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~~~——同济大学科研团队攻克技术瓶颈的幕后故事
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2018年10月24日 星期三 放大 缩小 默认   
港珠澳大桥成功合龙关键的“最后12米”
——同济大学科研团队攻克技术瓶颈的幕后故事
张炯强
■ 港珠澳大桥技术难关一一被攻克 受访者供图
  今天上午,创多项世界第一的港珠澳大桥正式启用。在大桥建设的过程中,同济大学十余支科研团队参与其中,“啃”下了最难的东西人工岛及隧道建设中的许多技术瓶颈。筑岛、抗震测试、抗风实验、拱北隧道开挖……一路走来,凝聚了同济人的心血。

  关键的“最后12米”,是大桥建设中的一个感人细节。

  困难之大 前所未有

  “安装胜利完成!”2017年5月2日晚10时33分,中交集团总裁陈奋健宣布。随即,鞭炮声“噼里啪啦”响起。港珠澳大桥海底隧道全长5664米,是目前世界上综合难度最大的交通隧道工程之一。海底隧道由33节巨型沉管连接而成,沉管之间使用“接头”组装。此前,港珠澳大桥已完成全部33节沉管的沉放。安装最终的12米接头,是港珠澳大桥主体工程全线合龙的最后环节。

  “最终接头体积虽小,却比普通沉管复杂得多,难度最大、风险最大。”自始至终参与港珠澳大桥隧道审核咨询任务的同济土木学院徐伟教授介绍,最终接头是一个巨大的楔形钢筋混凝土结构,顶板长12米,底板长9.6米,宽37.95米,高11.4米,重达6000吨,其“三明治沉管结构”是国内第一次使用。与沉管安装的浮运沉放不同,最终接头安装采用吊装沉放。由于最终接头在水下安装空间两侧严重受限,且三维方向上互相影响,可用的安全距离仅有5厘米左右。考虑风力、海流、浮力等多种因素,实际误差只允许在1.5厘米以内。“困难之大,前所未有。”徐伟说。

  海底穿针 成功着床

  去年4月,工程指挥部邀请包括同济大学孙钧院士、徐伟教授,同济校友叶可明院士在内的近百位专家,赴中山市参加“港珠澳大桥岛隧工程沉管隧道最终接头安装合龙施工方案专家咨询(评审)会”,为最后12米沉管施工“把脉问诊”。此前的3年时间内,同济共有11个课题的负责人分别在江苏、上海、浙江、广东等地开展攻关试验、研究,如安装风险课题组就提出槽床基础沉降不均匀、复杂海流、自重巨大、精度要求高、顶推止水、水下焊接等9大风险,并一一开出“处方”。在全部课题的汇报后,92岁的孙钧院士第一个发言。他在这家宾馆前后住了四回,为的都是沉管隧道技术最后拍板。12米连接沉管的安装需要水文窗口(4月至5月只有两个,5月后伶仃洋就不适宜安装作业),需要海面风平浪静,需要晴空万里(能见度1000米以上),所以天气的短期预报、实时预报都要跟上。孙钧院士说:“尽管大家做得慎之又慎,但以下风险还请认真考虑:沉管最终接头下的基床土力学分析应该更深入研究,最终接头就位着床过程中的侧向水流力作用影响要受控,早期的结构沉降分析要准确。这些关键问题大家一定要研究透、把握好,用正确的结果来指导最终接头的安装施工。”老院士最后一锤定音。

  徐伟教授介绍,2017年5月2日早上7时20分许,“成熟稳重”的“振华30”吊着重达6000吨的接头,在施工海域完成90度旋转后,缓慢下沉,中午12时,最终接头成功着床。“整个过程克服海流、波浪的影响,平面误差始终保持在1.5厘米,最终实现了史无前例的海底穿针。”徐伟说,从堪称完美的过程来看,工程人员很好地消化了专家们的意见,并将之化成了完美的施工方案。“最后12米”完成后,港珠澳大桥便实现全线合龙。

  院士坐镇 大家心定

  在此之前,徐伟教授还曾收到一条短信:“随着最后一节沉管顺利安放到位,同济大学承担的港珠澳大桥岛隧结构施工图复核及相关的科研任务即将顺利完成。”这又是一个同济人与大桥的故事。

  何谓岛隧结构设计复核?由于港珠澳大桥的沉管隧道深埋外海海底,其长度和埋置深度达到世界上目前最长、最深的规模,为了确保这项国家重点工程的顺利实施,施工部门委托同济大学承担其设计文件的复核、审查,并完成相应的关键技术科研任务。徐伟团队承担了这项科研任务,孙钧和叶可明两名院士担任了这项科研任务的指导工作。

  为何委托同济?原来,巨大沉管的深水安装是一道世界性难题,荷兰一世界著名隧道沉管公司曾同意派出26个专家提供技术咨询,咨询费开价1.5亿欧元,当时相当于15亿元人民币。最后,这家荷兰公司表示,衷心祝福中国人能自己研发这套系统。但是,“如果一旦不成功,再找我们时就不是这个价钱了。”中方决定争一口气,找自己的专家解决,最终任务落到了同济身上。于是,2012年开始,往返于工地、会议室就成为同济专家的常态,参加施工方案技术审查、研讨,孙钧、叶可明都已耄耋古稀,但提出意见和技术方案,条条精湛;团队成员对包括修改细则等知无不言,对世界级工程负责是大家扛在肩上的光荣责任。

  沉管安放,最后一节最难。难在哪?徐伟为记者画了一张图,说海底隧道呈坡度较缓的弧形,就像一张弓的弓背,全长约6公里的港珠澳大桥海底隧道由33节巨型管节对接安装而成,包括28节直线段管节和5节曲线段管节,从东西人工岛两端相对安装。海底隧道的合龙口是保证港珠澳大桥海底隧道全线成功安装的最后一道关口,该管节的安装施工作业空间最小,龙口水流最急,对接位置的精度要求最高。该管节的顺利沉放安装施工完成,奠定了港珠澳沉管隧道施工成功的基础。白云教授研发的接头红外探水系统,解决了人进不了接头部分和24小时全天候监测的难题,获得了国家发明专利。

  中交港珠澳大桥岛隧工程项目总经理林鸣告诉记者:“整个沉管隧道的施工安装过程是彰显国力的过程,我们运用了很多大国重器装备,集成了很多跨行业跨领域技术,应该为我们的同事点赞,更应该为我们的国家点赞。”大桥隧道建设中,同济孙钧院士和白云教授等十余次赶赴港珠澳大桥指挥部“望闻问切”,知无不言。“每次看到来自上海同济大学的老院士们坐在那里,我的心里就定定的。”林鸣说。

  本报记者 张炯强

     
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