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探秘深中通道:告别“卡脖子”,世界最大沉管隧道“智慧”预制厂大放异彩


发布时间:2020-09-01 08:22

来源: 《建设机械技术与管理》杂志

  建设中的深中通道是继港珠澳大桥之后的又一个世界级“桥、岛、隧、水下互通”的集群工程,开工建设至今,已有三年多的时间。2020年8月28日,深中通道沉管隧道重约8万吨的E3管节经出坞、浮运、系泊、沉放等工序,挺进伶仃海域20米以下深水区,顺利完成对接。

  2019年6月,投资超10亿元、曾承接港珠澳大桥33节沉管隧道建造的世界最大规模沉管预制工厂,全面完成“智慧化”改造后开厂,正式肩负起深中通道项目其中22个沉管管节预制的艰巨使命。

  深中通道沉管隧道为世界首例双向八车道海底沉管隧道,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9米,单孔跨度超过18米,沉放最大水深达到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。

探秘深中通道:告别“卡脖子”,世界最大沉管隧道“智慧”预制厂大放异彩

  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,其排水量相当于一艘中型航空母舰。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进行沉放。

  两百台智能小车编组 大幅提升“巨无霸”管节转运能力

  据了解,沉管预制施工包含两次沉管移动、混凝土浇筑、两次舾装等繁复流程。对工程师们来说,首要解决的是如何将重达一万吨的“巨无霸”钢壳从驳船上安然无恙地运送到预制车间。

  “这种运输最适合的方式就是智能小车编组,但国内现有的智能小车的承载力均远远达不到要求,必须重新研发。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。”中交四航局深中通道项目总工程师黄文慧表示,历时一年半,终于攻克难关,研发出了单台承载力达到800吨的智能台车。

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  据了解,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 200台智能小车编组,将彻底解决单节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。

  自主研发智能浇筑系统 全程自动智控保证浇筑质量

  工程师们面对的第二个难题,就是如何在单个管节2500个仓格实现毫米级误差的混凝土浇筑工作。

  深中通道沉管隧道采用钢壳混凝土组合结构形式,该结构为国内首次应用,国际上首次大规模使用。“简单来说,这种结构形式就是钢板包着混凝土,类似‘三明治’结构,具有承载能力大、防水性能好等优点。但浇注隔仓多,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,在封闭隔仓里实现混凝土填充密实性是世界性难题。”深中通道管理中心副主任、总工程师宋神友表示。

探秘深中通道:告别“卡脖子”,世界最大沉管隧道“智慧”预制厂大放异彩

  传统混凝土浇注设备有电动和液压类型,但只适用于裸露区域的浇筑,不适用钢壳浇筑区域密闭仓格;同时,传统浇筑法全靠人员辅助浇筑,如果工人长时间工作,容易出现疲劳或是浇错仓、溢孔等情况,且无法控制混凝土下料高度和浇筑速度,难以保证自密实混凝土浇筑品质。

  为了突破钢壳“芯”技术,早于2015年,在广东交通集团领导下,深中通道管理中心组织产学研用联合攻关,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。

探秘深中通道:告别“卡脖子”,世界最大沉管隧道“智慧”预制厂大放异彩

  据宋神友介绍,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。

  智能浇筑系统是对沉管仓格进行精准浇筑的新型平台,通过对混凝土生产及浇筑等全过程监控,实时记录统计数据,实现高流动自密实混凝土的过程控制,以控制下料高度、浇筑速度等精细化手段控制每个仓格的浇筑过程,具有效率高、风险低、稳定性高等优点,超越了行内的传统施工技术,极大提高了沉管浇筑效率和质量,沉管预制可缩短至30天/节。

探秘深中通道:告别“卡脖子”,世界最大沉管隧道“智慧”预制厂大放异彩

  在智慧梁场智能化建设方面,项目研发了“六线一系统”的智慧预制梁场生产线。具体包括:混凝土智能搅拌生产线、钢筋自动化数控加工生产线、液压模板自动控制系统、智能布料、浇筑及振捣系统、预应力智能张拉及压浆系统、智能化喷淋养护系统、集成控制系统。通过生产线设备智能化、工序卡控智能化、施工管理精细化,提升预制梁的品质及工效,实现桥梁建造向工业化生产转型。

  2019 年12月10日,粤港澳大湾区超级工程——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,为世界首例双向八车道海底沉管隧道安装打下了坚实基础。



关键词: 浇筑,混凝土,智能,隧道,预制,系统,密实,研发,深中通道

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