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港珠澳大桥沉管对接居然是用中国飞船对接技术
送交者: 古宇庙 2017年05月18日07:10:39 于 [世界军事论坛] 发送悄悄话

航空工业计量所“海底天眼”助力港珠澳大桥海底岛隧沉管成功合龙


李萍 郭清宸

5月2日,建设中的“世纪工程”港珠澳大桥迎来重大节点,海底沉管隧道实现最后对接,全线成功合龙。有一双“眼睛”始终注视着整个过程,这就是航空工业计量所的“海底天眼”——管节运动姿态实时监测系统。

港珠澳大桥是国家重大基础设施项目,是集桥、岛、隧为一体的超大型跨海通道,投资超过700亿元。这是世界最长的跨海大桥,世界最长的海底沉管隧道,世界上最长的钢结构桥梁。想要实现这么多“世界之最”,必然要面对诸多的“世纪之难”。而这其中,最具挑战性的工程是海底沉管隧道建设工程。全世界100多条海底沉管隧道,超过40米水深的不多,深水安装长度超过2公里的更少。港珠澳大桥的沉管隧道,长度超过5公里,要实现近50米深水处对接安装。这在全世界范围内尚属首次。

海底沉管隧道建设遇“难”

港珠澳海底沉管隧道全长5664米,由33节沉管组成。沉管标准节长180米、宽38米。要将一节一节的沉管精确地沉入海底近50米深的基槽中。每一节沉管有8万吨。世界最大的美国“尼米兹”核动力航母满载排水量为9.1万吨,中国“辽宁”号航母满载重量6.75万吨,就是说,港珠澳大桥的海底隧道相当于放入33个航母重量的沉管。这是33个海上“巨无霸”。每节沉管由钢筋混凝土筑成,对接的误差不能超过10cm。而且整个过程受洋流、海啸等等各种影响,情况非常复杂。

港珠澳大桥岛隧工程项目总经理部在开工初期,有一定的预期,并采取了一些措施。2013年7月30日,港珠澳大桥岛隧工程第一节180米沉管完成了海底安装。但是,随着管节安装一步一步地走向深海,海底不可见的各种因素对于管节的测控、定位、对接和安装等都提出了更大的挑战。2014年3月24日,建设方在靠近主航道不足70米、最大水深43米的深水区,实现了第10节沉管对接安装后,发现存在重大的隐患,必须要采取更加精确的实时对接监测方案,以保证万无一失,否则工程将不能继续下去。

建设方开始在全球范围内,寻找解决之道。

荷兰某世界著名隧道沉管浮运、沉放及对接专业公司开价近1亿欧元,按照当时汇率相当于10多亿元人民币。对方只是提供技术咨询服务,既不负责安装,也不提供设备。国内很多高校、研究所也束手无策。

2014年5月26日,建设方打听到航空工业计量所曾经攻克了“神舟八号”与“天宫一号”对接的计量难题。

2014年5月27日,建设方派出代表——中交天津港湾工程研究院技术人员到航空计量所寻求帮助。尽管没有深海振动测量的先例,但计量所建有64项国防最高标准(含两项国家副基准),拥有国内一流、国际领先的国家级重点实验室和强大的计量测试技术水平,曾为国家众多重大工程提供计量保障。特别是在动态计量测试领域,在国际上都形成了相当的影响力。先进的国防军工计量技术、丰富的重大项目成功经验、深厚的技术储备,让中交天津港湾工程研究院技术人员眼前一亮:相信她,一定行!

尖端计量助力大桥建设

面对“难”题,计量所迅速成立了副所长周自力为组长,力学室高级工程师邵新慧为核心的项目组。

8万吨的沉管,在深水中振动的幅度微小且缓慢(加速度小于10-5g),属于超低频长周期振动。一次摆动,100多秒摆动10厘米,摆动频率0.01赫兹。超低频振动信号对传感器频响性能要求非常高,微小幅值测量容易受到噪声和零漂的影响,信号处理难度大,很难精确测量,在国内尚属空白。经过反复研究论证,邵新慧等同志在一个月内就拿出一套经过实验室验证的初步方案:建立一个管节运动姿态实时监测系统。为保证沉管对接不超过10cm,在现场实时监测误差将不超过1cm。

简单来说,就是在管节的前后端分别设测试点,获得沉管所受到的动态数据,监测各个方向的加速度、角度、角速度等等,实现超低频运动姿态测量,再及时上报沉管沉放的总指挥。总指挥在实时姿态和天气海况均符合要求的时候,发出下沉命令,并且在下沉过程中,根据实时监测的数据调整管节下沉速度。

随后,邵新慧等同志在管节存放的深坞区进行现场模拟运动对比实验,采用加速度传感器间接测量位移,验证了测试方案的可行性。

2014年7月2日,中国交通建设股份有限公司总工程师、港珠澳大桥岛隧工程项目总经理林鸣来到计量所,听取了方案汇报,并决定由计量所牵头负责沉管沉放姿态监控项目、中交天津港湾工程研究院配合。7月6日,港珠澳大桥岛隧工程项目总经理部召开专家评审会。会上,计量所的方案得到了评审专家的一致认可。会议要求计量所马上实施方案,并提出7月14日到现场安装,17日第11节沉管封门、调试,20日浮运的要求。

时间紧任务重,邵新慧和组员们开始了攻坚克难的历程。实验室和现场环境还是差距颇多。准备各种设备、仪器、仪表和传感器等,到现场了解第一手资料。

2014年7月21日,成功为第11节沉管对接提供精确的计量保障之后,建设方完全折服于计量所高超精湛的计量测试技术。后续的所有沉管均由计量所提供计量保障。

为了保证对接,邵新慧等同志与建设方随时保持联系,平均每个月到现场一次,一次就要十余天。每次飞机、汽车、轮船交通工具齐上,也要辗转两天才能到现场。因为每个月只有两三天是下沉窗口期。所有准备工作必须在之前完成。监测数据,解决突发难题,遇到特殊情况还要拿回实验室进行数据分析。现场的工作环境非常恶劣,沉管人孔的十几米墙梯,又窄又高。春夏秋冬无论何时,管节里湿度都非常大,几分钟就已经汗流浃背,而研究人员一忙就是十几个小时。

这一干就是三年。三年的时间,如白驹过隙。这是一场与时间的赛跑,更是一次人类与自然的较量。

科技要发展,计量须先行

三年的时间,计量所研究人员运用自主研发的沉管运动姿态监测系统全程对管节的运动位移和角度等姿态进行实时测量,成功破解了精度控制难题,保证了沉管隧道工程圆满收官。

这是继为神舟八号与天宫一号对接提供计量保证之后,计量所研究人员再一次依靠高超精湛的技术,攻克了港珠澳海底深水沉管隧道对接测量的难题。

这是计量所将国防先进的计量技术服务于国家重大项目工程的又一次成功实践。计量所用实际行动践行着寓军于民、航空报国的精神。作为国防第一计量测试技术研究所,计量所将继续一如既往地探索计量前沿技术,提升计量服务水平,为国防军工、为国家重大工程、为国民经济建设提供更加坚强有力的计量保证。(魏宇鹏 摄)


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  中国是世界第二拥有飞船对接技术的  /无内容 - 古宇庙 05/18/17 (126)
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