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人民日報海外版:甬舟鐵路施工隊伍攻克一系列技術(shù)難題—— “一隧三橋”跨山海 甬舟同城向未來

來源:  作者:企業(yè)文化部審核   發(fā)布時間:2024-06-13   字體:【 【打印】

圖①:世界最寬跨海大橋西堠門公鐵兩用大橋施工現(xiàn)場,中鐵四局項目技術(shù)員在檢查墩身鋼筋安裝間距。
圖②:富翅門公鐵兩用大橋舟山側(cè)施工現(xiàn)場。
圖③:金塘海底隧道工程盾構(gòu)機(jī)刀盤下井。

(受訪者供圖)在浙江,一條鐵路線從開工之初就備受關(guān)注,這就是連接寧波至舟山的甬舟鐵路。它將改變舟山市不通鐵路的歷史,補(bǔ)齊浙江“市市通高鐵”的最后一塊“拼圖”。

5月16日,金塘海底隧道寧波側(cè)和舟山側(cè),兩臺超大直徑盾構(gòu)機(jī)刀盤同時轉(zhuǎn)動,開啟相向穿海之旅,標(biāo)志著世界最長海底高鐵隧道建設(shè)進(jìn)入盾構(gòu)掘進(jìn)階段?!梆厶枴焙汀岸êL枴眱膳_盾構(gòu)機(jī)最終將在海底“會師”。

甬舟鐵路是國家中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃中的重大項目,全長76.4公里,其中新建線路全長70.137公里,建設(shè)工期6年,中途跨越東海海域,因其施工難度大被稱為“世界級跨海工程”。眼下,甬舟鐵路全線重點(diǎn)工程“一隧三橋”全部開工建設(shè),記者走進(jìn)工程現(xiàn)場,看大國重器如何“鉆天入地”、施工隊伍如何攻關(guān)技術(shù)難點(diǎn)。

橋隧比超90%,施工難度大

在非山即海之地修鐵路有多難?因地理環(huán)境復(fù)雜、施工難度大,甬舟鐵路在開工前經(jīng)歷了10年前期研究。

舟山作為群島城市,與寧波隔海相望,地理條件極其復(fù)雜。不到77公里的甬舟鐵路線上,有大中橋梁36座、隧道17座,橋隧比超過90%,跨海段總長達(dá)10公里,施工難度不言而喻。

中鐵第四勘察設(shè)計院甬舟鐵路總體設(shè)計負(fù)責(zé)人程小平介紹,之所以橋隧比例高,一方面是因為項目所經(jīng)之地非山即海的地形地貌條件決定的,另一方面是能減少鐵路用地以及對周邊環(huán)境的影響。

不僅如此,線路還依次跨越了金塘水道、西堠門水道、桃夭門水道、富翅門水道。“跨越這4個水道,是因為鐵路選線可利用金塘島、冊子島、富翅島陸域地形,盡量縮短海中段工程長度,節(jié)省建設(shè)資金。”程小平說。

海域平均流速在2.5—3.8米/秒,洋面6級以上大風(fēng)天氣年均超100天,最大浪高達(dá)7.8米……西堠門水道是東海有名的急流區(qū),因流速急、海床呈裸巖形態(tài)導(dǎo)致洋流紊亂,因此當(dāng)?shù)亓鱾饔小按洗蠛米?,西堠門難過”的說法,施工面臨“風(fēng)大、浪高、水深、流急”的挑戰(zhàn),加上海床基巖裸露,施工難度很大。

為達(dá)到通航需要,西堠門公鐵兩用大橋單跨設(shè)計必須達(dá)千米以上。綜合考慮通航需求和海中復(fù)雜地形地質(zhì)等綜合因素后,設(shè)計團(tuán)隊結(jié)合柔性懸索橋大跨和斜拉橋剛性的優(yōu)勢,在國內(nèi)首創(chuàng)“懸索+斜拉”及公鐵同層設(shè)計,將跨海鐵路橋單跨一舉推至1488米,建立了大跨度“懸索+斜拉”協(xié)作體系的計算理論,填補(bǔ)了相關(guān)橋梁設(shè)計方面的空白。

金塘水道是寧波舟山港進(jìn)出通道,每年有上萬艘次的各類運(yùn)輸船途經(jīng)此處,高速鐵路建設(shè)如何尋找路徑?施工團(tuán)隊把目光投向了隧道,這樣不會影響10萬噸級以上船舶自由出入。

