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[关注] 世界最大振沉系统诞生纪实 [复制链接]

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桥梁网 发表于 2011-9-15 10:45:02 |显示全部楼层 |          |
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                                             港珠澳大桥工程专题报道之二- {- V6 ]/ i, f1 b( P. p% K/ _
                                                                   世界最大振沉系统诞生纪实
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2011年5月15日,港珠澳大桥西人工岛海上施工现场,随着振动锤发动机的轰鸣,世界上最大的钢圆筒徐徐振沉入泥……

至此,由中交一航局和美国APE公司联合开发的8台APE 600液压振动锤联动振沉系统,凭借它的超大体量和超强振沉能力,在港珠澳大桥这片刚刚沸腾起来的海域,完美地完成了“天下第一锤”的首次振沉任务,世界上最大的振沉系统就此诞生。

大胆构想  人工岛设计大跨越

港珠澳大桥初步设计方案中,有两个蚝贝造型的桥隧转换人工岛,岛壁结构采用的是抛石斜坡堤。然而考虑到伶仃洋的气象、海况、中华白海豚保护、工期、质量、安全等方面的情况,抛石斜坡堤的施工方案似乎并非最佳方案,难以让人放心。一向擅长水上施工的中交人,对这两个人工岛的施工方案展开了头脑风暴。

在一次技术交流会期间,一个大胆的构想突然闪过中交集团总工程师林鸣的脑海——是否可以用大直径钢圆筒围成人工岛?他随即向全国工程勘察设计大师王汝凯和中交四航院总工卢永昌咨询设计的可行性。中交四航院随即组织精兵强将,对人工岛岛壁采用大直径钢圆筒方案进行论证和计算。

人工岛岛壁采用大直径钢圆筒,这在国内是第一次。没有现成的中国规范,大家就查阅日本OCDI规范、英国BS规范、香港海港工程设计手册。没有现成的施工工艺和设备,就多次与负责西人工岛施工的中交一航局展开论证。渐渐的,一个采用直径22米、净距2米钢圆筒,采用液压振动锤、多锤联动的方案浮出水面。当初的大胆构想,已经成为设计施工的最优方案。

在“港珠澳大桥主体工程岛隧工程设计施工总承包投标书”中,大直径钢圆筒方案作为“岛壁结构与基坑围护结构结合的全面优化方案”提交,“钢圆筒的插入采用8台大型液压振动锤联动振沉”等成为亮点。工程中标后,在广东省交通厅组织的专家会上,该优化方案被正式采纳成为实施方案,海中人工岛设计真正实现了大跨越。

使命至上  设备选型是第一要务

港珠澳大桥岛隧工程钢圆筒直径22米,最高50.5米,共120个。振沉世界上最大的钢圆筒需要足够能量的振动锤,然而目前世界上大功率液压振动锤均为近年开发,优缺点并存。要保证港珠澳大桥振沉系统技术方案可靠、施工安全、环保,并兼顾长远使用,设备选型是第一要务。为此,中交一航局成立以总工程师李一勇为组长的专题组制定方案,全面进行理论测算,并多次召开专家会反复论证。

在明确了振沉系统性能要求后,一航局向全球发出了联合开发振沉系统的邀请。很快,美国APE公司、美国ICE公司、荷兰ICE公司和上海振中公司,四家振动锤巨头均提交了精细的实施方案。2010年7月19日至20日,一航局召开了第一次钢圆筒振动下沉方案审查专题会,四大供应商对振动锤组的偏心距、激振力、振频、联动成功实例等全方位展开了激烈讨论。在第一轮方案比选中,美国APE公司和荷兰ICE公司胜出。针对两家振动锤设备性能的优缺点,一航局再次提出了大到振沉系统总功率、同步系统可靠性,小到液压油管的种类和长度等一系列需要澄清和解决的技术难题。2010年8月17日,美国APE公司总裁率领美国打桩专家、荷兰液压锤结构专家及土壤阻力研究专家共7人到一航局进行专题交流。随后,荷兰ICE公司总裁带队在一航局进行技术交流。可见港珠澳大桥工程的多锤联动振沉方案备受世界专家的高度重视。

经过多次技术交流和反复论证,一航局组织技术专家13人,对美国APE公司和荷兰ICE公司提供的所有材料进行了全面认真的计算和核查。APE公司的方案凭借振动锤技术可靠、结构便于操控、工期有保障、商务报价和服务承诺优越等条件得到一致认可。

