昔日“叹零丁” 今日“跨伶仃”
版次:004 2024年07月01日
沐浴在晨曦中的深中通道
2020年6月16日,深中通道海底沉管隧道首个管节E1浮运至现场等待沉放安装。
从昔日“叹零丁”,到今日“跨伶仃”,这是一个时代的见证!
6月30日,举世瞩目的超级工程深中通道,正式通车试运营。这是全球首个集“桥、岛、隧、水下互通”为一体的跨海集群工程,路线全长约24公里,深圳至中山的车程将从此前的2小时缩短至30分钟。
历时141天实现西人工岛合龙、8万吨沉管在海底一次性精准安装到位……迎着疾风、踏着巨浪,上万名建设者在珠江口连续奋斗7年。
频发的台风、高盐高湿的环境、复杂的海底情况……这是世界上建设难度最高的跨海集群工程之一。
这个海上奇迹有多强?数据最能体现——
世界最大跨径全离岸海中钢箱梁悬索桥:深中大桥主跨达1666米,加上两边边跨,总跨达2826米;
世界最高通航净空海中大桥:深中大桥主塔高270米,大桥桥面距离海平面高达91米,船舶通航净空达76.5米,未来可满足30万吨散货轮和3万标箱集装箱船的通航需求;
世界最长的双向八车道海底沉管隧道:深中通道海底隧道,双洞双向8车道,长约6.8公里,其中海底隧道沉管段长5035米,由32个重达8吨的管节和一个最终接头连接而成;
世界首例水下高速公路枢纽互通—机场互通立交:深中通道东人工岛全岛陆域面积34.38万平方米,相当于48个国际标准足球场,岛上隧道工程包括长480米的堰筑段隧道、长855米的岛上主线隧道,以及实现交通转换的4条匝道隧道……
这个跨海超级工程再次擦亮中国基建名片——
研发出超高强主缆钢丝索股、革新外海超大尺度沉管管节浮运安装工艺……深中通道建设以来,已获得发明专利200余项、行业协会奖项数十项。
4月,深中通道深中大桥获得了拥有桥梁界“诺贝尔奖”美誉、国际桥梁大会授予的乔治·理查德森奖。
“这是对中国基建技术的又一次检验,这是向世界展示中国基建实力的新窗口。”中交公路规划设计院深中通道岛隧设计总负责人徐国平说。
作为环珠江口交通网络的关键一笔,深中通道背后的意义不仅是车程缩短,更代表粤港澳大湾区互联互通迈出重要一步,激发更多发展活力。
作为一道天然屏障,珠江口曾让两岸城市拥有不同的发展特色——
东岸,先进制造业实力雄厚,科技创新能力强大,产业链供应链体系相对完整,但面临着发展空间受限、要素成本上升的问题。
西岸,可利用可发展产业空间广阔,土地使用和租金成本相对较低,但亟须进行产业转型升级、“输血造血”。
通车带来的便利,让“深圳总部+中山制造”“深圳研发+中山转化”等产业合作新模式成为现实。
“作为粤港澳大湾区新的‘交通脊梁’和‘A’字形交通网络骨架的关键一‘横’,深中通道自构思设计阶段便肩负着推动珠江口东西两岸更好连接、融合的重要使命。”广东省交通集团董事长邓小华说。
一桥飞架,超级工程让“东西两岸”变为“大桥两端”,隔海相望的珠江两岸实现“海上”牵手,将助推大湾区迈向美好未来。
揭秘
深中通道到底“牛”在哪?
地处粤港澳大湾区核心区域,集“桥、岛、隧、水下互通”为一体,当前世界上综合建设难度最高的跨海集群工程,深中通道为什么这么“牛”?
