深中通道海底沉管隧道探秘
点击数: | 发布时间:2018-05-08

 

深中通道是连接广东省深圳市和中山市的大桥,是世界级超大的“桥、岛、隧、地下互通”集群工程,路线起于广深沿江高速机场互通立交,与深圳侧连接线对接,向西跨越珠江口,在中山市翠亨新区马鞍岛上岸,终于横门互通,全长24km。它是国家“十三五”重大工程和《珠三角规划纲要》确定建设的重大交通基础设施项目,是连接广东自贸区三大片区、沟通珠三角“深莞惠”与“珠中江”两大功能组团的重要交通纽带,是粤东通往粤西乃至大西南的便捷通道。

其中,深中通道东人工岛位于深圳陆域以西、福永码头南侧海域,西接深中通道沉管隧道,东接在建广深沿江高速深圳段侧接线工程。

深中通道项目6.8km特长双向8车道海底钢壳混凝土沉管隧道具有五大技术难点,分别是“超宽”、“变宽”、“深埋”、“回淤量大”、挖砂坑区域地层稳定性差,极具技术挑战性,是目前为止世界技术难度最大的工程之一。

“超宽”是指隧道采用双向8车道技术标准,管节断面宽度46m,为世界首例,设计及施工难度大。

“变宽”是指隧道为满足交通功能需求,设置615m的变宽段,由双向八车道加宽至双向十二车道,管节断面宽度由46m变宽至约70m,在隧道内多次分合流,目前国内缺乏规范标准,带来行车安全性问题突出。

“深埋”是指沉管隧道埋置深度深,最深位置沉管底标高距水面接近40m,管节结构设计难度高。

“回淤量大”是指洪季回淤强度平均接近2cm/d,台风期最大回淤强度超过5cm/d,沉管沉放及沉降控制难度大。

“挖砂坑区域地层稳定性差”是指西岛斜坡段位于超大挖沙坑内,区域地层扰动严重,稳定性很差,对基槽开挖成槽及基础处理造成较大困难。

为攻克五大技术难题,打造安全舒适、优质耐久、经济环保、和谐美观的品质工程,深中通道管理中心组织设计、科研单位经过反复的比选,拟采用钢壳混凝土沉管结构。该结构具有能适应超宽、深埋、变宽等建设条件,承载能力、抗裂性能好,耐久性有保障,对海洋环境影响较小等优势。

此外,项目使用8自由度驾驶模拟器开展行车安全性评价优化水下互通立交总体设计,即一种类似虚拟现实(VR)的技术,保障行车安全性。同时,挖砂坑区域采用DCM基础加固方案,是国内首次在海洋环境采用DCM技术,并且优化碎石垫层级配及参数设计适应大回淤的建设条件。

事实上,双向8车道海底沉管隧道在世界上没有先例,创新的结构方案钢壳混凝土沉管,每个标准管节的尺寸为46m×10.6m×165m,是国内首创,国际上也是首次大规模应用,存在极大的技术挑战。

钢壳混凝土沉管结构的管节构件尺寸大大超出了既有国外工程案例的经验范围,目前国内亦缺乏成套的钢壳混凝土沉管隧道技术标准和规范,加上项目共32个管节,每个管节用钢量约1万t,体量相当于一艘中型航空母舰的船体,1节/月的工期要求对钢壳制造能力提出了很大的挑战,受航道水深条件及干坞预制场制约,管节浮运距离远、沿基槽横拖距离远,浮运安装风险大。

为应对以上技术挑战,管理中心秉承创新驱动建设理念,从结构理论、设计方法、技术标准、材料、施工工艺、智能制造、装备、检测方法等方面开展一系列的科技攻关,取得了丰富成果,不仅为沉管隧道施工图设计及项目建设提供技术支撑,还填补了国内钢壳沉管隧道建设技术空白。

深中通道沉管隧道钢壳试验段于4月27日正式开始,是对典型钢壳制造工艺进行验证、改进和完善,它将为后续32个管节钢壳大规模的制造提供工艺参数,确保钢壳沉管制造质量、精度和工效满足设计要求。试验段施工到今年8月完成,而深中通道钢壳制造工期预计为30个月,力争今年底到明年初完成首节钢壳沉管制造。

作为深中通道沉管隧道建设的核心施工内容,钢壳制造不仅是沉管隧道施工的最前道工序,还是后续沉管所有施工项目的基础和保证,是打造沉管隧道品质工程的关键。

深中通道钢壳沉管隧道用钢量非常大,每个标准管节的尺寸为宽46m×高10.6m×长165m,用钢量约1万t,体量相当于一艘中型航空母舰船体;项目共32个管节,总用钢量32万t。国家体育馆“鸟巢”总用钢量约为11万t,也就是说,建设深中通道沉管隧道的用钢量相当于建设约3座“鸟巢”。

此外,深中通道沉管隧道的制造工艺十分复杂,标准管节隔仓数多达2 500个,纵横隔板、连接件交错,工艺孔达15 000个,国内没有成熟施工经验,混凝土浇筑量达到28 000m³,浇筑体量大、难度高。高强度厚钢板最厚达40mm,厚板焊接难度大。同时,标准管节46m×165m范围钢壳平面度要求≤15mm,其制造精度远高于造船行业及钢箱梁制造的精度要求,钢壳制造工效更要达到1节/月的产能要求,工效要求高。

深中通道沉管隧道为世界首例双向8车道海底沉管隧道,断面宽度46~55.46m,相比于港珠澳大桥双向6车道钢筋混凝土沉管隧道断面宽度超过约9m,单孔跨度超过18m,沉放最大水深40m,沉管结构的受力非常复杂。

考虑到钢壳沉管质量及工效要求高、技术难度大、建造周期短等特点,传统制造难以满足要求,为此,深中通道将在国内首次全过程运用钢壳智能制造技术,将钢壳智能制造阶段划分为小节段车间智能化制造、大节段场地数字化搭载、标准管节船坞自动化总组。利用新一代信息技术研究开发钢结构智能管控系统,实现车间设计、工艺、制造、管理、监测、物流等环节的集成优化,采用大数据技术实现智能管理与决策,全面提升钢壳建造质量和综合管理水平。

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