2010年10月19日,中交集团在北京组织召开了“港珠澳大桥岛隧工程人工岛设计施工关键技术方案审查会”。交通运输部总工程师徐光、工程院院士谢世楞等7位专家,审查了四航院的人工岛优化方案设计和一航局的人工岛优化方案施工关键技术,认为“振动下沉可行性分析的结论是可信的,振沉设备的能力有一定的富裕度,施工方案是可行的”。

2010年12月10日,一航局与美国APE公司正式签订了技术规格书及合同。振沉锤选型工作尘埃落定。

美国制造  融合多项中国技术

单台APE600液压振动锤已有工程应用,但采用8台APE600振动锤联动振沉超大型钢圆筒却是中国人的构想。需要解决的关键问题是多台振动锤的同步工作问题,即电气同步、液压同步、机械同步。专题组从最初的方案构想到严密的技术论证,倾注了大量心血。APE公司按照中方提出的技术要求,解决了多项制造和控制中的难题,包括各锤主油路等压力、偏心齿轮组装精度、同步轴加工及安装精度、8锤的同步操作(含起动、停止和调速) 等。所以,这个前所未有的庞然大物,决不是简单的振动锤组拼,而是多项中国技术、中国思路和美国高端制造业优势的融合。

按照合同,APE公司必须在2011年3月底前在上海交货,也即8台振动锤的制造工期只有90天。APE公司总裁在员工动员会上说:大家一定要清醒地知道,我们的锤将要用在港珠澳大桥这一世界级跨海通道上,中国人要把我们的锤组装成世界最大的振沉系统。如果你们感到自豪,就请你们加班加点、保质保量按期把我们的锤送到中国去。经过APE公司员工日夜鏖战,重达184吨的8台振动锤按期装船运往上海港。

中国制造  振华挑战精度极限

整个振沉系统中,振动锤、同步装置、动力站、液压油管、液压夹头等从美国引进,共振梁、吊架等由上海振华重工制造。

共振梁是振沉系统中的关键部件,这个中心直径22米、截面宽2.4米、高1.2米的圆环形箱梁重达120吨。共振梁顶面安装8个振动锤和同步轴,底面安装24个液压夹具。为保证振动锤组巨大的激振力合力居中,并且能均匀、有效地传递到钢圆筒底部,要求共振梁有足够的刚度和极高的制造精度。

振华重工长兴制造基地3月初接到图纸后,针对共振梁精度要求高、制造周期短等特点进行了多次仔细的讨论研究。按照计划,共振梁的制造时间只有40天,时间十分紧迫。工艺主管耿爱军编制了两套工艺方案,经过集体讨论,最终采用了共振梁分解成8个构件单体制造,单独加工后再进行整体拼装,吊架与共振梁配作的创新方案。此方案能加快共振梁的制造进度,但对构件单体的制造加工精度和整体拼装精度要求更高,难度极大。

为了确保8个构件单体加工平整度达到0.5毫米、粗糙度达到3.2微米,工艺团队放弃了休息,在最短时间内将制造加工工艺下发到车间班组,并进行详细交底,在车间一线共同探讨解决技术难题,保证生产高效顺利进行。

根据图纸要求,共振梁直径公差必须在5毫米以内,他们经过精细计算,在8个构件单体整体拼装时,设置合理焊接收缩余量,制定严格的焊接顺序,采用中心对称施焊等工艺,更是利用吊架作为工艺控制焊接变形,使各公差尺寸精度完全达到图纸要求,平整度控制到了2mm之内,吊架与共振梁配合完美。

振华制造共振梁等钢结构件,不仅按时完成,而且采用了创新工艺,挑战了此类大型构件的精度极限。

组装调试  时间就是生产力

真正的较量当属锤组的组装调试。调试在振华重工工厂内进行,整个锤组呈八卦式,体系庞大、结构复杂、零部件众多、装配精度要求高。经验丰富的操作人员,编制了详尽的工作计划,多次优化装配程序,做好一切准备迎难而上。

2011年4月12日,从美国发出的21个集装箱陆续到达上海振华重工现场,此时,离5.15振沉第一个钢圆筒节点时间仅有1个月。时间就是生产力!负责振动锤组装的“振沉班组”和振华重工人员立即进入紧张的工作状态。

万事开头难,万万没有想到的是,锤组的开箱卸载就给他们出了难题。由于拆解的振动锤大件用叉车抬起后高于集装箱口,采用“叉车掏箱”试了很多次都没有成功。据现场需要,振沉班组改装叉车,提升叉杠高度,配以圆钢做滑辊,振动锤大件被平稳地牵引出来了。21个集装箱设备,仅用2天时间就完成了掏箱,这让美国人也惊叹不已。

