【故事】匠心“智”造精“隧”
文章來(lái)源：中國(guó)交通建設(shè)集團(tuán)有限公司 發(fā)布時(shí)間：2023-03-22
前不久，湖北省襄陽(yáng)市襄江大道魚(yú)梁洲隧道正式通車(chē)運(yùn)行，作為國(guó)內(nèi)整體規(guī)模最大的內(nèi)河沉管隧道項(xiàng)目，兩次下穿漢江的沉管隧道全長(zhǎng)1011米，由10節(jié)沉管組成。
在魚(yú)梁洲隧道建設(shè)過(guò)程中，中交集團(tuán)所屬中交二航局聚焦技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)，踐行生態(tài)環(huán)保理念，解決了一系列技術(shù)難題，打造了中國(guó)首條全產(chǎn)業(yè)鏈國(guó)產(chǎn)化沉管隧道。
技術(shù)引領(lǐng)，開(kāi)啟“大國(guó)智造”新征程
沉管隧道誕生于20世紀(jì)40年代。在陸地上預(yù)制箱狀混凝土管，然后將混凝土管一節(jié)一節(jié)地沉放到水底，兩節(jié)沉管之間使用止水帶粘合，拼接連成整體通道。止水帶就像保溫杯密封圈，利用天然橡膠高彈性和壓縮變形的特點(diǎn)，防止沉管漏水，這是沉管隧道實(shí)現(xiàn)百年壽命的核心構(gòu)件。
然而，魚(yú)梁洲隧道通車(chē)之前，止水帶的生產(chǎn)技術(shù)一直被少數(shù)國(guó)家壟斷。時(shí)任中交二航局魚(yú)梁洲隧道項(xiàng)目總工程師孫曉偉始終憋著一口氣：“止水帶一直依賴進(jìn)口，制造技術(shù)和定價(jià)權(quán)永遠(yuǎn)不可能握在自己手中。我們要掌握主動(dòng)權(quán)。”為了搶在魚(yú)梁洲隧道管節(jié)下沉前，研發(fā)出國(guó)產(chǎn)止水帶，項(xiàng)目部成立了由材料、結(jié)構(gòu)、土木等專(zhuān)業(yè)人員組成的7人技術(shù)攻堅(jiān)小組和80余名技術(shù)人員組成的孫曉偉創(chuàng)新工作室，積極同國(guó)內(nèi)廠家開(kāi)展合作試驗(yàn)。
止水帶壓縮量是考察沉管隧道能否實(shí)現(xiàn)永久密封的核心數(shù)值。受膠料的硫化程度、最小水密封壓縮量、100年應(yīng)力松弛量、管節(jié)溫度位移、地震位移等多因素影響，其計(jì)算方法和經(jīng)驗(yàn)取值是技術(shù)團(tuán)隊(duì)攻克的難點(diǎn)。“越是硬骨頭，我們?cè)揭邢滤！睂O曉偉說(shuō)。
項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)夜以繼日地開(kāi)展技術(shù)攻關(guān)。膠料的硫化程度受溫度、能量方法設(shè)計(jì)和控制混煉工藝等因素的影響，直接影響到壓縮量的大小，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)從試驗(yàn)和建模入手，展開(kāi)首個(gè)攻堅(jiān)。可是，十幾輪試驗(yàn)下來(lái)，沒(méi)有取得實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，大家有些沮喪。“每次試驗(yàn)失敗都意味著我們離成功更進(jìn)了一步。”孫曉偉安慰著疲憊的團(tuán)隊(duì)成員。終于，第23輪試驗(yàn)過(guò)后，技術(shù)團(tuán)隊(duì)有了新發(fā)現(xiàn)，通過(guò)將硫化程度計(jì)算和硫化仿真分析相結(jié)合，成功實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)止水帶硫化參數(shù)的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)。
經(jīng)過(guò)半年的研究試驗(yàn)，國(guó)產(chǎn)止水帶在湖南株洲進(jìn)行產(chǎn)品應(yīng)力松弛、壓縮性能和水密封等試驗(yàn)。結(jié)果顯示，國(guó)產(chǎn)止水帶的壓縮性能和水密性與國(guó)外公司產(chǎn)品基本相當(dāng)，應(yīng)力松弛試驗(yàn)的平均衰減率為35%，低于國(guó)外公司的37.5%。專(zhuān)家組一致認(rèn)為，沉管隧道應(yīng)用國(guó)產(chǎn)止水帶，可滿足100年使用要求，但是平均衰減率仍有一定提升空間。專(zhuān)家評(píng)審的結(jié)果令團(tuán)隊(duì)成員士氣大振。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)乘勝追擊，對(duì)平均衰減率問(wèn)題發(fā)起攻關(guān)。通過(guò)多次研討和試驗(yàn)，成員們對(duì)橡膠配制和混煉工藝不斷優(yōu)化提升，進(jìn)一步提升了止水帶抗水、抗撕裂、耐老化等方面的性能。最終試驗(yàn)結(jié)果顯示，所有性能全部達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。
