深中通道作为世界级的集“桥、岛、隧、地下互通”于一体的超大型跨海集群工程,刷新多项世界纪录――
世界最高,通航净空高度达76.5米,桥面高度达91米的海中悬索桥深中大桥;
世界最宽,6.8公里长海底钢壳混凝土沉管隧道;
世界最大,单个重量超百万吨的海中锚碇锚体
……
深中通道这座“海上长城”,背后蕴藏着怎样的建造密码?
逆风而行 向行业最高峰发起挑战
伶仃洋上的深中通道,桥塔矗立、桥面蜿蜒入海。2023年9月25日,中秋佳节来临之前,深中大桥最后一根猫道承重绳顺利下放,服役1年多的猫道功成身退,为后续桥面铺装、鞍罩吊装、附属设施等施工提供了工作面。深中大桥的施工工人,也随着大桥建设步入收尾阶段,告别每天在海上百米高空“走钢丝”的日常。
深中大桥为何会造就云端“起舞”般的工作场景?为什么要在茫茫大海中央,架设如此规模的跨海大桥?答案是深中大桥必须跨越世界上最繁忙的航道之一——伶仃西航道。为了满足航道的通航需求,深中大桥主跨1666米,净高76.5米,是世界最大跨径全离岸海中悬索桥和世界通航净高最高桥梁。
汪洋大海中央毫无支撑,深中通道建设者面临全离岸海中建造技术的难题。首先,深中大桥作为超大跨径悬索桥,选址位于台风频发区,其抗风设计面临着严峻的挑战。同时,大桥采用了海中巨型锚碇结构,其施工技术难度大,缺乏可借鉴的经验。此外,海洋环境对结构的耐久性影响也是一个突出的问题。在深中通道设计方案披露之初,就有欧洲著名桥梁公司断定:这种整体钢箱梁悬索桥的方案,根本无法满足抗风安全的要求。
“对技术的创新突破,向行业新的高峰发起挑战,贯穿着深中通道建设的全过程。”深中通道总工程师宋神友接受媒体采访时表示,核心技术很难从国外吸收借鉴,“我们必须走一条自主创新的发展道路。”
为解决深中大桥整体钢箱梁抗风安全问题,宋神友牵头建设团队组织4家高等院校平行研究,历经3年,通过上百次试验,成功研发了新型组合气动控制技术,攻克了台风频发区超大跨整体钢箱梁悬索桥灾变控制技术难题,在世界上首次将国际公认的超大跨整体钢箱梁悬索桥颤振临界风速从不到70米/秒提高至88米/秒,一举打破了国外权威的论断,相关研究成果“特大型桥梁风-浪-流耦合作用研究”获得中国公路学会科学技术特等奖,为我国未来建设海峡工程积累了技术储备。
从高空俯瞰,深中大桥的主缆与海面相接处,两块巨大的“秤砣”位于东、西侧稳稳扎在海中,这是深中大桥重达170万吨的海中锚碇,属于世界最大海中锚碇。锚碇是悬索桥的关键性受力构件,用来锚固主缆。锚碇嵌入深海,主塔高高耸立,两条悬空的主缆将二者紧紧相连。
主缆,是悬索桥的“生命线”,深中大桥的主缆可一点也不简单。“这是目前国际上用在石桥上强度最高的钢丝,一根钢丝能承受的破断荷载达到5.8吨,相当于三辆小汽车的重量。”宋神友表示,“整座大桥处在海洋高温、高湿、高盐的环境里,高应力钢丝的腐蚀问题就成了一个世界性难题,为了保持主缆内部干燥的环境,我们还在里面装了除湿系统及四根智慧索股,这是世界首次实现的主缆内部能够自感知、自调节湿度的功能。”四根智慧索股的自感知、自修复防护技术,保障了主缆的抗腐蚀能力,解决了海洋环境下大型悬索桥主缆的腐蚀疲劳问题,实现了主缆钢丝有效使用100年。