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[新闻] 卧龙海中相会,湾区宏图展现——港珠澳大桥海底隧道贯通 [复制链接]

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weixinyu 发表于 2017-7-10 14:23:39 |显示全部楼层 |          |
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2017年7月7日上午,镶嵌在伶仃洋碧波深处的明珠——港珠澳大桥西人工岛上,旌旗招展,云帆飞扬。举世瞩目的港珠澳大桥传来了新的捷报:大桥海底隧道贯通,也标志着大桥主体工程顺利贯通!


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       作为世界级的超级工程,全长55公里的港珠澳大桥体现了“六个最”:世界总体跨度最长、钢结构桥体最长、海底沉管隧道最长的跨海大桥,也是世界公路建设史上技术最复杂、施工难度最高、工程规模最庞大的桥梁。大桥的主体工程集桥、岛、隧于一体,面临诸多世界级技术挑战,包括海中快速成岛、隧道基础处理与沉降控制、隧道管节沉放对接、大规模工厂化制造、海上埋置式承台施工、水下结构止水、超长钢桥面铺装、交通工程系统集成等。其中,大桥海底隧道也是我国第一条外海沉管隧道、世界最长的公路沉管隧道和唯一的深埋沉管隧道,堪称港珠澳大桥“最难啃的骨头”。

       2009年12月15日,时任国务院副总理李克强宣布港珠澳大桥动工。在近八年的时间里,全国各地的桥梁建设精英云集伶仃洋,广大建设者披肝沥胆,历经艰苦卓绝的奋斗,用智慧和汗水浇注了这一举世瞩目的超级工程,谱写了一曲波澜壮阔的建设者之歌。在大桥海底隧道暨主体工程全线贯通之际,让我们一起来回顾这项超级工程史诗般的建设历程。


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岛隧工程建设历程

       港珠澳大桥由海中桥隧主体工程、三地口岸和连接线组成,其中主体工程长约29.6公里,穿越伶仃西航道和铜鼓航道段约6.7公里为隧道,其余22.9公里为桥梁;为实现桥梁和隧道之间的转换,隧道两端各设一个海中人工岛。而岛隧工程正是港珠澳大桥主体工程的关键控制性工程。

       2011年5月15日,于伶仃洋的万顷碧波之中,建设者们打设了西人工岛首个钢圆筒。东、西人工岛是大桥主体工程的先导性工程,采用深插式钢圆筒维护快速成岛工艺,将120个高40-50米、直径22米、重达500吨的钢圆筒通过八锤联动的振沉系统插打至海底的不透水粘土层,形成岛壁止水结构,回填砂形成陆域并进行岛内软基处理。从第一个钢圆筒的成功打设,到2011年12月7日东人工岛最后一个钢圆筒振沉完毕,两个长约625米、面积约10万平方米的人工岛,仅用207天就完成了岛体成岛,实现了“当年动工,当年成岛”的既定目标。与传统方法相比,这种创新工艺的施工效率提高了近五倍,港珠澳大桥东、西人工岛也成为我国迄今为止建设速度最快的离岸人工岛工程,且海床开挖量大幅度减少,将海洋的污染降到了最低。

       相比东、西人工岛,岛隧工程沉管隧道的建设则更为复杂。沉管隧道长约6.7公里,其中海底部分约5664米,是我国首条于外海建设的超大型沉管隧道,由33节巨型沉管和1个合龙段最终接头组成,最大安装水深超过40米。

       建设这样一条沉管隧道,最主要的步骤有三个:沉管管节预制、隧道基础处理和沉管浮运安装。建设者们在国内首次采用工厂流水线预制工艺预制沉管管节,他们战台风、斗酷暑,历时14个月,在2012年2月2日建成了世界最大的沉管预制厂。从2012年5月7日管节预制启动,到2016年12月26日完成全部28节直线段管节和5个曲线段管节,预制厂内的两条生产线历经四年半的时间,创造了百万方混凝土现浇无裂缝的奇迹。

       沉管隧道标准管节长约180米,重约8万吨,由8个管段组成,每个管段长22.5米,全部采用两孔一管廊截面形式,宽37.95米,高11.4米,管壁厚度达到1.5米。沉管混凝土结构具有强度高、尺寸大、管壁厚、全断面浇筑等显著特点,控裂难度高、风险大。在正式预制之前,项目部通过管节足尺模型试验,对预制沉管混凝土的原材料、配合比、施工工艺以及裂缝控制措施的可行性及可靠性进行详细验证。

