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沉管的精準“安家”之旅

文章來源:中國交通建設集團有限公司   發布時間:2021-02-18

全國百萬人口以上城市近百座,98%以上依江而建,靠河而興,但這些城市往往被河流分割,使得兩岸道路骨架不連,如何高效聯通河流兩岸,是增強城市活力亟須突破的困局,輪渡還是架橋?瑕瑜互見,為了讓河流兩岸成功牽手,一種更先進、高效的方案——沉管隧道應運而生,沉管隧道抗震性能好、結構更安全,又能保證水面船只的正常通航,受惡劣氣候影響小,故而在大型越江、跨海工程中得到愈發廣泛的應用。

沉管隧道,即用沉管法修建的水底隧道,自1910年美國在底特律河用沉管法修建第一座用于交通運輸的水下隧道起,已有百余年的發展歷史,沉管的預制和安裝都是極具難度的部分。

2021年1月22日,舉世矚目的跨海集群工程——深中通道港第7節海底隧道沉管E7與已安管節的精準對接,海底隧道建成總長突破千米。

而整個海底隧道將由32節航母大小的沉管相接,組成世界建設規模最大的鋼殼沉管隧道,中交人憑借世界一流的系統裝備及核心技術,接連刷新海底隧道沉管浮運安裝的新紀錄。

海底沉管隧道就是將一節節沉管在海底實現“接龍”,并準確定位在提前開挖好的水下基槽內,使這些管段組合為隧道,兩端連接陸上交通。

兩次舾裝,密封“加眼”

要在數十米深的海底“安家”,沉管在正式浮運安裝前,先要做防水處理,并裝上一副能夠看清海底的眼睛,這兩道工序就是“一二次舾裝”。  一次舾裝主要包括安裝壓載水箱、封門,將兩端通透的沉管臨時升級為密閉的“潛艇”,保證沉管浮運安裝滴水不漏。

到了二次舾裝,沉管將與沉管安裝船舶“合為一體”,并在沉管上安裝測量塔、監測設備等,保證作業人員實時監測沉管在幾十米深水中的一舉一動,為高精度水下安裝保駕護航。

在沉管安裝前還需要為沉管建造一個安穩的“家”,深中通道作業區地質松軟,中交人研發的DCM水下深層水泥攪拌樁工藝,對海底地基進行切割攪拌并注入水泥漿,使海底地層迅速固化,再經挖泥船將上層泥沙移走后,開展拋石振密作業,在基槽上鋪設出一條“石板路”。

為保障沉管安穩著陸實現毫米級對接,中交一航局研發世界最大最先進的自升式碎石鋪設整平船“一航津平2”,在“石板路”上鋪設一條條“弓”字形的碎石壟,整平精度可控制在正負40毫米以內,3天時間便可完成單個管節基床的鋪設,有效避免基槽回於問題,確保沉管水下高精度對接。

新船起航,浮運更穩

萬事俱備,沉管開啟海上之旅,從牛頭島沉管預制廠到西人工島對接區,沉管需浮運近50公里,經7次航道切換,克服淺水區航道擱淺,地質條件復雜、回淤強度大等多個世界難題,才能成功安放海底。

為此,中交人量身打造了世界首艘沉管浮運安裝一體船“一航津安1”,它集沉管浮運、定位、沉放和安裝等功能于一體,具有DP定位和尋跡功能,是目前世界上安裝能力最大、沉放精度最高、施工作業最高效、性能最先進的海底隧道沉管施工專用船舶,在設計、建造及施工管理系統方面均為自主研發,標志著海底沉管隧道施工正式進入智能化時代。

一體船的研發投產可減少航道疏浚挖泥量超2000萬立方米,節省隨行輔助船舶10余艘,有效縮短沉管浮運和航道封航時間,經濟和社會效益顯著。

沉管浮運既要有硬核裝備,又要有過硬的軟件系統,為了保證沉管安全抵達水工水域,一體船配套了船管連接系統,通過監測數十個應力監測點,實時將沉管連接情況,反饋到指揮室。

中交人還研發出世界上首套船管姿態監測系統“港灣一號”,它具備監測0.05赫茲超低頻運動的能力,專門監測船與沉管在水中的每一個“舞步”,都能清清楚楚地呈現在屏幕上,為指揮決策提供參考。

北斗助力,精準安裝

經過“長途跋涉”,沉管終于來到安裝施工區,為實現水下毫米級對接,中交人將北斗定位系統引入跨海通道施工,一體船通過北斗定位系統,將沉管在水下的三維動態呈現在顯示屏上,幫助指揮人員實時掌握沉管在海底的一舉一動。

操作人員通過錨機將沉管下放到距對接端1米的基床上,經拉合進行初步對接,通過水力壓接,排出多余的水,實現嚴絲合縫、滴水不漏。

沉管對接完成后,仍然處在一種不穩定的狀態,水中的壓力隨時可能對各個部件造成巨大的破壞,世界最大供料鎖固回填船“一航津供1”儲存能力3000立方米,供料能力每小時800立方米,通過精準拋填石塊,在沉管堆起梯形山,把沉管埋起來,讓沉管有力應對海水沖刷、側移、水浮的抵抗力,至此,海底沉管隧道的浮運安裝,才算是宣告完成。

從“一橋連三地”的港珠澳大橋到助力粵港澳大灣區經濟繁榮的深中通道,再到推動大連南北一體化發展的大連灣海底隧道,中交人不斷攀基建工程新高度,用實際行動詮釋讓世界更暢通、讓城市更宜居、讓生活更美好的中交愿景。

【責任編輯:家正】

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