港珠澳大桥建设中的科技智慧

   2018-10-24 科技日报810
核心提示:港珠澳大桥建设中的科技智慧
      10月23日上午,被称为“现代世界新七大奇迹”之一的港珠澳大桥注册仪式在广东珠海举行。10月24日上午正式通车运营。大桥全长55公里,集桥、岛、隧于一体,发明晰沉管地道“最长、最大跨径、最大埋深、最大体量”的世界纪录,包含了当今世界岛隧桥多项尖端科技,是当今世界最具应战性的工程之一。

港珠澳大桥从规划到缔造前后历时14年,这背面有着什么样的科技支撑呢?
       
世界最长的海底沉管地道

天上有飞机,海上有轮船,夹在中心的港珠澳大桥怎样才不会影响附近香港世界机场航线的翱翔安全,又能满足伶仃洋航道30万吨轮船通航的需求呢?

港珠澳大桥规划团队提出了一个极富发明力的方案:缔造东西两个人工岛,修建一段海底地道,将地道与大桥连接起来。这条世界最长的海底沉管地道由33个巨型沉管组成,每节管道长180米,单节重约8万吨,且沉到海底40多米。

如此巨大的沉管要怎样才干沉降到海底结束对接?这就需求浮运设备。所谓浮运设备,便是用拖船将沉管拖运到桥位附近,再用绞锚方法进行横、纵移沉管至设备方位并进行沉放设备。为确保浮运设备成功结束,华南理工大学的赵成璧副教授团队选用物理模型实验和数值仿照方法对地道沉管管段浮运、系泊与沉放等水上施工的关键问题进行研讨。这一研讨,还真发现问题。

“实验发现,在浅水海域,沉管在水流和波澜的作用下,纵向水流对管段的作用所引起的问题比较简略处理,但若遇横流的作用,管段一放进海里,就会发生横倾与下沉,并简略触碰到海底,极点不安全。”团队成员王冬姣副教授说。为了进一步验证该实验的可靠性,团队一遍遍进行实验与核算。最终为港珠澳大桥的浮运与沉放施工方案供应重要的技术支持。

在大桥主体设备中,钢箱梁桥面铺装代表桥梁缔造“面子”工程,它供应车辆行进的舒适安全。“我们摒弃了价格高昂的进口环氧沥青资料桥面铺装技术,选择了英国浇注式沥青铺装方案。”华南理工大学张肖宁教授说,“但该方案施工功率低,按照此方案,需求5年左右的时刻才干结束铺装工程。”他们立异性地提出GMA施工方案,将施工功率前进10倍,半年内结束工程。并建成国内外首个可以满足力学相似的桥梁切断足尺模型。

打破了国内大桥“百年惯例”

除了是世界最长的大桥,港珠澳大桥的规划使用寿命长达120年,打破了国内大桥的“百年惯例”。

坐落海泥环境中的钢管桩怎样确保120年不损坏,这对港珠澳大桥规划团队提出极大的应战。“针对特定的海泥环境,我们先后从涂层的抗渗透性、耐阴极剥离性等着手研发新型涂料,处理涂层的耐久性问题。”中国科学院金属研讨所耐久性防护与工程化课题组负责人李京研讨员告诉记者,他们研发出新一代高性能环氧涂层钢筋,并参与大桥基础的防腐涂装施工,确保了港珠澳大桥120年耐久性规划要求。

凌乱的海床结构、恶劣的自然环境、超长的跨度距离,对桥梁钢是一个巨大检测。支撑起这座特大型桥梁的高性能绿色桥梁钢,大部分是依据东北大学王昭东教授团队研发的依据新一代控轧控冷工艺,由鞍钢集团出产。

该工艺使钢材安排细化35%以上,分出相标准减少25%以上,有用满足了桥梁钢高强度和高韧性的需求。通过优化的“成分规划+控制轧制+轧后超快冷却”组合拳,满足了桥梁的抗震和抗应变规划。

“搭积木”组装出大桥

港珠澳大桥像“搭积木”相同组装出来。先在工厂里把桥墩、桥面、钢箱梁、钢管桩等出产出来,比及伶仃洋风平浪静时再组装起来,初度结束“大型化、工厂化、标准化、设备化”缔造理念。

“大钢箱梁运到现场设备,设备误差有必要控制在1公分以内,每个焊缝不能超过2公分,难度十分大。”伶仃洋上多飓风,为了赶在飓风来临前结束施工期,华南理工大学王荣辉教授团队在国内初度选用多工法、不对称、多塔斜拉桥的施工控制技术,结束世界初度3100吨巨型钢索塔整体施工。

本年强飓风“山竹”登陆时,当全国人民都为港珠澳大桥捏一把汗时,它安靖耸峙。大桥之所以能牢牢“站稳”,抗16级飓风、8级地震,离不开科学的数据支撑。

“前期周年观测作业早在2007年就已初步。通过现场波澜观测和分析核算,然后结束潮汐潮流长时间预告、飓风等极点个例的工程分析等意图。”华南理工大学朱良生教授一共观测出包含“黑格尔”在内7个飓风。“拿到观测数据十分困难,部分设备需求依托千吨以上的海事船进行投进。并在飓风时节打开为期3个月的同步比照观测。”

人工岛的防风规划,应该选用什么形状才更能扛强飓风呢?团队通过对1949年以来全部飓风进行反侦,计算出“50年一遇”“100年一遇”的飓风强度,为桥面缔造供应参数。

此外,高韧薄层沥青罩面技术、水下结构止水、交通工程系统集成等技术使用,使得港珠澳大桥成为名符其实的“超级工程”。 
 
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