港珠澳大橋設計之美 2
上文我們說到港珠澳大橋的人工島建設,而人工島相間連接的是穿越了伶仃西航道和銅鼓航道的沉管隧道,總長度大約為6公里,是全世界最長最大的海底公路隧道。
建設要求和建設難點
該工程技術難度大,施工過程復雜。隧道的建設標準主要分為幾點:
建設一級公路,限速100km/h,雙向六車道。
使用壽命為120年,極限狀態為1200年。
符合現行交通運輸部頒《公路橋涵設計通用規范》(JTG D60-2004)規定的汽車荷載提高25%。
符合抗震標準。
而建設難點主要體現在外海環境惡劣復雜、海底軟基深厚、淤泥多、水深、隧道距離長、符合中華白海豚保護區的環保要求等。
利用仿真技術攻破難點
因此,在如此苛刻的建設條件下建設大型海底沉管隧道,已有的內河沉管隧道建設技術和經驗已遠遠不能滿足工程需求,需要進行技術創新和突破。
從2011年開始到2016年間,國內相關專家參與港珠澳項目島隧工程項目,進行了隧道受力分析及動力響應數值仿真項目,對沉管浮運和沉放全過程進行數值建模分析,同時計算分析了沉管安裝深槽區域特殊波浪與流載荷的影響,分析各種不利荷載作用下沉管的動力響應。
其中在2012年,為了達成橋梁使用壽命達到120年的目標,通過采用有限元軟件建立了原件和小件仿真模型,并對不同截面形式的鋼橋面板受力性能進行分析。
試驗進行了半年時間,循環荷載大約進行了三四百萬次,試驗結果表明120年的設想是成立的。通過多種構件試驗,設計出新的構造形式,為設計提供了經濟合理的技術參數,為整體建設節約了3億元左右的資金。
工程師們同時可以利用有限元模型對海床結構進行分析。首先應將沉管隧道結構及其周圍回填的碎石層殺死,進行初始地應力平衡后,再根據設計的管節沉放順序,逐段組合沉管隧道管節結構及其周圍回填的碎石層。
而為了直觀形象的表達港珠澳大橋島隧工程的設計施工方案,還能利用三維仿真技術,分析了該工程施工全過程的三維仿真。
通過構建特殊場景和背景、動畫、場景氣氛和色調、優化模型的材質及貼圖和從多角度渲染預設方案場景等技術手段,提高模擬效果。系統的三維仿真演示可以很好的體現島隧工程施工過程的重點、難點以及關鍵流程,再現施工過程全貌。
而在2017年5月2日當天,工程師們完成了最后一節沉管的組裝。按照西方國家的傳統方法,完成這項安裝至少需要8到10個月,但我們工程師創造的“中國技術”,僅用一天就實現貫通。
大橋的建設提升中國工程建設水平,促進相關產業科技進步。
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