        沉管预制完成后即被顶推至浅坞进行一次舾装,然后起浮至深坞进行二次舾装,择机开启它的海上“奇幻之旅”——拖运到海中施工地点进行沉放安装。在此之前,建设者们需要在海底挖出一条巨大的基槽,并进行隧道基础处理,为沉管管节铺好基床。由于隧道沉管段全部位于软弱地基,最大作业水深达46米,地基的不均匀沉降直接影响沉管结构的安全及防水。所谓“基础不牢,地动山摇”,隧道的基础是隧道安全运营的关键。

       为此,建设者们突破了常规的施工方式,采用更加先进的理念及精细化的施工作业,大规模采用环保的挤密砂桩地基加固技术、复合地基方案和自主研发的大型装备,对基槽开挖、清淤、基床铺设等关键工序进行高精度控制。开发了大型定深平挖抓斗和挖深精度控制系统进行基槽精挖;研制了专用清淤船和抛石夯平船进行基槽清淤和抛石夯平施工作业;专门研发了国内第一艘平台式碎石整平船,全部采用自动化控制进行碎石基床铺设,其整平功能、施工工艺和施工精度均达世界领先水平,也是目前世界最大的深水碎石高精度整平船。精细的隧道基础建设堪比“海底绣花”,为沉管管节铺就了一条高质量的基床。

港珠澳大桥隧道管节是世界最长的海底隧道沉管管节,体量相当于一艘中型航空母舰,在波涛汹涌的大海中挪动哪怕一厘米,都需要一支舰队的力量。管节浮运的线路穿过伶仃洋最繁忙的通航水域,操控难度极大,需精确预测气象、水文条件施工窗口。建设者联合海洋环境预报专业团队,开展小区域水文气象窗口预报,为浮运沉放各阶段决策提供精确的风浪流条件参数;同时联合海事部门实施海上临时交通管制和护航,采用8艘大马力全回转拖轮协同作业,总功率超过五万匹,将管节从13公里外的预制厂拖运到海中沉放地点,进行沉放安装。

       2013年5月2日上午11:00,在经过数月共4次浮运演练之后,岛隧工程首节E1管节浮运安装正式拉开序幕。“万事开头难”,由于国内没有可供借鉴的成熟经验,建设者们犹如新手开车上大街,所以曾希望请个“教练”,带领他们出征茫茫大海。然而国外“教练”要价太高,建设者们决心依靠自己的智慧,勇敢承担起巨大的压力和责任,进行快速的学习吸收,摸着石头过河。知易行难,这个过程充满艰难和痛苦,首节E1管节与西人工岛暗埋段对接经历了连续96个小时的艰苦鏖战。

       在随后的浮运沉放中,建设者们不断摸索和总结经验。2014年沉管施工经受了最大水深46米的考验。2015年,面对基槽回淤的严峻考验,施工单位集合技术力量全力攻关,E15管节安装历经三次浮运、两次返航,在广东省政府及相关部门的大力支持和配合下,终于于2015年3月26日在海底实现精准对接。2016年10月7日,首个曲线段沉管E33管节与东人工岛成功对接;2017年3月7日,最后一节沉管E30管节安装成功,距最终合龙仅差12米。

        2017年5月2日,重达6000吨的最终接头正式起吊安装,并于5日凌晨精调到位,创造了毫米级对接精度。5月25日,经过20个日日夜夜的连续作业,港珠澳大桥沉管隧道最终接头焊接合龙完成,重大工程风险基本消除。


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桥梁工程建设历程

       港珠澳大桥主体桥梁工程长约22.9公里,包括青州桥、江海桥、九洲桥三座通航孔桥和约20公里非通航孔桥,其中深水区15公里采用110米跨径钢箱连续梁桥,浅水区约5.4公里采用85米钢混组合连续梁桥。

       2016年9月,位于青州桥左幅54号墩的伸缩缝——也是港珠澳大桥主体桥梁工程最后一条伸缩缝——安装完毕。27日上午11时,主体工程桥梁工程经过四年多的建设终于实现全线贯通。

