港珠澳大橋四大關鍵技術誰在幹

港珠澳大橋舉世舉目,作為籌備6年,建設9年,歷時足足15年的“超級工程”,港珠澳大橋建設難度極大,新材料、新工藝、新技術等層出不窮,僅專利就達400項之多,在多個領域填補了空白,造出了世界上最難、最長、最深的海底公路沉管隧道。

作為國家工程,背後有無數的關鍵核心技術需要克服,其中的抗震,抗風,樁基礎,橋隧連接技術尤為關鍵,那這些關鍵技術的背後都有哪些單位和個人參與呢?

一、抗風關鍵技術

港珠澳大橋有三個大跨度通航孔橋,在風高浪急的伶仃洋上,橋樑如何抗風是個大問題。同濟大學研究團隊給出了方案。以青州航道橋為例,研究人員採用主樑小、大比例節段模型測振風洞試驗,主樑、橋塔節段模型測力風洞試驗,橋塔自立狀態氣彈模型、全橋氣彈模型風洞試驗的方法進行抗風研究。橋塔試驗表明,即使在風速65米每秒的風中,橋塔也未出現自激和發散性的馳振現象。

西南交大土木學院廖海黎、李明水教授團隊承擔了港珠澳大橋所有通航孔橋和鋼箱梁非通航孔橋的抗風性能研究工作。有關大橋模型在西南交大犀浦校區的XNJD-3風洞這一目前世界最大的邊界層風洞裡進行了反覆試驗,最終,團隊為港珠澳大橋的抗風設計和風致振動抑制措施提供了科學依據。

前不久颱風“山竹”正面襲擊珠三角時,大橋安然無恙,經受住了颶風的考驗。這裡凝結著同濟大學研究團隊的抗風成果。

二、抗震關鍵技術

由中國工程院院士周福霖領銜的廣州大學工程抗震研究中心港珠澳大橋技術團隊,擔綱了港珠澳大橋全部橋樑部分的抗震、隔震與減震設計。

周福霖帶領廣州大學工程抗震研究中心港珠澳大橋技術團隊,開展分析計算、全橋模型整體試驗、單橋模型試驗、隔震減震裝置試驗等,形成了一整套海上橋樑抗震減震技術體系。在該團隊助力下,港珠澳大橋抗震安全性大幅提高,從抗7度躍升至抗9度;同時造價有所降低,大橋橋墩下面樁基數量減少了約20%。

三、樁基礎關鍵技術

西南交大土木學院馬建林教授團隊主持了港珠澳大橋主體工程橋樑工程施工圖設計大直徑鋼管複合樁試驗專題研究,助力港珠澳大橋穩穩“紮根”海床。現場調研、資料收集、室內外試驗、理論計算、數值模擬……團隊不斷探討複雜受力條件下鋼管複合樁的受力機理與協同工作性能,解答了深海條件下鋼管複合深長樁基礎的相關計算理論和設計方法等關鍵技術,研究成果對於港珠澳大橋大直徑鋼管複合樁基礎工程建設具有重要的指導意義。

面對土層軟弱、富含地下水、距離地面僅5米的不利情況,同濟大學胡向東教授與各方專家一起探索研究,最終敲定管幕凍結法。管幕是圍繞隧道四周、沿隧道全長佈置的大型鋼管,保護隧道施工安全;凍結是把鋼管之間及周圍土體凍結成凍土,形成止水帷幕。這樣,拱北隧道暗挖段成為一個大“冰桶”,有效避免了施工時漏水和地面塌陷。

四、橋隧連接技術

橋隧連接人工島是港珠澳大橋建設的關鍵工程之一。天津大學王元戰教授課題組承擔了港珠澳大橋建設工程橋隧連接人工島沉入式鋼圓筒結構的穩定性及滲流分析工作,解決了波浪作用下軟土強度弱化、沉入式大圓筒結構破壞過程模擬等科學技術問題,對各種荷載工況下橋隧連接人工島沉入式鋼圓筒結構穩定性和滲流進行了計算分析,為完善人工島設計提供了技術支撐。

港珠澳大橋的海底隧道段由33節沉管組成,每節沉管的重量接近8萬噸,相當於一艘中型航母的重量,造價達上億元。沉管在深水塢預製好後,需通過纜繩與安裝船相連,在合適的波流施工窗口由安裝船拖帶浮運並下沉到施工地點,沉管的安全浮運和沉放是整個工程安全施工的關鍵。為了協助設計施工單位解決這一問題,天津大學建築工程學院肖忠副教授首次建立了安裝船、沉管、纜繩和水體系統1∶1的三維精細有限元仿真模型,並在計算模型中考慮了水體的黏性和紊流特性及安裝船、沉管、纜繩和水體相互間的耦合作用。為了使仿真模型能夠更好地服務於實際工程,課題組赴工程現場對沉管最終的浮運繫泊方案進行了現場考察,並針對繫泊危險工況進行了數值仿真,為保證沉管結構在浮運及沉放過程中的安全施工提供了指導。該項目研究成果可為後續的類似工程提供理論指導,經濟效益顯著。

港珠澳大橋的橋墩採用陸上分節預製,水上拼接安裝的施工工藝。單個預製件最大重量達3510噸,高度超過22米。利用半潛駁船將預製好的橋墩運輸至施工海域。橋墩浮拖跨距長,海況複雜惡劣,且橋墩屬於高聳結構,駁運系統整體的重心較高,拖運過程中在風浪作用下半潛駁船和橋墩聯合體的運動響應明顯,支撐橋墩的臺車車輪承受巨大荷載。為確保浮拖過程中半潛船及橋墩的安全,天津大學建築工程學院別社安教授團隊對整個駁運系統進行了水動力性能計算、橋墩的拖航穩定性分析,在此基礎上提出了橋墩在運輸駁船上的加固穩定方案,保證了橋墩的安全運輸。

(內容綜合網上消息,中國教育報消息,各高校網上消息)


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