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深中大橋首次將顫振臨界風速從不到70米/秒提高至88米/秒
2024-06-26 來源:深圳商報 

  陽光下的海面波光粼粼,一條“海上天路”躍然伶仃,蜿蜒伸向那夢想的遠方,連接江海、橫貫東西,這就是粵港澳大灣區(qū)核心交通樞紐工程——深中通道。動工建設的這些年,深中通道在海與風中磨煉出眾多“世界之最”,比如世界最大海中錨碇建設,全新的整體式鋼箱懸索橋氣動外形研發(fā),在世界上首次將超大跨徑整體鋼箱梁懸索橋顫振臨界風速從不到70米/秒提高至88米/秒。

  建設世界最大海中錨碇

  深中通道深中大橋是世界上最大跨徑的全離岸海中懸索橋,其關鍵受力構件——兩個錨碇均在海中,施工難度極高,面對重重困難,項目團隊通過奮力創(chuàng)新,在世界上首創(chuàng)“柔性圍箍鎖扣鋼管樁圍堰筑島+地連墻”集成技術,實現(xiàn)超大型海中錨碇的安全高效施工。

  在茫茫的大海中,如何在那塊要建造錨碇的海域將軟基固結?當時在深中通道工作的陳炳耀是負責這項工作的業(yè)主代表,看著深中通道S04標副總工蔣明鵬送來的數(shù)據(jù)報告,陷入沉思。

  東錨碇所在海域的淤泥層和淤泥黏土層太厚了,都快30米,而且土質含水量多,注入用于固結的水泥漿會不會隨著潮水流走?水分這么大,水泥漿能否順利硬化軟基層?蔣明鵬認為,軟基處理是圍堰筑島的第一步,如果無法順利固結深厚的軟基層,后續(xù)工序將無從談起。

  能不能通過什么辦法,讓直徑達220米的圓形施工海域含水量減少,充分發(fā)揮水泥漿的作用?陳炳耀牽頭設計、施工各方,反復研討、提出各種施工方案。最后想出的辦法,就是將水“擠壓”出來。

  “我們先將表層的淤泥清除,形成一個穩(wěn)定的排水通道,再劃定網(wǎng)格,按水流方向,由上游側向下游側逐格填砂石,并打設塑料排水板,順利將淤泥中的水‘擠出去’。”蔣明鵬說,最后的效果非常好,淤泥固結達90%以上,為鎖扣鋼管樁順利打設和填砂筑島奠定堅實基礎。

  圍堰成島后,東錨碇順利開展了地下連續(xù)墻施工,形成穩(wěn)固的支護結構,開始錨碇基坑開挖。這是整個錨碇施工風險最大的一道工序。為了減小阻水比,深中大橋的錨碇被設計成“8字型”結構,現(xiàn)在就是將這個“8字型”圍墻里的全部淤泥、砂石等“掏空”,要一直挖到水下40米左右的微風化花崗巖層。越是往下挖,風險越大,挖到最下一層的時候風險最高:島外巨大的水壓,可能會造成地下管涌,安全風險極大。困難一次次被克服,2020年9月,東錨碇基坑開挖完成,開挖總方量達19.56萬方,工效、安全性都得到驗證。錨碇錨體在2021年12月順利完成施工。

  攻克超大跨懸索橋抗風性難題

  站在深中大橋上,夾雜著潮氣的大風迎面刮來,底下是遼闊的海面和往來不息的船舶。深中通道所處的伶仃洋海域每日有超過4000艘船只穿梭往來,萬噸級船舶超過200艘,未來要滿足30萬噸超大型貨輪和3萬標箱集裝箱船的通航需求,深中大橋主跨達到1666米,通航凈高達76.5米。

  與風如何相處,是大橋最先直面的難題。由于懸索橋屬柔性結構,且深中大橋橋址位于沿海強風區(qū),每年風速達6級以上的時間超過200天,強臺風頻發(fā)。曾有國外著名橋梁公司斷定:深中大橋采用的整體鋼箱梁無法滿足抗風安全要求。

  建設團隊下定決心,要打破國外權威的論斷,攻克超大跨懸索橋的抗風性難題。他們聯(lián)合設計單位,與同濟大學、西南交通大學等多所高校合作,開始長達近3年的平行研究與試驗工作。風洞試驗是其中重要的一環(huán)。工程師們構建實物模型和模擬相關物理、環(huán)境數(shù)據(jù),并將氣流流動特性實現(xiàn)可視化,制造“看得見的空氣”,結合空氣動力學,不斷設計優(yōu)化橋梁結構。

  最終,通過上百組試驗,工程師們找到了“最優(yōu)解”——對整體式鋼箱梁進行氣動外形優(yōu)化,采用高透風率欄桿、設導流板,在梁的上部加設中央穩(wěn)定板,并對通常被當作鋼箱梁缺陷的檢修車軌道進行巧妙設計處理,有效提升了大橋的抗風穩(wěn)定性。這是在世界上首次將超大跨徑整體鋼箱梁懸索橋顫振臨界風速從不到70米/秒提高至88米/秒,能抵御17級臺風,為我國未來建設海峽工程做了重要技術儲備。記者姚嘉莉 通訊員沈仲



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