振沉系统的组装紧张而有序地进行。锤组的8个振动锤和24个液压夹具依次被准确安装到共振梁上,同步轴将振动锤串联起来,巨大的吊架与8个振动锤完成了刚性连接,吊架—锤组—共振梁成为了一个稳定的空间结构, 可以保证在各种工况下振动锤不会倾斜,锤组部分宣告组装完成。另外一组人员对8个均有20尺集装箱大小的动力站进行了全面检查,完成了动力站之间的液压油管连接。锤组的正常工作,依靠来自动力站的强大动力,锤组和动力站通过40多根150米长的高压油管连接。油管连接要求非常精细严格,由于油管的功能各不相同,对应每个锤的回油管、泄油管、夹头的加油和回油管,每一根的连接都必须准确无误,一根接错就会导致整个振沉系统运转混乱。为保证这30吨重的油管正确连接,技术人员打印了三维立体图增强感性认识。同时每连接一根就进行功能测试,确保万无一失。通过振沉班组全体人员齐心协力,仅用10天就完成了振沉系统的整体组装,比预计时间缩短了整整一个月。

2011年4月23日,振沉系统空载试振一次成功。振沉班组在振沉系统的组装调试中连创纪录,成就了天下第一锤。就连APE公司的美国人也赞叹道:这套8锤联动的振沉系统组装调试,我们计划需要一个半月时间,实在不敢相信能在这么短时间内完成。

5月2日,众望所归的世界最大振动锤系统从上海起航,开始了历时7天,行程达1600公里的航程。为保证海上长距离运输的安全,在途经28、41、40海区的航程中,始终由两条拖轮护航,船上通过日本WINI公司提供的海象导航信息和英国BMT公司提供的海区海浪谱数据,实时进行海运计算,确保海上运输的安全。

投入使用  实践才是硬道理

5月8日抵达珠海后,项目部人员立即组织进行海上抛锚驻位和设备解绑,在对振沉系统每个设备进行精细检查后实施总装对接,协调好海事、安全关系,做好安全、质量、技术交底。建立垂直指挥系统,甚至对手势和语言表达都进行了演练,应急预案也准备好了。

5月15日上午10时,伶仃洋海面上鞭炮齐鸣,振沉首个钢圆筒节点终于在万众瞩目的期待中到来。1600吨起重船“振浮8号”吊着振沉系统和钢圆筒,在自主研发的“钢圆筒打设定位精度管理系统”的引导下,钢圆筒正确定位在设计位置。完成入泥自沉后,随着总指挥孟凡利“开始振沉”指令的发出,中控计算机同时启动8台动力站和8台振动锤,世界最大的振沉系统第一次开始负载运转。轰鸣声持续了10分钟,钢圆筒达到了入泥深度21米的设计标高,“5.15”钢圆筒振沉宣告顺利完成。

港珠澳大桥管理局、总监办、中交总经理部和一航局的各位领导一起见证了这震撼人心的场景。所有在场人员脸上都绽放出灿烂的笑容,相互握手祝贺。在共同目标下,各方统一思想,确保各项工作达到最高效率。

港珠澳大桥超大直径、超深入土的钢圆筒振沉在国内尚属首例,在世界上也属罕见。设计标准高、技术工艺新、设备要求精、施工难度大。一航局、四航院、上海振华重工在大桥管理局和中交总经理部的协调指挥下,克服了种种困难,圆满实现了“5.15”首个钢圆筒振沉的重大节点。庆功宴上,港珠澳大桥管理局朱永灵局长致辞:你们成就了天下第一锤,也奠定了港珠澳工程第一筒,在伶仃洋上创造了奇迹。

路漫漫其修远兮。港珠澳大桥东、西人工岛共120个钢圆筒,只有等到所有钢圆筒顺利振沉之时,这一世界最大振沉系统的历史使命才会告一段落,那时它将作为历史功臣,载入中国交通建设史的新篇章。让我们充满信心,期待那一天的早日到来。

. p( q' F- p7 i& t
(作者单位:中交港珠澳大桥岛隧工程总经理部)
. M' @6 S: ]; L2 ~  F# ?(编辑:王少杰)
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桥构 发表于 2012-5-30 09:05:56 |显示全部楼层
港珠澳大桥啊
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firefish1860 发表于 2012-6-20 15:15:18 |显示全部楼层
港珠澳大桥啊[/quote]1 k+ p+ l6 A5 Z
对,港珠澳大桥的装备
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