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相伴三千日夜 为世纪工程输出智慧

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技术支撑港珠澳大桥建设纪实

2018-11-08 17:01:24 来源:ca88会员登录 编辑:栾玉博 记者 孟庆丰

“你们功不可没,劳苦功高!”10月23日上午,港珠澳大桥开通仪式上,习大大总书记会见了港珠澳大桥的建设者代表,ca88手机登录网页欢迎您的加入部公路科学研究院(简称部公路院)下属北京交科公路勘察设计研究院工程师施强位列其中。他自2010年起与港珠澳大桥结缘,从事交通工程施工图设计,到现在已有3000多个日夜。

“说起部公路院和港珠澳大桥的渊源,可以追溯到上个世纪80年代。”部公路院副院长何勇告诉记者,当时曾提出建设连接珠海和香港的内伶仃洋大桥,前期的环保评估就是部公路院做的。2003年,由政府主导建设的港珠澳大桥提上日程,部公路院作为早期港珠澳大桥科研统筹的牵头单位,第一时间参与其中,不仅对大桥建设进行了前期环保评估,还针对港珠澳大桥的建设和运营将会面临哪些技术难题,需要进行哪些研究等问题进行了深入研究,对港珠澳大桥的科研体系、内容进行了详细筹划,为大桥建设提供有力的技术支撑。

“部公路院参与的项目,涵盖了港珠澳大桥设计、建设和后期运营的全过程。”何勇先容说,交通工程设计解决了三地交通跨境交通控制和信息交换等技术难题;大桥主体工程桥梁荷载试验,保障了大桥安全建设和运营;基于“大安全”理念编制的应急预案库已经固化到港珠澳大桥的日常管理中……

何勇感慨说:“对于部公路院来说,参与港珠澳大桥的建设是对已有技术积淀的检验和提升,能为举世瞩目的世纪工程输出智慧,也是一种自豪和荣耀。”

施强(右一)和其他港珠澳大桥建设者代表。

2013年,北京交科公路勘察设计研究院荣获全国五一劳动奖状。

港珠澳大桥线性监控测量。

桥梁试桩工程试验。

施工监控中工作人员在调试斜拉索。

给出交通工程设施5000多种技术需求

“看似寻常最奇崛,成如容易却艰辛。”来自北京交科公路勘察设计研究院的团队,负责港珠澳大桥交通工程施工图设计,从2011年到2018年,团队现场负责人施强常常念起这句诗。

港珠澳大桥是单线工程,与路网相比,大桥的交通工程设计似乎并不复杂。但是,作为这个世纪工程的附属物,这次设计要涉及交通控制、行车安全、消防救援、景观照明、运营管理、应急处理等多方面,必然面临很多技术难题。

“大家遇到了很多‘没见过’的难题。”施强举例说,海底隧道要求密封,但是安装管线又要求打洞,这是不曾遇到的矛盾。环境条件也很恶劣,大桥需要抵抗16级风力,更棘手的是海上的高盐高湿环境,普通不锈钢也会腐蚀。

大桥交通工程预留空间有限,如何布设众多管线,考验着施工图设计团队的能力。电线、电缆、供水、排水、送风等管线均要占用交通工程走廊,要保证相互不受影响,又要便于后期维护,还要考虑设备安装方式。交通工程使用到的设备设施种类和数量非常庞大,仅需要给出技术要求的就多达5000余种。每个单位都在面临技术难题,都要在学习中不断完善,也就导致设计施工的不断变化,交通工程也要随之变动。

如果说技术难题是“费脑”,那么协调难题就是“费心”。施强及其团队负责几乎所有的接口管理和界面协调工作。这项工作既包括与粤、港、澳三地政府之间的合作,还包括消防、公安、电力、航道、海事、水利、环保、口岸等部门的协调,还要配合岛遂工程、桥梁工程、航标工程、公网通信、公安系统等的设计和施工。