“如果采用橋梁跨越,會大大降低其通航能力,給寧波舟山港帶來損失。”中鐵第四勘察設(shè)計院甬舟鐵路金塘海底隧道設(shè)計負(fù)責(zé)人劉巖解釋,由于地質(zhì)條件復(fù)雜、隧道上方海運(yùn)繁忙、海浪高且急,隧道設(shè)計面臨“大斷面、高水壓、長掘進(jìn)、強(qiáng)腐蝕”等一系列技術(shù)難題。

除此之外,桃夭門水道潮流湍急、渦漩遍布,基礎(chǔ)范圍內(nèi)海床起伏較大;富翅門水道則地質(zhì)條件復(fù)雜,寧波側(cè)裸巖、巖面傾斜、巖石強(qiáng)度大,舟山側(cè)覆蓋層起伏大,給工程建設(shè)帶來巨大技術(shù)挑戰(zhàn)。

因地制宜,工程建設(shè)忙

經(jīng)過前期大量研究與考證,甬舟鐵路最終確定在跨西堠門、桃夭門、富翅門水道上采用公鐵兩用橋方案上跨,在跨金塘水道上采用隧道方案下穿。

“為節(jié)約通道資源并降低建設(shè)總費(fèi)用,在修建跨海通道工程時,一般首選公鐵合建橋梁方案,分別單建的成本要遠(yuǎn)大于公鐵合建,這是典型的‘1+1>2’。”程小平說。

2020年12月,隨著舟山市冊子島上挖掘機(jī)鏟下第一抔土,甬舟鐵路正式開工,隨后進(jìn)入火熱施工狀態(tài)。

今年4月,金塘海底隧道舟山側(cè),“定海號”盾構(gòu)機(jī)開始下井。隨著一聲令下,一臺800噸和一臺400噸重的履帶吊同時啟動,將“定海號”盾構(gòu)刀盤緩緩抬離地面。

“定海號”盾構(gòu)機(jī)總長135米,總重約4350噸,是普通機(jī)型重量的8倍,可以說是盾構(gòu)機(jī)中的“巨無霸”,由刀盤、主機(jī)、設(shè)備橋和4節(jié)拖車組成,刀盤直徑達(dá)到14.57米。其刀盤涂裝“東海龍王”圖案,寓意著“定海神龍”,也表達(dá)了建設(shè)者挑戰(zhàn)世界級工程難題的決心。

在司索隊長指揮下,800噸履帶吊與400噸履帶吊配合默契,一點(diǎn)點(diǎn)將水平放置的刀盤調(diào)整至“側(cè)立”位置并保持刀盤穩(wěn)定,隨后緊貼工作井緩緩下放,刀盤與井壁的最小距離僅有約20厘米,多名司索工通過繩索牽引進(jìn)行微調(diào),確保下放過程刀盤與井壁零碰撞。

在近40名作業(yè)人員的相互配合下,刀盤接連完成起吊、轉(zhuǎn)身等工作,經(jīng)過約2個小時的吊裝,“定海號”盾構(gòu)機(jī)刀盤成功下井,與在井下的盾構(gòu)機(jī)主機(jī)實現(xiàn)精準(zhǔn)對接、合體。

據(jù)悉,要在海面下最大埋深78米的復(fù)雜地質(zhì)地層里打隧道,單向掘進(jìn)11.2公里至少需要7年,且單臺盾構(gòu)機(jī)使用壽命難以滿足。為了甬舟鐵路早日通車,兩臺盾構(gòu)機(jī)分別從寧波和舟山方向朝海底掘進(jìn),預(yù)計將于2026年底在海底對接,實現(xiàn)“雙向奔赴”,這種方法在國內(nèi)尚屬首次。

與此同時,其他施工段工程有序進(jìn)行。3月16日,富翅門公鐵兩用大橋首根樁基灌注完成,標(biāo)志著大橋建設(shè)進(jìn)入全新階段;3月26日,伴隨著最后一方水下混凝土順利灌入導(dǎo)管中,桃夭門公鐵兩用大橋5號主塔墩首根3.5米大直徑鉆孔樁基礎(chǔ)澆筑完成,該橋進(jìn)入全面建設(shè)施工階段;5月15日,歷經(jīng)74天的緊張拋石嵌固施工,西堠門公鐵兩用大橋4號主塔世界首創(chuàng)嵌入式設(shè)置沉井正式就位,標(biāo)志著大橋建設(shè)進(jìn)入全新階段……