止水帶的研發(fā)是魚(yú)梁洲隧道進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新的一個(gè)縮影。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)集合優(yōu)勢(shì)資源，從關(guān)鍵技術(shù)、核心裝備、特殊材料、智能建造等多個(gè)領(lǐng)域入手，自主研發(fā)了全漂浮式高精度整平船，首創(chuàng)無(wú)焊接裝配式端封門(mén)結(jié)構(gòu)，首次采用柔性壓載水袋進(jìn)行管節(jié)壓載等，實(shí)現(xiàn)沉管隧道建設(shè)全產(chǎn)業(yè)鏈國(guó)產(chǎn)化的目標(biāo)。
戰(zhàn)淤之路，創(chuàng)造沉管安裝“襄陽(yáng)速度”
2021年4月8日，E4管節(jié)按照節(jié)點(diǎn)工期進(jìn)行沉放對(duì)接施工。上午11點(diǎn)，沉放駁吊放沉管開(kāi)始下沉，下午3點(diǎn)30分，沉放纜索的拉力值出現(xiàn)下降趨勢(shì)，定位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，管節(jié)實(shí)際下沉高度并未達(dá)到目標(biāo)標(biāo)高。
工區(qū)經(jīng)理王金緒看著監(jiān)控系統(tǒng)上顯示的異常數(shù)值，神情嚴(yán)肅。“這意味著沉管發(fā)出了提前觸底的信號(hào)，后續(xù)對(duì)接工作將可能無(wú)法進(jìn)行。”他解釋說(shuō)。
下水探摸沉管接頭及底面情況的潛水員發(fā)現(xiàn)，在E4管節(jié)底面與最終沉放的基床間發(fā)現(xiàn)淤泥沉積，平均厚度達(dá)10厘米，導(dǎo)致E4管節(jié)與擬對(duì)接的E5管節(jié)對(duì)接接頭垂直方向錯(cuò)臺(tái)達(dá)10厘米，遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)及規(guī)范允許的對(duì)接精度要求。
“沉管基床遭遇異常回淤。”現(xiàn)場(chǎng)總指揮、項(xiàng)目負(fù)責(zé)人孫曉偉眉頭緊蹙，思考再三之后，堅(jiān)定地下達(dá)指令：“提起沉管，清淤后再對(duì)接！”
項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)隨即對(duì)異常回淤形成原因展開(kāi)分析。原來(lái)，E4管節(jié)所在的東汊沉管區(qū)域位于唐白河與漢江交叉口處，4月連續(xù)陰雨天氣，雨勢(shì)猛增，唐白河水從上游攜帶大量泥沙，在流入東汊沉管河段時(shí)，因水域突然擴(kuò)寬，水流流速急劇減小，造成泥沙在東汊沉管河段淤積，基床局部形成急劇回淤。清淤中，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，氣舉泵的單點(diǎn)式吸泥和抓斗船的粗放式抓泥在吸泥效果和效率上都有改進(jìn)空間。團(tuán)隊(duì)攜手技術(shù)部門(mén)迅速開(kāi)展科技攻關(guān)。半個(gè)月后，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的“回”形清淤平臺(tái)展現(xiàn)在團(tuán)隊(duì)成員面前。“這個(gè)由底部鋼管作業(yè)平臺(tái)、可移動(dòng)小車(chē)、氣舉泵三部分組成的平臺(tái)，可以精準(zhǔn)定位與覆蓋單節(jié)沉管基床范圍，并通過(guò)移動(dòng)小車(chē)上設(shè)置的聯(lián)排式氣舉泵，實(shí)現(xiàn)縱橫雙向高效吸泥。”王金緒介紹說(shuō)。
一切準(zhǔn)備就緒。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)“整裝齊發(fā)”，再次開(kāi)啟E4管節(jié)沉放對(duì)接施工。E4管節(jié)最終在漢江水下25米深處“安家”，對(duì)接精度達(dá)到7毫米，遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)規(guī)定的20毫米，“真正達(dá)到毫米級(jí)對(duì)接。”王金緒說(shuō)。
