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穿云跨海 在伶仃洋上智造深中大桥

发布时间:2024-08-17来源:中交二航
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6月30日,全球首个集“桥、岛、隧、水下互通”于一体的超级跨海集群工程——深中通道建成通车,首周逾72万车次穿梭其间,构建起粤港澳大湾区的重要交通脊梁。深中大桥作为这座超级工程最吸睛的部分之一,创下了5项世界之最:世界最大跨径全离岸海中钢箱梁悬索桥——主跨1666米;世界最高通航净空高度——76.5米;世界最大海中锚碇——单个总重100万吨;世界桥梁最高颤振临界风速——每秒88米;世界最大体量钢桥面热拌环氧沥青铺装——37.88万平方米。每项世界之最,都凝聚着中交建设者的汗水与智慧。

打造5000平方米“海上小镇”

公司参建的深中大桥是深中通道关键控制性工程之一,全长2826米,与西人工岛相接。大桥建设期间,深中大桥距离中山侧项目营地的水路约15公里,从中山市马鞍岛乘交通船至深中大桥施工现场,要横穿珠江口灯笼水道、龙穴南水道和伶仃航道,单程至少1个小时航程,人员、设备、物资组织及现场管理难度大,安全风险高。

“项目为全离岸海中施工。茫茫大海上,我们在什么地方开工,施工团队如何‘进场’?”时任二航局深中通道项目常务副总工程师曾炜为此绞尽脑汁。要想在海中架起桥梁,首先要在海上建立稳定的施工作业面。经过夜以继日的演算论证,项目团队最终提出以大桥东锚碇为中心,设置海上平台的方案,解决人员海陆折返的难题。

最初还没搭建平台时,项目管理人员每天乘船来往于海中和岸上,很多时候就和工友们吃住在船上。“第一次在船上过夜记忆犹新,海上浪大船摇,发电机、打桩船机械轰鸣,让人难以入睡。”项目工程部部长李思吟回忆道。

历时三个月奋战,团队终于打造出5000平米的海上生活平台。他们在海中打下100多根单根直径80厘米的钢管桩作为基础,焊接钢斜撑、铺上贝雷梁和面板,并将130个集装箱整齐排列在平台上。工人们戏称这些集装箱房为“海景房”。“这座平台能同时容纳600人生活,完全满足施工高峰期的需求。”提及施工盛况,曾炜自豪地说。

这座临时搭建的海上平台,不仅是建设者们的生活空间,更是海上施工的重要衔接点,通过生活平台项目部还延伸搭建出海上搅拌站、通向主塔的临时栈桥等设施。大部分登上这座海上平台的人,都做好了长期奋斗的准备。“最长的一次,3个月都没离开过这个平台,日夜与海风海浪相伴。”曾炜清楚地记得最后一次离开平台的时间——2023年4月28日。那天,大桥合龙,他坚守到了最后。

将百万吨“秤砣”稳稳沉入海底

深中大桥主跨1666米,是世界最大跨径全离岸海中钢箱梁悬索桥。大桥东西两侧有两块各重100万吨的锚碇,犹如巨大的“秤砣”,稳稳地沉入海底,是大跨径悬索桥的重要受力结构。“它们依靠体重‘拽’住大桥主缆,承受桥梁和车辆的重量。”二航局深中通道项目副经理廖文龙解释道。

施工处海底的流塑状淤泥深厚,船行波易对钢平台造成巨大冲击,让锚碇稳稳地沉入海底并非易事。若采取海中大开挖作业,势必对海洋生态造成不利影响;搭设钢平台施工作业,又可能会让锚碇的可靠性得不到保障……经过反复计算论证,项目团队提出了“围堰筑岛+地连墙”的方案:在海上施沉钢管桩形成围堰,然后在围堰内吹填中粗砂挤出海水,形成干施工环境。

“然而,在海床的淤泥上直接施沉钢管桩,就像在豆腐脑上插筷子,精度和稳定性都难以控制。”廖文龙说。经过多次讨论,项目部决定先排出海底淤泥中的水,固结淤泥层改变地质条件,再进行围堰施工。项目团队在围堰中心点200米直径范围内,对海床面2米以下深度的地层进行开挖清理作业,并抛填砂石垫层。紧接着,插板船连续半个月在围堰内作业,插打下6万个塑料排水板。这些每个高达25米的排水板深入到海底淤泥中,与砂石垫层形成完整的排水通道。在砂石垫层加载作用下,淤泥中的海水通过排水板向外排送。