协调的难题,并不亚于技术难题。2011年设计施工方案时,由于涉及大桥的法律、政策、职责等还没有明确,有些问题找不到对接单位,有时对接单位内部认识还不统一。这都给交通工程施工图设计提出了新的挑战。

显然,这项繁杂的工作需要驻守现场。2011年新年伊始,团队奔赴南海之滨的珠海,成立港珠澳大桥交通工程设计项目部,开始了长达7年的交通工程现场设计工作。

远离家人的现场设计工作是艰苦的,长达7年的时间里,有人退出有人离开,但更多的人坚持下来。2011年刚到珠海时,施强只是团队普通一员。待到2018年,接口界面设计、系统设计、预留预埋设计、专题研究、设计手册编制等工作完成时,施强已经成为项目团队负责人之一和现场项目部负责人。

2011年,施强远赴珠海时,一岁多的孩子还在牙牙学语。7年后,孩子已背起书包上学。“没有陪伴孩子成长是一种遗憾,没有参与这个世纪工程也是一种遗憾。”世事难两全,想到7年里家中老人孩子几次生病住院都没能回家探望,施强心中充满了愧疚。在家人的理解和支撑下,施强及其团队每年驻守工地200多天,用7年时间,把青春与港珠澳大桥紧紧连在一起。

7年的默默付出,施强和他的团队辛苦自不待言,2013年北京交科公路勘察设计研究院荣获全国五一劳动奖状,通车之时施强受到习大大总书记的慰问,是他们成绩有力的见证。

团队面向大桥世界级、高标准的建设目标,聚焦超大型、跨地区、跨海域运输通道独特的运营管理需求,构建了集信息采集、状态监测、运行管控、系统维护于一体的、数字化、可视化、高可靠性的港珠澳大桥智慧管控系统和跨海通道的运营安全、防灾减灾、应急救援系统设计。

他们主持开展国家科技支撑计划项目“跨海集群工程节能减排关键技术研究”,建立了集群工程节能减排指标体系与核算方法,开发了沉管隧道多目标智能通风控制技术、隧道智能照明技术等新技术、新方法。他们为大桥的建成和安全、高效运营提供了重要的技术保证,也为世界大型跨海集群交通工程建设提供了宝贵的中国智慧和中国方案。

交通工程设计面临着海量接口界面协调工作。一旦单位对接出现失误,有些部位没有预留出口,再进行打洞开口就会存在隐患。由于这些接口成果都以单独的文件形式存在,使日后查找接口、了解对接单位变得极其繁杂。为此,该团队整理历次接口界面协调成果,编纂《港珠澳大桥主体工程交通工程施工图设计接口界面手册》,归纳交通工程相关的所有接口,并进行了科学的编号整理。

与此同时,该团队还解决了诸多难点,如预留预埋、管线综合、多系统集成、特长海中桥隧给排水及供电、污染气体串流、三地应急救援、跨境交通控制、三地信息交换等。基于相关研究成果,目前团队已发表高水平学术论文近20篇,其中已被SCI检索1篇、EI检索7篇。3000多个日日夜夜的相伴,成果丰硕。

编制建设期和运营养护期科研规划

“审时度势,虑定而动,天下无不可为之事。”港珠澳大桥建设期和运营期将会面临哪些难题?需要进行哪些科研攻关项目?各科研项目将如何实施?港珠澳大桥建设期和运营养护的科研规划任务,交给了部公路院。

2010年3月,由时任部公路院副院长张劲泉牵头,王华牢、杨昀、袁茂存等专家组成的团队,为港珠澳大桥建设期做科研规划。港珠澳大桥不仅要符合三地政策、发展需求,克服伶仃洋上复杂的自然环境,满足苛刻的生态保护条件,还要达到“120年使用寿命”目标。

团队经多次研究讨论,最终形成《港珠澳大桥建设期科研规划》。该规划梳理了前期工可、初步设计阶段的科研工作,通过分析国内外相关技术现状和技术需求,根据大桥工程特点,制定了科研项目规划,提出了项目组织实施保障措施,支撑科研项目顺利开展、成果及时应用。

