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深中通道首节沉管钢壳:挑战世界极限大揭秘

归档日期:06-16       文本归类:段首大字      文章编辑:爱尚语录

  昨日,距离2018年11月6日深中通道GK01标首节钢壳沉管开工只有219天。

  在南沙龙穴岛的广船国际总装场地,一个长123.6米、宽46米、高10.6米的沉管钢壳,静静地躺在那里,接受国内6位评审专家及仪器的“检阅”和“测评”。

  钢壳制造最终获得了一份“符合设计及验收标准并通过验收”的成绩单。评审专家组表示,双向八车道的钢壳沉管在隧道沉管领域为世界首创,487.6平方米沉管钢壳端面平整度控制在正负4毫米以内、5685.6平方米的底部平整度控制在正负8毫米以内,可以说是成功挑战了世界极限。

  早在5月中旬,记者走进了广船国际这座以生产船舶闻名的智能工厂,在两天一夜的时间内,通过车间现场观察以及采访多位制造者和专家,终于解开了钢壳制造成功挑战世界极限之谜。

  在珠江口的港珠澳大桥与虎门大桥之间,一座全长24公里的跨江通道——深中通道建设现场热火朝天。

  深中通道北距虎门大桥约30公里,南距港珠澳大桥约38公里。虽然全长24公里的深中通道整体长度比不上全长55公里的港珠澳大桥,但是深中通道的沉管隧道长6.8公里,双向八车道;而港珠澳大桥的沉管隧道长6.7公里,双向六车道。因此,深中通道的沉管隧道不仅成为世界最长的海底沉管隧道,也是世界首次使用双向八车道超宽钢壳混凝土沉管隧道。

  5月17日,在广船国际的深中通道智能工厂,深中通道GK01标项目部总工程师龙汉斯告诉记者,港珠澳大桥的隧道是双向六车道,沉管采用的是钢筋混凝土结构,其受力程度已达极限。而深中通道的隧道是双向八车道,46米宽的沉管也是世界最宽的隧道沉管,因此,为了提升沉管受力程度和耐久性以及密封性,同时满足短时间的生产安装需求,中国大桥建设者在具备港珠澳大桥海底隧道“最终接头”的施工经验后,深中通道的5.035公里隧道沉管全部采用了钢壳混凝土结构,也就是俗称的“三明治”结构。

  “每一节沉管仅钢壳就重达1.1万吨,浇注混凝土后重达8万吨,相当于一艘航空母舰的重量。而之前港珠澳大桥的海底隧道‘最终接头’虽然也是‘钢壳+混凝土’的‘三明治’结构,但体重只有6000吨,是深中通道每节钢壳沉管的十三分之一。现在用这种钢壳沉管建设整条海底隧道,在世界上是第一次。”龙汉斯称,广船国际是一家造船企业,有着得天独厚的技术和资源优势,在接到这个制造任务后,他们既倍感荣幸,又深感责任重大。

  “2018年11月6日,深中通道GK01标首节(E1节)沉管钢壳正式开工。”在钢壳制造第一环节的“预处理车间”,这个开工日子对52岁的游真国来说特别难忘。游线年进厂至今,他一直从事钢板除锈工作。但没想到自己在退休前,还能有幸参与深中通道沉管钢壳的制造,成为生产线的第一道把关人。

  据游真国介绍,“预处理车间”的主要任务是对每一块钢板进行干燥、打砂、除锈、喷底漆处理,使用的设备是价值3000多万元的两条德国进口预处理生产线。“每一块钢板在处理前、处理中、处理后,都有要求。如果遇到下雨天,还要开煤气加热钢板,将钢板上的雨水烧干,否则就会影响钢板的使用寿命。”

  “千里之堤毁于蚁穴,百年寿命的钢壳沉管质量必须保证每一块钢板的质量。”游真国称,当钢板在“预处理车间”预处理并达到合格标准后,将被移动电磁吊机自动转运到“下料车间”,而不达标的将会被吊回原位接受二次预处理。

  记者在广船国际智能工厂看到,整个沉管钢壳制造一共有6个车间,钢板预处理车间、自动化下料车间、单块机器焊接车间、小管节拼装车间、小管节喷涂车间、大管节拼装场地,处处都能见到“智能”的影子。

  在下料车间,工人在电脑上的BIM系统里设置后,点击“执行”键就开始制动切割、折弯、打磨,现场工作人员只需要清理部分小面积的电弧;在单块机器焊接车间,工作人员只需一键操作,就可实现机器人自动扫描和自动焊接,零星的钢片组合在一起形成零部件。

