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海阔任探索 创新铸重器——港珠澳大桥沉管清淤装置研制探秘
更新日期:2017-09-19浏览次数:477

图为经受了台风洗礼的港珠澳大桥西人工岛。 特约记者 林彦臣

  8月28日,记者从港珠澳大桥管理局获悉,备受关注的港珠澳大桥主体工程成功经受了台风“天鸽”“帕卡”的考验,稳固屹立于伶仃洋。目前,大桥主体结构稳固,未因14级风力出现重大隐患,建设者已投入繁忙的建设作业。

  港珠澳大桥沉管隧道是目前世界最长、国内首条外海长大公路沉管隧道,也是目前世界上首条深埋大回淤节段式沉管工程。由于深水深槽特点带来基槽回淤和沉放对接等难题,综合施工难度远远大于当前该领域世界其他工程。近日,岛隧工程中交联合体的工程人员向记者讲述了一段国际最先进的沉管隧道清淤装置研制背后的故事。

  2014年年底,当铺设编号E15沉管隧道时,突遇海底泥沙回淤异常。在经历了150余天的艰苦攻关之后,E15终于安装到位。问题虽然解决了,但是中交港珠澳大桥岛隧工程项目部(简称岛隧工程项目部)总经理林鸣却陷入了沉思:后面如果出现的新泥沙回淤怎么办?能不能在碎石整平船上安装一套高精度的基床清淤装置,既能清除碎石上的淤泥,又不吸走碎石呢?他立即组织中交广州航道局、一航局和上海振华重工开展技术攻关,全力推进整平船“津平1”轮技术改造。一场研制国际先进海底清淤装置的攻坚战打响了!

  从零做起 为虎添翼

  “80后”尹刚,是上海振华海上重工设计院工程师。他向记者回忆起初上港珠澳大桥的情景。

  2014年深秋,上海振华海上重工设计负责人王学军带着尹刚飞赴珠海。在岛隧工程项目部,林鸣见到他们的第一句话就是“我们遇到世界级难题了!”林鸣要求,在最短的时间内研发出一套外海深水恶劣工况条件下高精度清淤装备和技术,解决先铺碎石基床面的无损清淤难题。

  王学军召集团队查阅资料发现:近年来国际上外海大型沉管隧道工程大都选用了先铺法基床,其中最典型的是2000年建成的丹麦与瑞典之间的厄勒海峡沉管隧道和2010年建成的韩国釜山至巨济沉管隧道。港珠澳大桥沉管隧道也选用了先铺法碎石基床,但不同的是,港珠澳大桥沉管隧道处于回淤环境,而厄勒海峡沉管隧道和釜山至巨济沉管隧道都处于无回淤或微淤环境。

  先铺法碎石基床应用于回淤环境,港珠澳大桥沉管隧道是世界首例。“先干了再说!”年轻的振华人放弃了周末休息,连续奋战20余天,终于在2015年春节前绘制出了清淤装置的图纸。

  为了尽早实现整平船清淤功能,港珠澳大桥岛隧工程项目部总经理部人员与上海振华重工会商、研讨10余次,并多次前往上海振华重工基地查看施工进度。

  2015年3月起,上海振华重工抽调近100名骨干力量入驻港珠澳大桥岛隧工程施工现场,进行24小时作业,抓紧碎石基床整平施工的间隙焊接清淤装置。2015年7月底,整平船进行设备调试和清淤系统试验,并于8月29日至31日分别进行碎石垫层第一垄、第三垄和原泥面清淤系统试验。根据清淤试验,他们基本确定了清淤系统吸头的标高和泥泵功效等基本参数。

  鏖战E22沉管清淤施工

  2015年秋季,受台风影响,E22沉管碎石基床施工不得不暂停整平作业,泥沙攻关组非常担心已铺基床出现回淤。

  10月28日前,无明显回淤,情况比较乐观,然而10月29日,第一、二船位回淤程度突然加剧,10月31日回淤进一步加剧。

  岛隧工程项目部组织基础监控组多次讨论,决定将E22沉管安装窗口推迟到11月3日晚上开始浮运,并采用已经完成技术改造的“津平1”轮进行第一、二船位的清淤施工。

  首轮清淤完成后,现场人员发现垄顶回淤已经清除完毕,但垄沟内还存在一定回淤。林鸣决定,沿垄沟中心再进行一遍清淤。E22沉管浮运前几个小时,第二轮清淤顺利完成。现场监测和潜水探摸表明,垄顶、垄沟回淤已全部清理完毕,满足安装要求。“津平1”轮的清淤装置在E22沉管的基础施工中发挥了预想作用,仅用4天就完成了清淤工作。

  2015年11月5日,E22沉管安装顺利完成。测量结果显示:E22沉管对接精度保持了一如既往的高水平。在此过程中,新开发的高精度清淤装备避免了基础被挖除,为工程节约费用5500万元。

  科学探索从无到有

  尹刚说:“科学探索是一个从模糊到清晰的渐进过程。”在E15、E22沉管的清淤中,岛隧工程项目总经理部从提高碎石基床纳淤能力、准确预测回淤情况、实时监控回淤状况以及有效处理回淤工况等4个方面制定具体的研究目标,最终实现了对回淤问题的全过程控制。

  他们开展碎石基床纳淤能力试验,提出了回淤环境下基于纳淤分析的沉管隧道先铺碎石基床纳淤设计,完善了先铺碎石垫层设计方法和体系;他们开发米级分辨率的浪潮流与泥沙耦合的数值预报模式,准确掌握施工海区复杂的水动力环境和泥沙回淤分布特征,规避施工风险,保障施工质量;他们研究形成了高精度外海沉管基础回淤监测技术,解决了快速准确判定沉管基床面回淤状况的技术难题。

  “沉管施工中的多项发明创造都是工程实践倒逼出来的。”岛隧工程项目部副总经理尹海卿深有体会,岛隧工程全部33节沉管碎石基床铺设创造出正负4厘米标高误差、合格率100%的世界奇迹。

  2017年8月5日,完工返程时,伶仃洋上汽笛鸣响,烟花绽放,“津平1”轮缓缓驶出了人们的视线,留下的是中交人沉甸甸的敬业精神和科学严谨的报国情怀,它将跟随港珠澳大桥这座超级工程一同载入中国桥梁建造的史册!


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