2016年3月,港珠澳大桥管理局又把运营养护期科研规划任务交给了部公路院。该院再次成立以张劲泉牵头,李万恒、杨昀、王晓晶、张高强等参加的专家团队,深入现场与多个职能部门座谈,最终形成《港珠澳大桥运营养护期科研规划》。

通过对大桥前期科研项目、与养护相关的大桥施工监控和健康监测项目等工作的梳理,团队分析了大桥运营与养护的技术需求,最终给出了大桥在病害快速检测、状态评估及预防性养护技术方面的科研规划。《港珠澳大桥运营养护期科研规划》还提出科研项目的实施计划及保障措施,为之后大桥安全运营提供了技术支撑。

巧检测严监控 保大桥百年寿命

在港珠澳大桥勘察设计阶段,为提高桥梁桩基性能,同时减小对水流的影响,港珠澳大桥管理局决定采用大直径钢管复合桩、超大桩径和桩长钢管桩、钻孔灌注桩3种桩基。桥址区地势起伏大且岩土性质变化大,而大直径钢管复合桩钢管桩是首次应用于桥梁工程,相关区域又无大型钢管桩应用的先例可供参考,给项目的顺利实施带来巨大挑战。

为此,港珠澳大桥主体工程首先实施了桥梁试桩工程施工及试验研究,其试验研究任务由部公路院中路高科交通检测检验认证有限企业负责。在试验过程中,企业深化运用“超长钻孔灌注桩桩基承载性能的研究”等系列重大科研项目中积累的超大加载吨位锚桩反力架法、承载力试验技术等研究成果,优化了试验方法和装置,将试验周期大幅缩短至半年,并提炼了不同类型桩基的设计参数参考值,确保港珠澳大桥如期施工。

在港珠澳大桥建设期,企业为CB05标提供施工监控服务。该标段由九洲航道桥、非通航孔桥及珠澳口岸人工岛连接桥等工程组成。CB05标桥梁虽处于浅水区,但结构类型多,且施工过程受澳门机场通航净空的严格限制,施工难度大,复杂性高,施工监控作为技术保障,尤为重要。

企业综合长期在索结构桥、梁式桥等领域积淀的成果,提供了钢混组合梁的制造、组合与安装,斜拉桥钢混组合主梁大节段架设安装施工全过程控制以及斜拉桥索塔整体竖转提升施工监控等技术服务,解决了接近极限通航净空条件下特长大跨钢混组合连续梁和斜拉桥的施工监控技术重大难题。

在港珠澳大桥交工验收期,企业还承担大桥主体工程桥梁荷载试验服务及实体检测服务工作。在这项工作中,企业还创新性采用爬索机器人检测索结构和无人机搭载“红外成像”无损检测关键部位技术,获得大桥运营初期的检测数据和原始形态等桥梁特征参数,模拟出大桥在未来120年运营期超强“待机”时完善的数据参数,为交工验收提供技术依据。

交通仿真技术鉴别安全隐患

港珠澳大桥两岸三地的驾驶行为、交通标志体系和生活习惯差距较大,跨海大桥又存在海底隧道通视性差、交通组织困难、气象条件复杂等问题,使得大桥运营管控难度增大。

“运用交通仿真技术低成本搭大桥模型,可以优化大桥设计、提升交通管控效果。”部公路院安全中心副研究员武珂缦先容说,安全中心团队建立港珠澳大桥主体工程运营服务水平评价体系,并综合考量了通道运行效率、桥梁照明亮度和收费服务时间等10项指标。

团队运用安全性评价、虚拟现实和微观交通流仿真等技术,鉴别交通安全隐患点。团队测试发现,大桥应急疏散时,原方案中K32+552、K29+127、K24+173三处中央分隔带开口作用不足,车辆几乎都利用西人工岛匝道疏散,导致救援等待时间过长。设计方根据这个结论,重新增设了K19+533中央分隔带开口。

