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在一系列关键技术清单中,钢壳混凝土沉管隧道结构的合理构造研究被放在了优先位置。管节在水下完成对接,最终成型尺寸需达到毫米级精度,才能保证结构不漏水等最基本要求。然而,混凝土这种材料在浇筑过程中放热明显,导致浇筑过程中膨胀,浇灌结束后收缩。材料本身的特性决定形变几乎没办法消除,而这只是影响沉管尺寸的众多因素之一。 海底隧道百年寿命的秘诀也藏在改进后的混凝土中。深中通道标准沉管的钢壳内部被划分成2255个相互独立且封闭的隔舱,就像一个放大的“冰格”,特殊结构导致其无法通过振捣方式将混凝土填充密实,一旦产生脱空,将导致不可挽回的后果。 “在封闭隔舱里实现混凝土填充密实性是世界性难题,设计单位和施工单位此前都没有经验,大家就联合设计。”深中通道管理中心副总工程师陈越记得,当时还做出了两个1:1模型,仅试验就用掉几千吨钢材,不断优化结构和材料性能,最终研发出的自密实混凝土无需振捣,在重力作用下,凭借自身优良流动性便能填充钢壳内部。 长达4 年的“产学研用”联合攻关基本集齐了国内相关领域的顶尖科研力量,组织了近百组模型试验,对钢壳混凝土组合结构的受力机理及设计方法进行了系统性试验研究。最终,钢壳混凝土沉管隧道设计方法及合理关键构造被创造性提出,并形成技术标准,填补了国内技术空白。 大型工程推动技术研发的同时,也要综合考虑运输建造等现实成本。黄清飞告诉《中国新闻周刊》,尽管钢壳混凝土结构的用钢量更高,价格更贵,但整体较传统构造更轻便,这样在运输沉放过程中,航道和基槽可少挖约1500万立方米淤泥,节省成本,同时节约工期,提高效率。 2018年刚结束港珠澳大桥项目的建设工作,53岁的陈越无缝对接到深中通道项目,当时他最担心的就是管节浮运问题。首节沉管E1长123.5米、宽46米、高10.6米,仅钢壳就重达8000多吨,浇筑完成后,重量约6万吨,排水量如同一艘中型航空母舰。仅靠人造设备无法托运,必须借助水的浮力。 “因此,必须在管节结构设计之初就将浮力纳入计算,使管节在托运过程中能浮起来,到沉放时还能压得下去。”陈越强调,这几乎是在临界状态下寻找最优解。从管节预制厂到沉放点要航行近60公里,沿线海水含盐量、悬浮质密度随季节更替而变化,对复杂水环境的密度测算工作就持续了一年。 与此同时,项目工程师们发挥想象力,耗时三年制造出超级装备“一航津安1号”,这是全球首台集沉管浮力和安装于一体的隧道管节施工专用船。“原来做大型工程,只能有什么用什么,现在是需要什么造什么,有了足够经济实力,才能实现需求引导创新。”陈越说。
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