       港珠澳大桥主体工程桥梁上部结构用钢量达42万吨,相当于60座埃菲尔铁塔或10座鸟巢。2012年7月和8月,钢箱梁采购与制造两个标段相继开工,按照“车间化、机械化、自动化、信息化”的制造理念,打造了全新的生产线,研制了智能化的板单元组装和焊接机器人焊接专用机床,成为全球首批板单元自动化生产线。同时,在国内率先实现了大型钢箱梁拼装“车间化”作业,在中山市建立拼装基地,于2012年12月底开始拼装作业,全部采用“长线法”技术,大幅度提高了效率。通航孔桥钢塔制造突破传统工艺模式,开发了适应不同焊接工况的自动化焊接设备,实现了钢塔节段的机械化、自动化施工。港珠澳大桥桥梁结构采用的工厂标准化生产、大型装配化施工,推动了国内钢结构加工制造的行业进步。

       2012年7月,桥梁土建施工正式展开。为满足珠江口水利防洪、阻水率要求,港珠澳大桥主体桥梁工程共有190个桥梁承台埋入海床面以下,最大限度地减小了阻水率,既提高了大桥非通航孔桥桥墩的防撞能力,又至简至美,犹如长龙卧波,极具节奏和韵律。大桥非通航孔桥承台墩身和组合梁桥面板也全部在中山和东莞的预制基地进行预制。

       2013年6月,CB05标和CB03标分别完成了首个预制墩台海上运输及现场安装,开启了海上装配化作业新阶段;同年12月2日,首片组合梁架设成功。2014年,首跨钢箱梁成功吊装,全线桩基础施工全部完成。2015年,墩台安装全部完成,九洲桥扬帆矗立,青州桥“中国结”在163米高的塔柱上熠熠生辉,江海桥钢塔如海豚出水,栩栩如生。2016年4月11日,青州桥成功合龙;重达2600吨的138号“海豚塔”成功实现180度翻身后,于6月2日在两艘起重船的抬吊下实现空中竖转,下放安装到位,七座桥塔全部完成施工。2016年6月29日,主体桥梁工程全线合龙;9月27日,主体工程桥梁工程全线贯通,除剩余少量附属工程和钢箱梁补涂施工外,主体施工基本完成。

       主体工程长达22.9公里的桥梁工程,桥面铺装规模达70万平方米,其中50万平方米为钢桥面,是目前世界最大规模的钢桥面铺装工程。桥面铺装层采用浇筑式+SMA沥青混凝土铺装方案,提出“露天工厂化施工”的理念,创建了世界一流的集料生产线,首次引进车载式抛丸机,研制了防水层机械化自动喷涂设备,大大提高了施工效率和质量。2014年6月,桥面铺装施工和监理队伍进场,完成了实桥试验段施工,组合梁和钢箱梁桥面铺装随即全面展开。2017年1月23日,组合梁铺装施工全部完成,钢桥面铺装亦有望于7月中旬全面完成。


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全力推进的交通工程

       港珠澳大桥主体工程交通工程系统庞大,包括收费、通信、监控、交通安全设施、供配电、照明、通风、消防、给排水、综合管线、防雷接地、系统集成共12个子系统,内部及外部接口界面关系错纵复杂,所用设备种类繁多、数量庞大,综合管线布设十分密集,系统集控要求高、难度大。然而它又直接关系到大桥的营运质量和用户的行车感受,是大桥的“面子工程”。

       仅就看似简单的收费来说,香港采用的是快易通系统,内地则有一套自己的ETC电子收费系统;香港是按照通行的次数实行月结,而内地采用的是预存扣款;香港和内地使用的货币,也使收费涉及到了人民币和港币的跨境结算。如何通过兼顾多种软件、识别系统和收费方式,使大桥用户体验更顺畅美好呢?