桥
深中大桥(原名伶仃洋大桥)长度虽然不到3000米,却是全线关键控制性工程之一。
建造这座大桥需要克服多个难题——
首先,需要满足繁忙的通航需求。
这座大桥的上游,是华南地区最大的集装箱干线港口广州港。它的国际集装箱航线多达130多条,日均4000多艘次船舶在桥面下航行,未来还要满足30万吨散货轮和3万标箱集装箱船的通航需求。因此,深中大桥采用了1666米超大跨径桥梁,是世界最大跨径全离岸海中钢箱梁悬索桥。
深中大桥通航净高是76.5米,它比世界主航运通道苏伊士运河和巴拿马运河上的桥梁通航净高高出10米左右。这是目前世界最高通航净空的海中大桥,距离海面26层楼的高度,足够容纳两艘上下叠置的泰坦尼克号。
要实现这样的通航净高,就要在伶仃洋上建造两座更高的大桥主塔。中国工程师自主研发的一体化智能筑塔机,此时大显身手。7400吨预制成型的钢筋,5万立方米的混凝土,48次的浇筑,仅用一年的时间,这座90层楼高的主塔便拔“地”而起。
其次,需要承受得住重量。
深中大桥钢结构用钢量约8.5万吨,相当于两座国家体育场“鸟巢”的用钢量。要拉起如此重的桥梁,就需要拉力更大的主缆。主缆直径为1.06米,由25000多根直径6毫米的钢丝组成,钢丝的强度为2060兆帕,每根小小的钢丝都足以吊起3辆家用小轿车,两根主缆的总缆力将近30万吨。顺着主缆望去,在两座高主塔的两边,有两个钻石模样的巨大锚碇,这是大跨径悬索桥最重要的受力结构。
但在淤泥层较厚、地质复杂的海中建设巨型锚碇结构,全世界都鲜有经验可循。深中大桥单个锚碇重约100万吨,面积相当于17个国际标准篮球场,是当前世界上最大海中锚碇。它就像两个大大的“秤砣”,用自己的体重“压住”了整个桥梁和日后行驶在桥上所有车辆的重量。
最后,深中大桥面临的最大挑战是风。
因为处在珠江口强台风频发区,曾有欧洲著名桥梁公司断定:整体钢箱梁悬索桥方案无法满足抗风安全要求。
工程师宋神友牵头组织了3年多的平行研究,研发了新型组合气动控制技术,在世界上首次将超大跨整体钢箱梁悬索桥颤振临界风速提高至88米/秒,能抵御17级台风。深中大桥一举打破了国外权威的论断,为我国未来跨海工程积累了技术储备。
如今放眼望去,在浩瀚的伶仃洋上,深中通道的桥梁宛如巨龙一般,在水面上蜿蜒出优美弧线,两边海天一色,开阔而壮观。
隧道
深中通道海底隧道全长6845米,是世界上最长、最宽的海底钢壳混凝土沉管隧道。
沉管隧道段由32个重约8万吨的管节和一个最终接头连接而成。如何确保这些管节能在海底一次性精准安装到位?
两个核心装备助力深中通道“海底穿针”。
世界首创的沉管浮运安装一体船“一航津安1”,主要任务就是浮运安装深中通道海底隧道的沉管以及最终接头。船上有一个特殊的装置,黄色塔架的顶端就是北斗导航系统的主机天线盘,它的作用就是接收卫星定位信号传输给智慧施工系统,来指挥沉管在海底的精准对接。在看不见的水下,5厘米的安装误差量,对于长160多米、宽46米,还有10米高的沉管来说可以说是“穿针绣花”。
为引入北斗的力量,团队在陆上、海上、沉管上反复做了上千次试验验证,最终形成方案,由船上的北斗卫星天线和附近的参考基准站配合,对沉管进行差分定位,精度可达毫米级。
隧道内实现了北斗卫星定位信号的全面覆盖,不仅可以实时导航,还能随时保持通信联络,即便是在40米深的海底隧道,也能5G冲浪上网。
隧道内一共有14台智能巡检机器人。南、北行车洞平均每1.2公里就布有一台。这些机器人可以在应急情况下,接受控制中心远程指令赶赴现场,还可以通过自带扬声器疏导交通。
为了保证隧道行车的安全,深中通道研发了智慧交通管控系统,通过安装在隧道内的各种传感器,能够主动、快速发现事故。
如果发生火灾,可以在控制室远程一键开启隧道顶部的高压水雾、泡沫灭火系统,为人员逃生争取更多的时间。
传递这些信息的“神经网络”,就设在隧道的中管廊内。中管廊分为上中下三层,最下面一层是全线电缆、光缆、给排水、消防管道的铺设位置,可以说是深中通道安全运营的“中枢神经”。
中间一层是横向联络道,最上面这一层是排烟通道,在发生交通事故、火灾的情况下,人员可以通过横向联络道逃向对面的车道。
岛
在全长24公里的深中通道行驶,车辆怎样从海面上几十米高的桥上,安全顺利地开进海底隧道呢?深中通道西人工岛就解决了这个问题。
从空中俯瞰,西人工岛就像一只鲲鹏,展翅在伶仃洋海面上。西人工岛面积约13.7万平方米,相当于19个足球场,是深中通道建设在伶仃洋上落下的第一子,其重要的功能就是要实现桥隧转换。
茫茫大海上如何“无中生有”,在四个半月快速筑起一座人工岛?关键就在于这57个钢圆筒,每个钢圆筒直径28米、高35~40米,重达650吨。
深中通道西人工岛处于采砂区内,地层复杂,建设团队研发了钢圆筒基础预处理核心技术,在不平整、不均匀的施工海域地基上“磨豆腐”,降低硬质土地层强度。
通过自主研发的12锤联动锤组同频震动,成功将一个个巨型钢圆筒精准牢固地打入海底岩层中,创造了西人工岛四个半月快速成岛的世界纪录。
西人工岛上最核心的区域,就是深中通道隧道的出入口。同时在它的上方还有很多横梁组成的减光带,在进出隧道时可以更好地来适应光线的变化,让行车更加安全和舒适。
这座“海上鲲鹏”造型的人工岛,已经成为伶仃洋上的新地标。
核心技术
深中通道建设难度是世界级的,在攻克一个个难点和堵点的时候,我们也是孤独的。
2018年,我国工程师们组团到国外的类似工程去调研学习。可到了现场后,对方不让靠近,更不让拍照。工程师们不远万里、满怀希望地去,却只看了一个寂寞。
真正的核心技术,是要不来讨不来的。回国后,我国组织国内顶尖的高校、科研院所、施工设计单位等,全产业链进行了系统性攻关,形成了具有自主知识产权的科研成果。
作为项目总工程师、“1号员工”的宋神友,已为此奋斗了近5000个日夜。世界最大直径钢圆筒扎根珠江、世界最高强度主缆索股飞跃伶仃洋、世界首例双向八车道海底隧道首节管节成功安装……回想起深中通道的每一个重要时刻,他依然心潮澎湃。
如今,深中通道终于建成通车,宋神友14年梦想变成现实。谈到未来的交通强国梦,他说:“人这一辈子,总归是要干点事的,建设人享其行、物畅其流、保障有力的通道工程,让深中通道的标准成为中国标准,让中国桥、中国隧成为世界桥、世界隧,我想,这就是我的交通强国梦。”
终于,我们在这片宽阔的海面上架起了堪称雄伟的桥梁!
