墩建设完成后 ， 这台塔吊还将用于片梁架设 。 ”公规院深中通道桥梁设计负责人吴明远说 。
为满足通航需求 ， 伶仃洋大桥设计采用了世界最大跨径离岸海中悬索桥技术 ， 桥面达到三十层楼高 。
伶仃洋大桥地处珠江口开阔水域 ， 是频繁发生强台风的区域 。 “大桥设计为超大跨径三跨吊全飘浮体系悬索桥 ， 桥梁结构柔、阻尼比小 ， 同时桥面超高 ， 主梁的颤振检验风速高达83.7米/秒 ， 桥梁的抗风问题突出 。 ”公规院深中通道桥梁设计负责人徐军介绍 。
桥轻且高 ， 这座完全漂在海上的特大悬索桥 ， 将如何从海中浮出？“为攻克这一难关 ， 伶仃洋大桥项目从结构理论、设计方法、技术标准、材料、施工工艺、智能制造、装备、检测方法等各方面组织开展了20余项专题研究工作 ， 形成了项目专用的技术标准体系 。 ”吴明远透露 ， 项目组织了国内具有大型风洞实验室的4个大学进行平行研究 ， 研发了新型组合气动控制技术 ， 攻克了超大跨径整体钢箱悬索桥在强台风区域的灾变控制难题；采用筑岛加地连墙集成创新技术 ， 攻克了海域超大锚碇的建设难题 。
深中通道还有多项创新：首次采用十二锤联动的振沉方式 ， 完善了由我国首创的“钢圆筒围堰快速成岛”技术；首次大规模在水工建设中采用深层混凝土搅拌（DCM）桩、高压旋喷桩施工工艺；首次建设世界最大海中锚锭 ， 锚碇基础采用8字形地连墙基础 ， 最大深度65米 ， 锚碇混凝土总方量为372513.8立方米……这些“中国技术”正一步步引领世界交通基础设施建设达到新高度 。
深中通道为国家“十三五”重大工程和《珠三角规划纲要》确定建设的重大交通基础设施项目 ， 是推动粤港澳大湾区建设的重要工程 ， 也是粤东通往粤西乃至大西南的便捷通道 ， 项目于2016年12月29日开工建设 ， 计划2024年全线通车 ， 届时珠江两岸将实现半小时通达 。
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