同年7月，漢江流域再次迎來(lái)多場(chǎng)特大暴雨，漢江及其支流上游汛情十分嚴(yán)峻，5次大流量泄洪、3次封航停工，大量漂浮物聚集，高達(dá)1米的泥沙淤積填埋沉管基槽，迫使沉管施工不得不超長(zhǎng)“待機(jī)”。有了E4管節(jié)的沉放經(jīng)驗(yàn)，在重重不利情況下，項(xiàng)目部在3個(gè)月時(shí)間里，先后進(jìn)行了4輪基床清淤，對(duì)損壞的卵石墊層進(jìn)行3次整平，總清淤量超過(guò)5萬(wàn)立方米。之后，項(xiàng)目部采用東西汊沉管交叉安裝的形式，搶抓冬季漢江泥沙少的窗口期，在35天內(nèi)順利完成了3節(jié)沉管的安裝。
“除去汛期的影響，相當(dāng)于我們平均每26天就下放了一節(jié)沉管，可以說(shuō)創(chuàng)造了沉管安裝的‘襄陽(yáng)速度’。”孫曉偉自豪地說(shuō)。
環(huán)保先行，彈響生態(tài)保護(hù)“協(xié)奏曲”
魚(yú)梁洲素有“漢江明珠”美譽(yù)，是國(guó)家一級(jí)水源地保護(hù)區(qū)，水質(zhì)達(dá)到可直接飲用的國(guó)家二類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。魚(yú)梁洲隧道項(xiàng)目水上施工環(huán)節(jié)很多，為了盡可能地保護(hù)這一江凈水，項(xiàng)目部“煞費(fèi)苦心”。
一方面，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地運(yùn)用各種裝置，構(gòu)筑起隔絕施工水域與天然水域的堅(jiān)固屏障。“物理阻隔是杜絕水上污染的最簡(jiǎn)單直接的方式。”工程部長(zhǎng)汪梓嵐介紹說(shuō)。項(xiàng)目部使用的船用油水分離器，通過(guò)重力分離、纖維過(guò)濾、超濾膜滲透分離等三重“關(guān)卡”，大量減少船機(jī)艙底廢水中的油污含量。“如此一來(lái)，污染風(fēng)險(xiǎn)幾乎可以忽略不計(jì)。”汪梓嵐說(shuō)。
另一方面，項(xiàng)目部不斷對(duì)施工工藝進(jìn)行創(chuàng)新，減少對(duì)環(huán)境的干擾和資源的浪費(fèi)。
根據(jù)國(guó)際通用做法，沉管施工前，需要使用碎石材料對(duì)開(kāi)挖完成的河床基槽進(jìn)行整平施工，或沉管安裝完成后在沉管與基地之間注漿壓沙填實(shí)。“隧道沉管段基槽范圍內(nèi)地層卵石、圓礫含量較高，何不就地取材，把基槽開(kāi)挖的卵石用來(lái)鋪設(shè)墊層？”考慮到魚(yú)梁洲河段體量龐大的卵石，孫曉偉大膽地提出了設(shè)想。
經(jīng)過(guò)研究討論，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)決定大膽探索一條環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益一舉兩得之路。項(xiàng)目部對(duì)墊層厚度、壟溝尺寸、卵石粒徑、預(yù)壓荷載等變量進(jìn)行調(diào)節(jié)，模擬出7種工況下墊層的變形位移、沉降量等要求，發(fā)現(xiàn)粒徑在2.36毫米至63毫米間的卵石符合施工要求，可以“變身”墊層。原本面臨廢棄命運(yùn)的卵石，成功實(shí)現(xiàn)“就地轉(zhuǎn)崗”，大量減少了施工現(xiàn)場(chǎng)永久廢棄的土方轉(zhuǎn)運(yùn)量，最大限度地維護(hù)了施工現(xiàn)場(chǎng)水土生態(tài)的自然原始風(fēng)貌。
在工程建設(shè)期間，項(xiàng)目部積極配合地方政府，對(duì)禁漁水域?qū)嵤﹪?yán)格保護(hù)，保護(hù)漢江水生生物資源，助推水域生態(tài)改善；從實(shí)際出發(fā)，通過(guò)材料創(chuàng)新、工藝創(chuàng)新等方式實(shí)現(xiàn)綠色創(chuàng)效，其中利用廢棄粉質(zhì)砂性黏土生產(chǎn)止水帷幕塑性混凝土施工技術(shù)，減少二氧化碳排放量近5噸。
“金山銀山不如綠水青山，矢志不渝打造百年生態(tài)環(huán)保工程，是我們?nèi)w建設(shè)者不可推卸的責(zé)任！”孫曉偉感慨地說(shuō)。
【責(zé)任編輯：家正】
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