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20個巨型鋼圓桶扎進深海,港珠澳大橋人工島這樣建成

  • 分享時間:2018-11-16
  • 分享者:cao-qb
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摘要:你以為這是一艘超豪華的海上巨輪?錯,這是港珠澳大橋“顏值爆表”的人工島!人工島是港珠澳大橋的控制性工程之一,大橋的海底沉管隧道便是由東西兩個人工島連接起來的,然后人工島又與內陸通過橋梁連接。從空中看,港珠澳大橋的人工島框架宛如一串項鏈,而這串項鏈的每個“珠…

  你以為這是一艘超豪華的海上巨輪?錯,這是港珠澳大橋“顏值爆表”的人工島!

  人工島是港珠澳大橋的控制性工程之一,大橋的海底沉管隧道便是由東西兩個人工島連接起來的,然后人工島又與內陸通過橋梁連接。

  從空中看,港珠澳大橋的人工島框架宛如一串項鏈,而這串項鏈的每個“珠子”則是直徑22米、高度最高50米、重500噸的鋼圓筒,就體積而言,每個“珠子”得有10層樓那么高!西人工島就是由61個珠子串起來的。

  (西人工島輪廓逐漸顯現)

  這些聽起來似乎很簡單,其實用鋼圓管的方式在深海形成人工島可是一項全新的工藝。深海筑島,非一日之功。把這個10層樓大小的龐然大物堅固地沉入海底,從工廠制造、長距離海上運輸、研發專用振沉設備到海上振沉,歷經了重重難關。

  (人工島夜景)

  (一)超常規構思,完勝日本企業推薦的傳統鋼板樁方案

  在港珠澳大橋香港口岸人工島工程中,日本一家企業曾推薦了傳統的鋼板樁方案,也希望能在隧道人工島中采用這種工藝。這個方案是將一條條0.5米寬的鋼板插入底,在人工島建設之初也想過這個方案,但這樣一來,22米寬就要打140多次、會產生100多個接口,其工藝流程就很復雜,止水也存在更多不確定因素。

  而且,港珠澳大橋經過珠江口幾個主航道和很多非正式航道,每天有4000艘船舶通過,施工過程不能對航運造成大的影響。還有,這里經過中華白海豚國家級自然保護區,工程更得考慮對生態的影響;且長期以來珠江口形成了穩定的三灘兩槽水文環境,這是珠三角發展的根本基礎之一,施工更不能破壞這種穩定。

  所以,中國工程師提出了一個大膽的構想——用鋼圓筒做人工島防護結構。這個方案不僅可以大大減少船機及海上作業的時間,大圓筒還有良好的穩定性和止水性能,為后續工作提供了一個穩定的環境。

  方案定了,但是加工制造出這些大塊頭、然后從生產基地運到現場、最后沉入海底,都需要新思路。

(二)鉆機、駁船...精細化勘探的利器

  把鋼圓筒打入海底,首先需要摸清海底地質情況。同樣,筑島、海底沉管的安裝,首先要搞清楚地層結構,精確了解海底的詳細情況,這就要經過精細的勘探。

  翻開島隧工程地質勘查圖紙,密密麻麻的標注著170多個鉆孔,400多個測試孔(CPTU孔)。每個孔都需要船舶駐位、鉆探測試、取樣分析等多個環節。中國工程師研制了5臺國內首創的帶波浪補償器的鉆機,其波浪補償系統極大提高了海上鉆探及取樣的精確性和安全性,在惡劣海洋天氣下仍然能夠取得高標準的鉆探數據。同時,他們研制了國內領先的勘察專用鉆探平臺,這一設備大大提高了勘探成果精度。

  在鉆探、取樣、運輸、分析的全過程中,不能改變土質的分層分布等原來面貌,只有這樣,才能精確了解地質情況,專業術語叫“不擾動原土”。

  經過不斷精細化的勘探,2011年1月,島隧工程首批設計圖紙提交。

  (三)制造8臺振動錘,吊起下沉鋼圓管的“大錘”

  鋼圓管直徑22米,最高50.5米,一共120個。把它們打入深海,需要有足夠能量的“大錘”。所以,工程師們“中西合璧”共同打造了8臺振動錘,而且工期只有90天。

  這個前所未有的龐然大物,決不是簡單的振動錘組拼,而是多項中美高端制造業優勢融合。整個振沉系統中,振動錘、同步裝置、動力站、液壓油管、液壓夾頭等從美國引進,共振梁、吊架等則由中國企業制造。