延伸
深中通道背后的 重庆“建设力量”
这座超级工程背后,有着一股来自桥都的“重庆力量”。
由在渝央企中交二航局二公司参建的深中大桥,是深中通道关键控制性工程之一。深中大桥建设高峰期有600多人,其中70%的一线工人和桥梁项目管理者,都来自重庆。面临世纪工程,他们攻克了一个又一个新难题,研发一个又一个新技术,创下一个又一个新纪录。
攻克海中最大锚碇基础施工难题
“我们主要承建深中大桥东塔东锚、24孔非通航引桥、深中大桥上部结构、小里程的钢箱梁架设、上游侧的主缆架设。”中交二航局深中通道项目副经理廖文龙告诉记者,大桥拥有世界最大海中悬索桥锚碇,单个锚碇混凝土方量约34.4万立方米。
然而,项目在东锚碇初期施工时就面临挑战:施工区域海底淤泥层厚度大;每根钢管桩的施沉精度要求极高,平面位置偏差不超过8厘米,垂直度偏差不超过1/400……在这里施沉钢管桩,就如同“豆腐上插筷子”。
项目团队最终选定“围堰筑岛+锚碇地连墙”方案,在海上建一个类似人工岛的圆形场地,变海上为陆地施工。
深中大桥在国内首次采用海中大型地连墙锚碇基础,形成海中软基处理、围堰筑岛、地连墙成槽等成套建造技术,开创了宽阔海域建造大跨度悬索结构体系桥梁工程的先河。
一体化智能筑塔机助力品质效率提升
深中大桥海中索塔高270米,线形控制难,此外项目施工区域属南亚热带海洋性季风气候区,天气复杂多变,灾害性天气频繁,尤以台风为盛,每年侵袭珠江口水域台风数量约4-6个。
针对传统施工设备存在的问题,中交二航局将桥塔高空现场施工打造为“竖向移动工厂”,研发应用国内首台一体化智能筑塔机,塔柱施工速度最高可达1.2米/天,减少高空操作人员近60%,降低了高空作业安全风险,将超高混凝土桥塔传统建造技术升级为工业化建造技术,用机器代替人工,将工业化、智能化、信息化、标准化高度融合到桥梁建设中,为桥梁超高索塔建造带来革命性转型升级。
中交二航局深中通道项目经理黄厚卿表示,针对钢箱梁节段超宽超大、结构形式复杂等情况,项目团队研发建造了850吨级智能化缆载吊机,解决了大吨位、大跨度悬索桥箱梁节段吊装同步稳定性差、起重能力和起升速度无法保证的难题。
重载试验背后的大桥“生命线”
在深中大桥建设现场,两根长长的“鞭子”耀眼醒目,它们从一座主塔跨越而过,再跨过另一座主塔,它就是大桥的重要受力构件——主缆。
“大桥单根主缆由199根索股组成,每根索股由127丝、直径6毫米的中国自主研发2060兆帕镀锌铝钢丝组成,这是目前国内强度等级最高的悬索桥主缆钢丝。”肖文福介绍,采用高强钢丝不但降低了主缆用钢量、减小了风阻,还增强了抗腐蚀性,是我国主缆钢丝强度的又一升级突破。
主缆的每根索股长约3000米、重约85吨,单根主缆重达1.7万吨。要将如此重量的主缆搬至270米高空并非易事。索股架设中,海上大风导致索股摇晃无法精确测量,团队通过主缆“V”形保持器和索股抑振装置避免了风的影响,还采用超长索股无人跟随架设技术,提升了主缆架设自动化、信息化水平,解决了昼夜温差大、导致索股变形、夜间调索精度不高的问题。
综合新华社、央视新闻、羊城晚报、华龙网等