       事实上,这只是交通工程建设者需要解决问题的冰山一角。港珠澳大桥主体工程交通工程是目前国内高速公路机电项目规模最大、技术接口界面最复杂、系统集成难度最大的项目,尤其是接口界面就有三个层次:与香港、珠海、澳门三地政府相关部门进行信息交换和系统联动的接口界面;与土建工程的施工接口界面;还有交通工程12个子系统之间的系统接口界面。

       港珠澳大桥主体工程交通工程还在国内高速公路建设领域第一次尝试运用建筑信息模型系统(BIM,Building Information Technology),实现交通工程的全寿命周期系统集成。所谓BIM系统,就是以项目的各项相关信息数据为基础,建立起三维的建筑模型,通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。利用BIM的三维技术,在前期可以进行错、漏、碰、缺检查,优化设备和管线排布方案,减少在施工阶段可能存在的错误损失和返工的可能性。同时,BIM技术与维护管理系统的结合,对交通工程的空间、设备进行科学高效管理,为保修服务的快速响应、降低运营维护成本提供数据信息支撑。基于BIM架构的港珠澳大桥交通工程全寿命周期系统集成技术,最终使交通工程全寿命周期的信息资源达到充分利用,形成一个集中、高效、便利的系统管理平台。

       凡事预则立,不预则废。早在2011年2月,港珠澳大桥交通工程施工图设计工作即已启动,并于2013年底完成。2015年4月,交通工程施工和监理队伍进场,启动了交通工程联合深化设计工作。2015年10月27日,交通工程施工图联合设计通过专家评审,于2016年4月正式开始施工。


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粤港澳大湾区新纽带与“一带一路”新名片

      随着港珠澳大桥海底隧道的贯通,主体工程已实现全面贯通,岛隧工程只剩下东、西人工岛上建筑和隧道铺装、内装施工,交通工程已完成样板段设备安装送电,各项施工和营运筹备工作正在有条不紊地推进。大桥建设者们正在为实现2017年底具备通车条件而努力奋斗。

      从七百多年前南宋抗元将领文天祥“零丁洋里叹零丁”,到五百年前大航海时代东西方文明的交汇,再到三十多年前改革开放的大潮,伶仃洋见证了中国历史的沧桑巨变。在这片海域横空出世的港珠澳大桥,将形成一条粤港澳三地人民期盼多年的珠江两岸交通要道,进一步促进两岸经济社会的协调发展,从而改变珠江三角洲的经济版图,拓展粤港澳大湾区的发展空间,并随着“一带一路”的国家战略把“中国标准”带向世界。

      目前,人们从珠海到香港陆上可能要花费4个小时,从澳门到香港的水路也要花费1个多小时。港珠澳大桥的建成将首次实现澳门、珠海与香港的陆路连接,“半小时生活圈”仅一步之遥。三地的人流、物流、资金流和信息流将大大畅通,让湾区两岸深度握手,促进三地在综合运输、经济贸易、科技创新、旅游观光、人文交流等多个领域的深度合作。


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       2017年3月5日,国务院总理李克强在政府工作报告中提出,要推动内地与港澳深化合作,研究制定粤港澳大湾区城市群发展规划,发挥港澳独特优势,提升在国家经济发展和对外开放中的地位与功能,标志着粤港澳大湾区首次上升到国家战略层面。7月1日,国家主席习近平出席《深化粤港澳合作 推进大湾区建设框架协议》的签署仪式。展望未来,粤港澳大湾区下一步将着力推进基础设施互联互通、提升市场一体化水平、打造国际科技创新中心、构建具有国际竞争力的现代产业体系、共建宜居宜业宜游的优质生活圈、支持重大合作平台建设六项重点工作。如今的粤港澳大湾区宏图展现,港珠澳大桥必将促进大湾区形成“闭合环状”的都市经济圈,共同迎来开放、联动、合作、共享的大发展。

       港珠澳大桥建设过程中产生的一系列新技术、新材料和新装备,在多个领域填补了我国行业标准的空白,形成了走向世界的“中国标准”。大桥建设者将桥梁主要构件搬进工厂,搬上标准化流水线生产,然后用搭积木的方式进行装配化施工,大大提高了成品构件的质量,缩短了现场安装作业时间,降低了海上施工风险。岛隧工程建设集成了国内外优势资源,开发并应用了多项具有国际领先水平的设计理论、施工方案、工艺、工法,形成了一整套成熟的海底沉管隧道设计与施工技术标准,研发和制造了多项大型专用施工装备,完成了大量的技术创新,不仅填补了我国在海底沉管隧道建设领域的空白,也完善和提高了世界范围内海底沉管隧道的建设技术水平。中国工程师们的智慧,必将随着“港珠澳大桥”这张展示我国基础设施建设实力和实施“一带一路”国家战略的“新名片”而走向世界。


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图/文 供稿单位:港珠澳大桥管理局

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