簡單的方案意味著更具挑戰性的工作工程師需要在因地制宜的創新,設計,測試,示范上多下功夫,也對施工現場的精度控制,過程控制,風險管理提出了更高的要求日前,中國工程院院士,中國交通建設總公司總工程師林明在第十屆國際橋隧技術大會暨交通基礎設施一帶一路高端論壇上總結港珠澳大橋建設經驗
林明是港珠澳大橋島隧工程的總工程師2005年開始參與港珠澳大橋的前期研究,2010年底開始施工工作
珠澳大橋是中國連接香港,珠海和澳門的超大型跨海通道它集橋梁,人工島和海底隧道于一體,全長55公里它是迄今為止世界上最長的跨海大橋,也是中國橋梁建設史上技術最復雜,環保要求最高,建設標準最高的超級工程
就像2018年林明在《讀者》節目中朗誦汪國真的《我喜歡開始》。
——我喜歡開始,無論我到達哪里,它都屬于昨天正因為如此,基于港珠澳大橋的建設經驗,林明仍在不斷攀登世界工程技術高峰的創新道路上
會上,他分享了四個橋隧工程創新方案,即沉管快速預制法,新型助浮安裝系統和負干舷沉管法,裝配式人工島和新型沉管最終接頭法。
沉管快速綠色施工
根據消息顯示,港珠澳大橋的水下沉管隧道是主體工程中最重要的部分,全長5664米,由33根沉管和一個最終接頭組成是國內首條海上沉管隧道,實現了世界深埋沉管技術的突破
珠澳大橋島隧工程采用工廠法預制沉管,共預制33節8萬噸沉管被稱為世界上最大,最先進的工廠法沉管預制工程
與其他隧道形式相比,沉管技術的歷史較短,約200年林明說,回顧歷史,人們發現沉管技術正朝著更簡單的趨勢發展
他解釋說,簡單就是降低結構的復雜程度,減少工作量,簡化工作面,優化臨時設施,縮短工作周期沉管隧道在結構和施工方法上經歷了從復雜到簡單的總體演變趨勢可是,簡單的結構和施工方法通常在技術創新,質量控制和過程管理方面提出了更高的要求
林明介紹,首次在室內流水線上生產沉管的是厄勒海峽隧道,可以同時實現無干擾,流水線,高質量生產。
此后,深圳沿江沉管隧道也采用工廠法預制隧道長約2.3公里,共有28根80米沉管,總工期約10個月為了滿足施工進度,每個月需要預制三根沉管
就工期而言,林明說這是一項非常具有挑戰性的工作。
基于港珠澳島隧道工程的經驗,林明團隊提出了沉管快速綠色施工的新方法,即通過固定管節底模,全長內模,多腿針梁和活動節段側模的組合,實現頂,底,壁節段鋼筋綁扎和節段混凝土澆筑多達4至5個工作面的平行流水作業,以一個管節預制的周期實現內模和底模的高效便捷清洗和維護。
對比工期,傳統流水線法預制一根沉管需要25天,新方法需要19天,最快16天林明說,這種方法節省了更多的工序,時間和空間,因此也被稱為快速預制法
負干舷沉管
沉管預制是海底隧道建設的第一步之后,沉管浮運過程中,安裝時的水密性和浮力控制也是關鍵工序
深圳姜妍通道沉管預制場位于珠海牛頭島,距離隧道現場約55公里,當地水深約30米沉管節不具備正常的浮動條件
對此,林明的團隊提出了負干舷安裝的想法沉管節設計為負干舷,其負浮力等于自身重量的2%—5%用半潛駁運輸,運輸過程是幫助漂浮而且,管接頭的下沉也是通過負浮力與安裝船提供的升力的平衡來實現的
林明介紹說,新的想法更省時,更經濟在施工方面,采用負干舷沉管可以取消壓載系統,減少舾裝工作量,減少水下基槽開挖量等在設計方面,新的浮動安裝系統可將隧道高度降低0.9m,道碴混凝土量減少50%以上
組裝式人工島
在島隧工程中,人工島是主橋和沉管隧道的轉換平臺,主要起連接作用。
在港珠澳大橋島隧工程建設中,林明團隊借鑒橋梁施工方法,首創大直徑鋼筒深插快速造島技術巨型圓形鋼筒被直接插入海底并固定成封閉的橢圓形,然后內部填充沙子形成人工島與傳統造島技術相比,這種造島方式將工期從3年縮短至6個月,減少海上清淤量1000萬立方米
此后,林明的團隊在競標卡塔爾多哈西灣的一個隧道建設時,提出了一個裝配式人工島的新想法。
林明介紹,隧道長約5—6公里,因為要趕在世界杯前完工,工期緊,環保等因素制約在評估了各種情況后,團隊在港珠澳大橋建設經驗的基礎上,提出了人工島海上模塊化預制安裝的方法
他說,制造出來的人工島可以適應更一般的地質人工島模塊一般在岸上干船塢預制,然后浮運至現場安裝,具有減少水下地基處理,低噪音,綠色,海上模塊化施工等優點
沉管最終連接方法
沉管最終接頭是水下沉管隧道的最后一個預制節段林明說,為了降低海上作業的風險,我們為港珠澳大橋島隧工程研制了可折疊,主動止水,可逆的最終接頭這種方法的獨特之處在于對接后可以不斷調整接頭,以獲得更高的安裝精度
他說:其實港珠澳大橋島隧工程合龍的時候我們就做過一次,最后把最終接頭和兩側沉管的對接精度控制在3mm該方案的另一個優點是海上作業時間從傳統施工方法所需的幾個月縮短到一天
這種方法的缺點是需要大型浮吊,對設備要求高而且最終接頭的排水體積相對于其重量來說非常小,對地基的壓力遠大于兩側沉管的壓力,存在差異沉降的風險
林明說,在投標多哈隧道項目時,團隊進一步提出最終接頭的主體結構只要做成兩邊的沉管,最終接頭可以和前面的沉管共用所有的施工設施流程和方案,包括預制,浮運和下沉他說,新方案大大簡化了最終的聯合工作,工期,設備要求和投資也得到優化。
林明說,沉管隧道,人工島等技術的發展趨勢可以用簡化來概括他分享了一個公示——簡單的解決方案=更少的土地使用+更少的工作時間+更少的流程+更高的質量+更高的精度+技術創新=可持續的結果
他解釋說,總的想法是,項目應該越來越簡單簡單之后,我們的智慧才能發揮價值,工程師才能發揮自己的價值那么這個項目將會更環保,更可持續,更節約資源他強調,簡化的方案需要創造性的工作,實施過程需要不斷突破現有的框架和邊界
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