2017年3月7日,港珠澳大桥工程完成了**后一个管节的安装,意味着这个“世纪工程”打赢沉管安装的“收官之战”。这条5.6公里的海底隧道,在攻破重重技术难关之后,保证了40米水压下的“滴水不漏”,打破了**纪录。
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水底的沉管隧道与常见的山区隧道不同:山区隧道只要“钻洞”,一边钻一边做支护结构;而海底隧道是将预先制作好隧道结构,沉到水下,并在水下安装。
沉管隧道一般是由一节节的钢筋混凝土管子拼接起来的。港珠澳大桥海底隧道是先把8个22.5米长的小段(专业术语叫“节段”)拼接成180米的大段(“管节”),然后在工厂把8个节段用钢筋串成一个整体的管节,再拖到海面上,在预定的沉放位置使下沉,**终33个管节在海底连成一个整体。
需要补充说明的是,港珠澳隧道首末两端的管节只有6个节段。隧道两端是两个人工填筑的小岛,在岛上完成海上大桥到海底隧道的接驳。
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(一)掩埋于伶仃洋的淤泥中,“任尔东西南北风”
提起海底隧道,很多人都会产生这样的疑问——隧道如长龙般卧在海底,经受海浪日复一日的冲刷,隧道真的就不漏水吗?
实际上“海浪冲刷”的问题只存在于人工岛附近的隧道浅埋段,隧道大部分都掩埋于伶仃洋的淤泥之中。由于周围环境和水陆空交通的要求,港珠澳大桥岛隧工程成为了**上**个也是**的深埋沉管隧道。
可能你的想象中的海底隧道是这样的:
但其实它是这样的:
港珠澳大桥海底对到施工时首先会清理海底深厚的淤泥,并对隧道下方的地基做处理。然后沉放隧道管节,并在两侧和上部回填碎石,短期内碎石可以减弱海浪的袭扰。完工后,“随波逐流”的淤泥很快就会重新“淤”到隧道上方。即使在大风大浪之中,隧道也能在淤泥的怀抱里安眠。
虽然说无惧风浪,但另外一个问题来了——常年的海水浸泡,而且还要忍受海底那么高的水压。古巴的Havana's Bay隧道,就是预制混凝土管节的沉管隧道,曾经出现过开裂导致的漏水事故,裂缝处渗水速度达每小时40升。
这么长的隧道要做成“百年工程”,任务十分艰巨,但在“中国建造”中,没有什么不可能——从工程设计到材料选择再到施工管理和施工工艺,它都做到了**。
在海底复杂荷载的作用下,有三种情况**有可能导致隧道漏水,港珠澳隧道都一一做好了防范。
(二)裂缝要不得——混凝土“百炼成砼”
港珠澳大桥的每个节段都是钢筋混凝土做的巨型结构。港珠澳大桥海底沉管隧道全长5664米,由33节沉管组成,单个标准管节长达180米,重约8万吨。负责项目建设的中交港珠澳大桥岛隧工程师曾这样形容:每个管节使用近9000吨钢筋,相当于搭建一座埃菲尔铁塔的用量。
混凝土是一种脆性材料,它在受力状态下容易开裂,抗压不抗拉。正是由于混凝土的这一特性,工程师常常将混凝土与钢筋组合起来,在结构的受压区发挥混凝土的作用,在结构的受拉区发挥钢筋的作用。
民用建筑中的混凝土结构都是允许带裂缝工作的,大家经过混凝土天桥下时可以抬头看一看,桥下一般都布满了裂缝,混凝土裂了钢筋才能发挥出更大的作用。
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在山里面打隧道,挖洞之后做支护和衬砌,支护结构和衬砌也是会带裂缝工作的,所以隧道的漏水也不可避免。山区隧道的工程师能想得开——漏水就漏水呗,少量的渗漏不影响安全。
但是海底隧道更加特殊,一方面产生裂缝后,含盐的海水渗透可能会加速钢筋的锈蚀,另一方面渗水也会威胁到隧道内的电子设备,甚至影响司机的情绪。
所以,海底隧道对混凝土提出了更高的要求:
一是强度要满足要求,各种常见的受力情况(荷载组合)下,隧道结构混凝土的**拉力不能超过混凝土的抗拉强度;
二是混凝土有耐久性,在使用期内保持其性能;
三是满足施工要求,若混凝土流动性很差,很容易出现浇注不密实的情况,产生缺陷。
制作混凝土并不仅仅是简单地把原料混合在一起,原料的比例直接决定了混凝土性能。而某些性能往往是此消彼长的,技术人员要调配出合适的比例,满足所有的要求,一定要经历千百次的试验。
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人们常说“百炼成钢”,而在港珠澳过程中,我们“百炼成砼”(砼tóng:人工石,混凝土的简称),牛头山岛上看似简单的混凝土,浸透了工程技术人员挥洒的汗水。
而且,混凝土还很敏感和“调皮”,在浇注完成后还需在严格的养护条件下保养一个月左右。真可谓“杨家有砼初长成,养在深闺人未识”。