港珠澳大桥隧道首次海底对接 难度堪比太空对接

2013年05月03日05:19  南方都市报
港珠澳大桥示意图 港珠澳大桥示意图

  四个位于接口处的沉管短一些,其余2 9个沉管的标准长度为180米、宽3 8米、高11.4米

  沉管隧道由钢筋混凝土浇筑而成,最厚的地方达到1.8米,每节沉管要用7200吨的钢筋,相当于搭建整个埃菲尔铁塔所使用的钢材;每节沉管的排水量约75000吨,比辽宁号航母的排水量还要大

  南都讯 记者蓝辉龙 昨天,庞大身躯堪比航母的港珠澳大桥首节沉管隧道从珠海桂山岛出发,在为期3天的连续施工作业中,沉管将在海面浮运7海里之后,在预定海域下沉,并在海底完成精确的对接安装。港珠澳大桥由桥梁和海底隧道两部分组成,深海隧道的对接是整个工程最难的部分,也是当今世界上最难的海底隧道工程,被称之与神九与天宫一号太空对接比肩的“深海之吻”。

  每节沉管排水量比辽宁号大

  2009年底正式动工、预计2016年通车的港珠澳大桥,由桥梁和隧道两部分组成,在珠江口海域的东、西两个人工岛上,将完成桥梁与隧道之间的过渡和转换。其中全长5664米的海底隧道,建好后是双向六车道的公路隧道,将由33节的钢筋混凝土结构的沉管对接而成,除了四个位于接口处的沉管短一些,其余29个沉管的标准长度为180米、宽38米、高11.4米,是世界上最大的海底沉管隧道。

  “当沉管隧道浮在水中的时侯,每一节的排水量约75000吨,比辽宁号航母的排水量还要大,辽宁号满载的情况下排水量也只有67500吨。”中交联合体港珠澳大桥岛隧工程项目总经理部副总工程师翟世鸿介绍,33节的沉管隧道,采用的是工厂化标准预制的生产方式,全部都在距施工海域7海里外的珠海桂山岛上完成,然后从海上浮运到施工现场,再沉入海底对接。这些沉管隧道由钢筋混凝土浇筑而成,最厚的地方达到1.8米,每节沉管要用7200吨的钢筋,相当于搭建整个埃菲尔铁塔所使用的钢材。

  昨天11时,在八艘总马力超过4万匹的拖轮牵引下,浮在海面的首节沉管以缓慢的速度向预定施工海域移动。首节沉管比标准管节要短一些,长112.5米,宽37.95米,高11.4米,吃水深度约为11.1米,总重量为44000吨,总排水量为47000吨。虽然该管节比较小,但光上部平面的面积,就相当于10个篮球场。

  提前两年预报“气象窗口”

  “沉管什么时候出海,在很大程度上还要‘靠天吃饭’。”翟世鸿说,沉管安装作业必须选择一个风浪比较小的天气,工程人员将称之为“气象窗口”。

  据介绍,为了准确预报沉管出海的“气象窗口”,中交联合体港珠澳大桥岛隧工程项目总经理部花费3000万元,与国家海洋局海洋环境预报中心以及中国科学院南海研究所合作,从2011年5月份开始就在做海上气象的研究。

  中交联合体港珠澳大桥岛隧工程项目总经理部总工办主任高纪兵介绍,在天气好的情况下,一个月也只能找到1-2个可以作业的气象窗口,台风季节则有可能会几个月也没有这样的气象窗口,“理论上一年只能沉放安装10个左右的管节,气象条件可能会是影响大桥工期的最大因素。”

  安装难度堪比神九太空对接

  “神九与天宫一号的对接,被人们称为太空之吻,而我们这个深海之吻,难度可以与之并论,甚至会更难。”项目部副总工程师刘亚平说,“对接在环境复杂的海底进行,受多种环境介质影响,共需对接33次,耗时3年,堪称马拉松赛跑。”

  沉管预制好之后,两头将密封起来,形成一个巨大的中空管子,像造船一样漂浮在“深坞”中,通过向沉管内部灌水和抽水控制沉管的浮沉。“排水量多大就可以产生多大的浮力,沉管两端封闭后排水量是75000吨,也就是说足以让它自己浮起来,不用借助其他浮力。”两艘巨大的安装船一前一后横跨在沉管上方,8艘拖轮通过巨大的特制尼龙缆与沉管相连,分别在沉管的前后左右位置,开始向着预定的海域出发。

  首节沉管在海中行进的速度非常缓慢,最小航速0 .03节,最大航速也只有0 .8节,按照计划,7海里的航程要花13.5个小时,于今日凌晨零点30分抵达预定位置,计划今日14时开始沉放,在明日16时才能完成海底对接。

  沉管在海底的沉放和对接过程中,完全在不可视的环境下进行,采用了由遥控压载、精确声纳测控和数控拉合组成的数字化集成控制系统,所有的控制都可在船上的电脑上完成。

  对接步骤

  1 两艘巨大的安装船一前一后横跨在沉管上方,8艘拖轮通过巨大的特制尼龙缆与沉管相连,将沉管的前后左右位置,开始向着预定的海域出发。

  2 沉管由8艘拖轮拉抵施工海域后,24个巨大的锚抛向海底,每12个锚与一艘沉放驳相连。

  3 工作人员通过电脑控制的系统往压载水箱注水,沉管开始缓缓往下沉,另外通过收、放缆绳来控制沉管的位置。

  4 沉管横截面四周安装有巨大的橡胶止水带,相当于一个大胶圈。两节沉管在海底对接拉合到一定程度后,胶圈形成了一个密封的状态,这时候将两个管节封闭门之间的水和空气抽掉,形成了一个真空的空腔,海水巨大的压力将会推动待接沉管往前压,使橡胶止水带充分压缩,从而完成了两个沉管的对接。

  5 再经过微调使沉管完全到位之后,就以混凝土和碎石等对沉管外回填,固定好已在海底对接的沉管,这时整个对接过程才算完成。

  [延伸阅读]

  海底铺地基打入五六万根砂桩

  港珠澳大桥海底隧道巨大的沉管,所在的位置原样是完全软土的海底,对地基的处理是一个世界级的难题,一旦地基不结实,后果将不堪设想。中交股份联合体港珠澳大桥岛隧工程项目常务副总工程师尹海卿介绍,施工海底表面淤泥含水量高达50%-60%,石头抛上去基本都陷在泥汤里,不做处理的话隧道根本没法安置在上面,要使沉管安放在固定的基础上,并减少日后的沉降和不均匀沉降,难度非常大。

  为了做好海底隧道的地基,首先在要伶仃洋40多米深开挖一条海底隧道基槽,这样的深度好比位于一栋商业楼-16层的地下车库,基槽通过人操纵抓斗船上的操作手柄完成,船上安装的110吨重抓斗有近四层楼高,张开时最大的宽度可达到9米,一抓就是30立方的泥。在看不见的水底环境中,要求这只巨手“下手”的误差不能超过0.5米,这样的精挖误差创造了世界之最。

  翟世鸿介绍,挖好基槽后,除了在海底堆载预压和铺设块石,还要在基槽中打挤密砂桩,整条海底隧道基槽要打五六万根直径1.2米的砂桩,这些砂桩最深的打到海底20多米,直抵坚固的硬土层。在沉管隧道安装之前,还要在挖好的基槽中做碎石基床基础,即要在40米深的海底,铺设一条42米宽、30厘米厚平坦的“石褥子”。

(原标题:港珠澳大桥沉管隧道开始首次海底对接)

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