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港珠澳大桥建设“同济智慧”创奇迹
 
2018-10-25 23:42:02

记者刘晓晶10月25日报道:经过近8年的建设,全长55公里、被称为“工程界的珠峰”的港珠澳大桥迎来正式通车的历史性时刻。身上在上海的你也许不知道,在这座大桥技术最难的节点人工岛及隧道部分,处处体现着“同济元素”。用同济大学原常务副校长李永盛的话来说就是——“同济啃的都是‘硬骨头’。”

人工岛好似“蚝贝”(港珠澳大桥管理局提供)

  “非常规技术”打造人工岛

  因为香港机场的标高及伶仃洋主航道要求的限制,港珠澳大桥必须采用隧桥模式,隧桥转换就得在汪洋大海中建设人工岛。

  构建人工岛用什么方式稳妥?传统的方式是海中选址围堰,抛石成堤,然后抽干堰内积水,筑建成岛,但这样会对附近水域的白海豚造成危害,且影响这条繁忙水道的航行,工期漫长;还有一种方式,先打桩,用挤密砂桩圈起围堰,抽干水然后再筑岛。

  同济学者马险峰在“外海厚软基桥隧转换人工岛设计与施工关键技术”中的研究成果支撑了挤密砂桩设计中若干难题的解决。何谓挤密砂桩?就是利用振动锤将套管振动打入至规定土深,向套管内投入砂子,通过套管的反复起拔和下压并施以振动,使砂子经振压而密实,形成砂桩。

  这项技术的难点在于,钢筒打入淤泥并深入至20余米后其围合的地基如何加固,再者就是如何解决异常软弱的海底地基的稳定和沉降问题。马险峰介绍说:“我们的主要研究任务是要得出挤密砂桩复合地基在加载之后的砂桩荷载与位移变化关系、桩土应力分配以及砂桩周围孔隙水压力的变化规律,以确定影响挤密砂桩复合地基承载力和变形的关键因素。”

  马险峰团队没有让建设者失望,他们的实验结果都在工程中得到了应用,成为设计与施工的重要参考数据。同济团队带来的数据让工程设计与施工吃了定心丸。随后,一根根由振华制造的直径22米、高40.5米的钢筒,打入了海底,最终围成了东西两个人工岛。“如果使用常规技术,建这样的两个人工岛起码要一年半,采用圆钢筒成岛,东西人工岛成岛仅用了7个月。”马险峰这样说道。

中国首创的深插钢圆筒快速筑岛技术,创造了221天完成两岛筑岛的世界工程记录。

  创新技术支撑“海底抗震”

  去年5月,港珠澳大桥隧道最后一节沉管——12米的最终接头成功安放,标志着大桥建设中难度最高的隧道工程难题被征服。隧道工程难题无数,每节8万吨的沉管如何舾装浮运,万一沉管没接好怎么办?如此长大的沉管在海底万一遇上地震又该如何?诸多难题摆进了同济大学的实验室,均被一一攻克。

  “沉管隧道在地震条件下安全性的试验研究,日本、欧美等国都开展过,但像港珠澳大桥这样的超长海底隧道地震反应,尚未见到研究成果。”同济大学土木工程学院地下系教授袁勇组成一支团队,担下重任。“地震发生时,其冲击波可能是纵向的,可能是横向的,也可能是纵横混合的。对物体的冲击力可能是挤压、抬升、扭曲,也可能是多点、多类型受力状态”,袁勇说,在平均水深超过40米、深厚淤泥上的隧道要想在8度设防烈度地震的极端状态下不发生扭曲变形,就得有可靠的试验和精准的计算。

  沉管隧道土——结构动力相互作用快速实用计算方法研究、多点非一致地震激励下超长沉管隧道地震响应快速分析方法、沉管隧道减震控制技术、沉管隧道振动台试验模拟技术……千百次的实验,一项项技术难关被攻克,最终,袁勇团队拿出了“海外厚软基大回淤超长沉管隧道设计与施工关键技术”的抗震方案。

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