在此基础上,该团队建立交通仿真平台。通过事故位置、交通流量、拟封闭车道等信息输入,得到相应情况下不同应急方案的具体措施及相关后果,实现了多种交通组织方案优劣的比选。

该团队还编制大桥主体工程建设期HSE综合应急预案及专项应急预案。综合应急预案协助大桥管理局搭建应急机构、明确应急职责、梳理上报程序,建立预警、响应、救援等机制。专项应急预案包括防台风、防漏油、工程结构等7类应急事件,确保大桥主体工程建设期应急处置科学有效。

把“大安全”理念融入大桥应急管理

港珠澳大桥涉及两岸三地管理,运营期需要处理交通事故、交通拥堵、火灾、台风暴雨等突发事件。提升大桥运营期的应急管理与处置能力的任务,就由部公路院北京中交华安科技有限企业的科研团队来负责。

“应急工作的特点就是迅速、协同,因此应急救援解决的核心问题就是时间和协同对技术的要求问题。”企业应急管理与工程安全研发部主任、团队负责人刘兴旺说明说,如何在一定经济能力承受范围内、现有技术能力下减少整体救援时间,是应急处置的关键。

团队结合“大安全”理念,即建立交警、安监、交通、医疗、消防等单位应急协调联动机制,编制了综合应急预案、专项应急预案和现场处置方案。大桥应急处理与紧急救援工作,包括各部门协调配合、人员行动、救援设备选择、救援物资调配等,都将以此为依据。

在应急预案的基础上,团队研发了智能化应急预案管理与应急处置系统。“系统通过了台风‘山竹’的考验。”刘兴旺说,超强台风“山竹”来袭前,港珠澳大桥管理局启动一级响应并启动防台风(热带气旋)专项应急预案。

根据预案,大桥管理局安排巡查、收费站等外围人员进去安全区,东西人工岛及隧道泵房留人专门值守,在各应急关键点上做好应急监测准备工作。台风来袭时,大桥稳如泰山,顺利通过考验。2018年9月19日,港珠澳大桥再次组织应急演练工作,再次检验了大桥的应急准备工作,为顺利开通港珠澳大桥做好了充分的准备工作。

ET紧急电话适应海上恶劣气候

港珠澳大桥桥梁和隧道段需要布设紧急电话分机,如果出现事故,人们可以通过它呼叫救援。大桥位于珠江出海口处,台风活跃,温度高、湿度大,对电子产品的抗腐蚀、抗强风、抗干扰性能要求很高。部公路院北京公科飞达交通工程发展有限企业研发ET-FIA型光纤型紧急电话系统,在大桥上安装202台紧急电话分机。

企业在产品的抗腐蚀、抗强风、抗干扰方面,均采用新的技术方法。为提高设备防潮湿、防盐雾、防霉变性能,企业对电子部件采取加强的三防处理。设备机箱为优质冷轧钢板结构,表面处理采用金属热喷涂锌涂层与丙聚外用工程漆组合的长效复合腐蚀防护工艺。为提高设备抗强风性,企业在机箱上采取加粗立柱、加厚法兰钢板厚度等措施,使其安全通过台风“山竹”的考验。企业采用的防雷器件具有三级防雷措施,可抵御重落地雷的感应雷击,加强了系统的抗雷电干扰性能。

从电缆型、GSM型到光纤型、网络型,从单一紧急电话到集成广播、调度对讲系统, ET系列产品作为国内首个公路紧急电话系统在1990年沈大高速公路、1996年沪宁高速公路、2007年杭州湾大桥、港珠澳大桥中均已有广泛应用。该系列产品在2004年获得科技部颁发的国家重点新产品证书及奖金,在2008年、2018年分别获得中国公路学会颁发的高速公路信息化20年、30年技术创新奖和最佳产品奖。

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