港珠澳大橋順利通車,ANSYS致敬中國的工程師們!
1979年,有一位老人在中國的南海邊畫了一個圈,神話般崛起座座城。
2017年,又有一位老人在中國的華南畫了一個圈,志在打造國際一流灣區和世界級城市群。對標美國的紐約灣區,舊金山灣區,日本的東京灣區,中國粵港澳大灣區這顆新星也在冉冉升起。
港珠澳大橋,橫跨香港,珠海,澳門的虹橋樞紐,總長55公里,由6.7公里的海底沉管隧道,長達22.9公里的橋梁,逾20萬平方米的東西人工島組成,即橋—島—隧—一體。她是當今世界最長的跨海通道,連接香港大嶼山、澳門半島和廣東省珠海市。主體工程“海中橋隧”長超過35公里,海底隧道長約6公里,橋梁長約22.9公里。
創造世界級六宗“最”
她是世界建筑史上里程最長、投資最多、施工難度最大,也是最長的跨海大橋,被英國衛報評為“新的世界七大奇跡”之一。
習近平出席開通儀式并宣布港珠澳大橋正式開通
最長跨海大橋:港珠澳大橋全長55公里,是目前世界最長的跨海大橋。
最長鋼鐵大橋:港珠澳大橋有15公里是全鋼結構鋼箱梁,是目前世界最長鋼鐵大橋。
最長海底隧道:港珠澳大橋海底沉管隧道全長6.7公里。
最大沉管隧道:沉管隧道標準管節,每一節長180米,排水量超過75000噸。
最精準深海之吻:沉管在海平面以下13米至48米不等的深度進行海底無人對接,對接誤差控制在2厘米以內。
最深沉管隧道:港珠澳大橋海底隧道最深處在海底48米,而目前世界沉管隧道最深很少有超過45米的。
沉管隧道難,難于上青天
在長達6.7公里的深海航道區里面修建海底隧道,工程師們首先想到的就是采用盾構技術,中國的盾構技術已經非常成熟,最大的盾構技能夠承擔在45米深的地下挖掘15米直徑的隧道,但在這里,只能放棄這個成熟的技術。因為他們不得不要面對10%的組水率的挑戰,如果是采用盾構隧道的時候呢,它由于盾構的穩定性的要求,它會埋的更深,這個島就是1公里,在珠江口這個迎水面上,這個島的長度越長,對整個阻水的影響,對水環境的影響就越大,在10%組水率的苛刻要求下,1公里時不能接受的長度,現在,唯一可以采用的方式就是沉管隧道技術了,這個技術是在海床上,淺挖出溝槽,將預制好的隧道沉放到溝槽中,然后進行水下對接,它直接的結果就是改變了人工島的長度,所以從環境保護角度來講,那么我們選擇了這樣一個沉管隧道,使的島的長度降到625米,每個人工島減少接近400米的長度,這將大大改善對海洋環境的影響,但這個技術對工程難度將提出巨大的挑戰,沒有過的,從來沒有過的,不僅是國內最難的,在世界上也是最難的隧道,這是一項世界上最有挑戰的海底隧道工程,每節沉管長達180米,寬33米,高11米,由兩個三車通道和兩個工程通道組成,重量達到76000噸,相當于一艘航空母艦,他們從西人工島島東人工島,依次沉入海床以下,并在海下進行無人對接,要一次成型長180米,重達76000噸的鋼筋混凝土隧道是一個非常大的挑戰,實際的施工難度,遠遠超出工程師的想象,工程師們想到了好的辦法,把180米長的隧道,再劃分稱8個小的單元,然后在這些單元在工廠里,拼接稱成一個整體,模塊化方案終于解決了沉管隧道制造的難題。
沉管預制車間
每節8萬噸的沉管如何舾裝浮運,萬一沒接好怎么辦?
隧道工程難題無數,每節8萬噸的沉管如何舾裝浮運,萬一沉管沒接好怎么辦?如此長大的沉管在海底萬一遇上地震又該如何?“沉管隧道在地震條件下安全性的試驗研究,日本、歐美等國都開展過,但像港珠澳大橋這樣的超長海底隧道地震反應,尚未見到研究成果。”同濟大學土木工程學院地下系教授袁勇組成一支團隊,擔下重任。“地震發生時,其沖擊波可能是縱向的,可能是橫向的,也可能是縱橫混合的。對物體的沖擊力可能是擠壓、抬升、扭曲,也可能是多點、多類型受力狀態”,袁勇說,在平均水深超過40米、深厚淤泥上的隧道要想在8度設防烈度地震的極端狀態下不發生扭曲變形,就得有可靠的試驗和精準的計算。
隧道抗震實驗現場
沉管隧道土——結構動力相互作用快速實用計算方法研究、多點非一致地震激勵下超長沉管隧道地震響應快速分析方法、沉管隧道減震控制技術、沉管隧道振動臺試驗模擬技術……千百次的實驗,一項項技術難關被攻克,最終,袁勇團隊拿出了“海外厚軟基大回淤超長沉管隧道設計與施工關鍵技術”的抗震方案。
港珠澳大橋沉管隧道最終接頭由起重船“振華30”吊裝進入海底
深不見底的伶仃洋,巨大的沉管萬一下去了,這節跟那節不合接不上怎么辦,接上了但漏水呢,剛接上好好的過些日子因為沉降又歪了呢?丁文其教授團隊研發港珠澳大橋沉管隧道接頭張開位移量控制技術,可保證沉管對接嚴絲合縫、萬無一失。
丁文其介紹,沉管隧道安裝涉及到的問題包括地基不均勻沉降、大回淤、高水壓、沉船、車輛荷載、潮水變化、地震、溫度作用、混凝土收縮徐變等,都會影響到沉管隧道接頭處的狀況;還有結構受力、防水要求、止水帶選型和施工對管節接頭和節段接頭的影響。2011年5月港珠澳大橋沉管隧道建設之初,丁文其團隊承擔的“沉管隧道接頭張開位移量控制技術研究”也緊張開展起來。兩年多的時間里,丁文其多次前往施工現場,通過理論分析和數值模擬,計算了數百種組合工況下節段式沉管隧道的接頭張開位移量,確定了管節與節段變形特性與張開量控制指標。
港珠澳大橋沉管隧道ANSYS分析
紀錄片中出現的ANSYS畫面
致敬中國工程師
經歷長達28年的準備,中國的工程師們終于在這片最繁忙的海域上建造這座世界上最長的跨海大橋,他們制作超級大的圓鋼筒來修建兩座人工海島,生產33根航母般巨大的沉管來建造世界上最長的海底隧道,首次挑戰地質復雜的海床,建立世界最長的鋼鐵大橋,用先進技術抵擋大自然的威脅。
港珠澳大橋成功的修建標記著我們大國在崛起,體現了我國在科技,技術,創新能力上都挑戰了極限,這離不開了這些在一線工作的專家,教授,工程師們匠人嘔心瀝血奮斗,無數個日夜奮斗在一線,無數次仿真模擬,無數次模型迭代,從數字模型到樣機原型。致敬港粵澳背后的工程師們,也致敬中國的工程師們逢山開道,遇水架橋的堅韌!
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