  “由于沉管钢壳体量大,我们把每一个165米长的标准管节分成22个小节段(首节沉管长度只有123.6米,分成16个小节段)生产,然后就像‘搭积木’一样,再将小节段进行拼装。而每一个小节段,就在钢板预处理车间、下料车间、单块机器焊接车间、小管节拼装车间里完成。”龙汉斯称。

  “深中通道的隧道沉管要求满足使用年限为100年,因此在制造过程中对钢壳的精准度控制、涂装质量控制以及转运过程的防变形控制都面临着新的挑战。”龙汉斯表示,公司整合内部的优势资源,精心组织多年从事船舶建造的分段制造、涂装、预舾装、总组搭载的专业管理及技术人员,投入9000多万元开发新的板材智能切割生产线、片体智能焊接生产线等智能生产线,在钢壳制造过程中实施钢壳结构的智能制造,为沉管隧道钢壳制造提供强有力的保证。

  “深中通道使用‘三明治’结构的钢壳沉管,其技术和经验主要源于港珠澳大桥海底隧道的‘最终接头’;钢壳制造成果,除了智能制造外,还得力于‘联合设计’的机制。”身为项目部总工程师,龙汉斯对深中通道业主的“周到服务”感到十分欣慰。

  龙汉斯称,为了确保钢壳沉管的制造质量,深中通道管理中心与中交公路规划设计研究院、上海市隧道工程轨道交通设计院、北京交科公路勘察设计研究院,以及中交四航局等多个标段的施工单位建立“联合设计”机制,结合工艺要求,持续优化钢壳设计方案。

  就拿首节沉管钢壳来说,一共有1189个舱格,原来设计时每个舱格有1个浇注孔和4个透气孔。通过钢壳足尺模型的多次浇注试验发现,4个浇筑孔不利于浇注时的空气排放,容易形成混凝土与钢板脱空,为此,根据试验要求,广船国际智能工厂又将透气孔优化到了14个。

  同时,通过广船国际自己研发的三维设计软件“AM”(船舶专用),将三个设计院的独立设计方案放在一个系统里进行模拟检测,不仅能及时发现相互存在矛盾的问题,而且还能及时解决问题。

  5月17日晚9时,记者在广船国际的深中通道沉管钢壳总装场地看到,长达123.6米的钢壳宛如一艘航空母舰,正在接受制造者的收尾工作。

  “沉管钢壳的制造难点是控制钢壳端面和钢壳底部的平整度,以确保沉管安装对接的精准度。”据广船国际工法研究所二级主任工艺师刘钱介绍,为了将钢壳端面的平整度达到正负4毫米、底部平整度达到正负10毫米的设计要求,仅一节钢壳的两个端面测量次数就在1万次以上。

  刘钱告诉记者,为确保钢壳端面的平整度达到设计要求,必须从下料阶段开始,误差必须控制在2毫米之内;到块体焊接阶段,按照3毫米的误差控制平面的平整度;在小节段拼装阶段,端面平整度控制在3毫米内;在大管节合拢阶段,除了按照“从中间到四周”的顺序拼装小节段外,还要采用先进的测量设备,运用控制测量网的方法,在大管节的两个端面各设置215个测量点,先后在5个阶段,对每一个点进行不少于3次的测量,如果发现不达标,就要进行修正,直到达标为止。

  而且为了获取最佳测量数据,所有的测量都是在晚上11时后进行。“就算每一个点每一个阶段都达标,我们也要测量6450次。因此,仅一个钢壳的端面测量,我们都在1万次以上。”

  在昨日举行的专家评审会上,身为沉管钢壳设计者之一的中交公规院黄清飞博士表示,深中通道的隧道沉管精准度和港珠澳大桥一样,但沉管的宽度是世界最宽的。因此,在设计时还担心钢壳制造是否能达到设计要求,如今,他当初的顾虑已经被打消了,首节沉管钢壳的487.6平方米钢壳端面平整度控制在正负4毫米以内、5685.6平方米的底部平整度控制在正负8毫米以内,在隧道沉管领域为世界首创,可以说是成功挑战了世界极限。

  “首节沉管钢壳的两个端面一共430个点,只有3个点在4毫米,其它都在2到3毫米;首节沉管钢壳的底部平整度控制在正负8毫米,比验收标准正负10毫米还要低2毫米。”昨日,当看到评审专家的这组测量数据时,刘钱和他的同事们终于露出了幸福的笑容。

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