  單臺APE600液壓振動錘已有工程應用,但采用8臺APE600振動錘聯動振沉超大型鋼圓筒卻是中國人的構想,屬國際首創。

  同時,在中國上海,共振梁也在加快制造。它是一個中心直徑22米、截面寬2.4米、高1.2米、重達120噸的圓環形箱梁。頂面安裝8個振動錘和同步軸,底面安裝24個液壓夾具。其技術要求是振動合力居中,能均勻、有效地傳遞到鋼圓筒底部。因此要有足夠的剛度和極高的制造精度。中國工程師確定了將共振梁分解成8個構件單體制造,單獨加工后再進行整體拼裝,吊架與共振梁配作的創新方案。

  在收到美國發出的集裝箱后,中國工程師僅用10天就完成了振沉系統的整體組裝,比預計時間縮短了整整一個月。

  (西人工島救援碼頭正在建設)

  (四)120個500噸的鋼圓管如何穿越1600公里?

  這項工程更關鍵的主體便是鋼圓管了。而且,你可別忘了這個鋼圓管的尺寸和龐大的體積。

  鋼圓管制作原理很簡單,把鋼板處理成弧形,然后焊接成筒,就好像做木桶一樣,再把一節節短筒焊接成長筒。不過,焊接很有難度:短筒越多,焊縫就越多,焊接量就越大,而且工期緊張。

  中國工程師選擇將單個40米的鋼圓筒總體分成兩段制造,每段采用豎向分塊法制造,也就是將鋼板單元豎起來放在胎架上,用垂直氣電焊將板片拼成筒體。這樣一來,豎起來的鋼圓筒在橫向只有一道焊縫,大大減少了質量風險和焊接量。

  而接下來,這120個龐然大物的運輸也是一大難點。一開始,由“振浮8號”裝載著首個鋼圓筒和振沉動力系統也就是“大錘”,由兩條拖輪護航起航,經過一個多星期抵達珠海。但是一個船運一個,這也太慢了。所以,第二船裝載了9個鋼圓筒,總重4059噸,走了68小時。

  重量大也就算了,這其中還要避開臺風,而且50米的鋼圓管放在甲板上,完全遮擋住了航行視線,運輸難度可想而知。8船鋼圓管的運輸可謂是經過了最炎熱、臺風最多的季節,歷經“重重磨難”才最終抵達珠海。

  (五)沉下“定海神針”,振浮8號立了大功

  伶仃洋海面上,1600噸起重船“振浮8號”吊著振沉系統和鋼圓筒,在自主研發的“鋼圓筒打設定位精度管理系統”的引導下,正確定位,完成入泥自沉后,隨著“開始振沉”指令的發出,中控計算機同時啟動8臺動力柜和8臺振動錘,世界最大的振沉系統第一次開始負載運轉。

  鋼圓筒達到了入泥深度21米的設計標高,垂直度偏差控制在1/1000以上,這又是一項世界紀錄。

  (島內回填砂)

  240米長、50米寬、8萬噸、8米吃水的大船,是從來沒有在施工中用過的。拋錨就是個難題。運輸船拋錨線,施工工區根據現場潮流等因素確定四個浮筒位置,運輸船必須進駐到浮筒之間,并且四個角分別用三條纜繩與四個浮筒連接以固定輪船位置。看似簡單的活,但沒個兩三個小時是拿不下來的。

  “振浮8號”船長秦漢文表示,大船停泊的地方距離鋼圓筒振沉地方最遠達到900米,而不能自航的浮吊必須掛纜到運輸鋼圓筒的大船,通過卷纜向大船靠近,吊裝起鋼圓筒。然后再通過浮吊另一邊的卷錨靠近振沉位置,將鋼圓筒吊至指定振沉位置,僅這一段路程就需運行1小時40分鐘。因此運行速度慢,吊裝時間長,危險系數高。

  而直徑22米、高40多米的鋼圓筒,每一個都有一個規定位置,最終振沉位置的誤差僅允許在10厘米,雖然是圓形,卻不能轉動一點圈,轉動一點圈都有可能導致位置完全不符合要求。

  比如在第三船鋼圓筒的駐位上,因潮水影響,大船無法順利駛進四個浮筒內規定位置,只能調頭重來。就在眼看著駐位要成功了的時候,要開始帶纜系浮,天公卻不作美,下起了瓢潑大雨。海面上一片迷霧,啥也看不見。

  終于,在2011年9月11日,港珠澳大橋島隧工程西人工島最后一個鋼圓筒穩穩入泥,這串大“項鏈”最終串起來了。

 

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