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随着海水排出,海底“豆腐脑”质淤泥地层终于变成坚固的地基,为钢管桩施沉提供了有利的作业环境。“解决了关键难题,后续连墙成槽、锚碇填芯浇筑等施工势如破竹。”廖文龙自豪地说。2018年11月29日,围堰钢管桩成功合龙,项目部在围堰内开始吹填砂并展开场地硬化,迅速形成海上陆地。后续锚碇地连墙等一系列构筑物就有了陆地般的施工条件。2021年12月,深中大桥两个锚碇完工,至此巨型“秤砣”稳稳地沉在海床之上。

“竖向移动工厂”革新桥塔工艺

广州南沙港是世界上最繁忙的港口之一。深中大桥桥塔建在主航道上,为不影响港口通航,按照设计要求,深中大桥要建设270米高的超高主塔,其中,通航净空高度达76.5米。

面对高温高盐高腐蚀性和高空作业环境、台风频发、钢筋用量大等诸多难题,国内常见的传统工艺如液压爬模施工已明显不适用,其在爬升速度及混凝土养护等方面难以达到要求。项目团队从自动造楼机上找到灵感,经过实地考察,最终提出使用一体化智能筑塔机的建设方案。“我们要将高空现场打造为‘竖向移动工厂’,研发一种集钢筋部品安装、混凝土布料、振捣、养护、智能监控等于一体的可移动设备。”二航局深中通道项目总工程师肖文福说。

项目部联合二航局技术团队展开筑塔机的研发设计工作。20多名技术人员通宵达旦工作了两个多月,形成了一份3000多页图纸的初步方案。随后,技术人员对一体化智能筑塔机的各项功能、部件不断优化调试,设计方案也经历一次次改动。

塔柱断面为八边形截面,随着高度爬升逐渐变小、倾斜。“最大难点在于筑塔机要适应断面变化,试验阶段我们发现大约在79米高度位置塔柱出现一段约170度的折线,如果持续爬升,筑塔机就会因无法适应而被卡住。”二航局筑塔机研发团队负责人李拔周说。为此,研发人员对爬升结构和模板系统进行多次调整,新增可调装置和模板悬挂系统,针对塔柱不同高度位置的线型可以灵活调整。

无数次推倒重来,数不清的研讨,图纸堆成小山……前后历经半年,全国首台一体化智能筑塔机顺利投入使用。

一体化智能筑塔机采用架体结构,高25.2米,沿着架体高度分别设有作业、养护、修复平台,抗风稳定性显著优于传统液压爬模系统。每台造塔机顶层设置了两台自动化布料机,混凝土通过泵管输送到塔顶后,可通过布料机实现混凝土连续、快速浇筑,确保了超高空混凝土浇筑的质量。其搭载的智能养护系统,采用蒸汽养生等措施,能使桥塔现场混凝土养护达到厂内标准化养护水平。

“这个筑塔机不但保证了高空施工人员的安全,而且布料、振捣、养护都实现了自动化,还配备卫生间、休息区和遮风挡雨的伸缩平台,非常贴心!”在一线工作了近30年的工人谢芝安说。

有了这项“神器”,深中大桥塔柱施工速度最快可达每天1.2米,减少高空操作人员近60%,为桥梁超高索塔的建造带来革命性的转型升级。

“风中穿线”控制精度5毫米内

站在岸边遥望,深中大桥的两根主缆从东锚碇抛出,越过东主塔塔顶,跨过1666米宽阔水域和西主塔,最终与西锚碇连接,将大桥稳稳地固定在海面上。

时任二航局深中通道项目副经理的张平喜欢拍照,手机相册里存满大桥建设过程照片,他对大桥各项数据早已烂熟于心:单根主缆重1.7万吨,由199根索股组成,每根索股又由127丝直径6毫米的镀锌铝钢丝组成,所有钢丝总长度之和能绕地球4圈,每根主缆缆力超10万吨,能同时承受2艘“辽宁号”航母的重量。

然而,要将每根1.7万吨的主缆搬至270米高空并非易事,它对牵引、入鞍和张拉设备提出更高要求,更加大了索股层距、线形控制的难度。

“第一根索股架设完成后,后续索股都要以它为基准牵引调位。199根索股最终要紧紧抱成团,形成直径约1米的主缆。”张平说。架设主缆时正值珠江汛期及台风多发频发期,海上大风让索股摇晃得无法精确测量,项目团队通过“V”型保持器和自主研发的索股抑振装置降低了风的影响,有效保证了索股调索精度。

此外,昼夜温差也给施工带来困扰。白天架完的索股,到了夜里因降温出现不同程度的变形,索股上下交错,影响效率和精度。此时,智能技术大显身手。项目部采用超长索股无人跟随架设技术,对索股进行远程监控,施工关键数据实时传输,显著提升大跨径悬索桥主缆架设自动化、信息化水平。

“经过对每根钢丝的位置和气温反复测量,项目团队掌握了主缆钢丝变化规律,将架设精度控制在5毫米内。”张平说。(陈之玮 王鑫洲 杜才良)