目前,甬舟鐵路全線“三橋一隧”四大重點(diǎn)工程全部進(jìn)入主體結(jié)構(gòu)施工階段。

自主研發(fā),技術(shù)亮點(diǎn)多

西堠門公鐵兩用大橋主跨1488米,橋面寬度達(dá)到68米,是目前世界最大跨度公鐵大橋,也是世界最寬跨海大橋;富翅門公鐵兩用大橋是全球最大跨度的高低塔公鐵平層斜拉橋,也是世界首座橋塔中穿挑臂式鋼箱梁斜拉橋;全長16.18公里的金塘海底隧道,比港珠澳大橋的隧道還要長將近10公里,建成后將成為國內(nèi)首條外海盾構(gòu)隧道,也是世界長度最長、地層最復(fù)雜的海底高鐵隧道……

甬舟鐵路線創(chuàng)下諸多“全國第一”“全球第一”,更展現(xiàn)出中國技術(shù)、裝備的實力:超大直徑盾構(gòu)機(jī)“定海號”最大開挖直徑14.57米,總重量達(dá)4350噸;重達(dá)7600噸、平面尺寸1.3萬平方米的自浮式鉆孔平臺,完全國產(chǎn)……

在西堠門公鐵兩用大橋施工現(xiàn)場,由中鐵大橋局技術(shù)團(tuán)隊研發(fā)的“復(fù)雜海洋環(huán)境下風(fēng)、浪、流實時監(jiān)測系統(tǒng)”以及設(shè)置的現(xiàn)場氣象站,可精準(zhǔn)預(yù)判施工區(qū)域未來7天的天氣、潮位、流速、波高等信息,給橋梁施工和結(jié)構(gòu)安全驗算提供資料。

對此,中鐵大橋局西堠門公鐵兩用大橋常務(wù)副經(jīng)理李永旗深有體會,2022年臺風(fēng)“軒嵐諾”和“梅花”經(jīng)過舟山區(qū)域,施工區(qū)域瞬時實測為颶風(fēng)12級,“正是得益于監(jiān)測系統(tǒng)的精準(zhǔn)預(yù)判,團(tuán)隊提前對設(shè)備進(jìn)行保護(hù),有序應(yīng)對臺風(fēng),極大降低了損失,保障了人員安全?!?/p>

刷新多項世界紀(jì)錄的西堠門公鐵兩用大橋給裝備和施工帶來新挑戰(zhàn)。為了托起呼嘯而過的高鐵,承受湍急水流的沖擊,大橋采用18根直徑6.3米的鉆孔樁基礎(chǔ)——這是世界直徑最大的橋梁鉆孔樁基礎(chǔ),如何讓它們在波濤洶涌間穩(wěn)穩(wěn)扎根?李永旗說:“我們提出采用適應(yīng)海洋深水裸巖條件的自浮式鋼桁架鉆孔平臺,將水上施工轉(zhuǎn)化為陸地施工?!?/p>

為了給大功率鉆機(jī)搭建一個穩(wěn)定的施工平臺,2023年初,一個重達(dá)7600噸的自浮式鉆孔平臺抵達(dá)5號墩位。這個全新研發(fā)的鉆孔平臺,平面尺寸超過1.3萬平方米,相當(dāng)于31個標(biāo)準(zhǔn)籃球場大小,定位誤差卻控制在30厘米以內(nèi),角度偏差小于1度。這在世界橋梁建設(shè)中屬于首次嘗試。

技術(shù)人員介紹,在汪洋大海上作業(yè),傳統(tǒng)的測量工具難以快速讀取和量測平臺位置、姿態(tài)的實時變化,而數(shù)字孿生技術(shù)的全面運(yùn)用,使測量效率遠(yuǎn)高于人工測量方式,實現(xiàn)了對平臺的智能定位和遠(yuǎn)程調(diào)度。

不僅如此,大橋工地現(xiàn)場還安裝了PM2.5、PM10、風(fēng)速、溫度、噪音等監(jiān)測設(shè)備,實時采集環(huán)境參數(shù),一旦發(fā)現(xiàn)超閾值指標(biāo)就會及時報警。

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