深中海底隧道:沉管技术的伟大实践

寻琴观看商业 2024-12-17 03:26:45

在现代工程的壮丽画卷中,深中海底隧道无疑是浓墨重彩的一笔。伶仃洋上,深圳与中山隔海相望,交通的不便制约着区域的协同发展。深中海底隧道应运而生,其规模之宏大、技术之复杂挑战着人类工程的极限。它突破了传统盾构隧道的局限,以独特的沉管技术开启海底通道建设的新篇。这一工程不仅是物理上的连接,更是科技与智慧的融合结晶,承载着人们对便捷出行、区域繁荣的无限憧憬,吸引着我们深入探寻其背后的奥秘与伟大。

深中隧道:伶仃洋底的超级工程

2023年6月11日,一项伟大的工程壮举在伶仃洋底震撼呈现——长约6.8公里的深中海底隧道成功实现精准对接。这一里程碑式的成果,让深圳市与中山市跨越伶仃洋,实现了历史性的海底 “牵手”。通车之后,两地的通勤时间从原本的一个半小时大幅缩短至30分钟,极大地促进了区域间的交流与合作,为粤港澳大湾区的协同发展注入了强劲动力。

提及隧道建设,许多人脑海中首先浮现的往往是盾构机在黑暗中持续掘进的壮观画面。确实,著名的英法海底隧道便是采用盾构法建成的经典范例。然而英法海底隧道与深中海底隧道相比,在规模和技术要求上存在着显著差异。英法海底隧道中单条隧道的最大直径仅为7.6米,且仅能通行火车;而深中海底隧道却宽达46米,拥有双向8车道,其宽敞程度令人惊叹。面对如此巨大的宽度,常规的盾构机显然无能为力,毕竟目前世界上最大的盾构机直径也不过17.5米。

沉管隧道:创新技术与重重挑战

这46米宽的海底隧道究竟是如何开挖的呢?深中海底隧道采用了一种独特而创新的技术——沉管法。其具体施工步骤犹如一场精心编排的工程交响曲。首先,在现代化的工厂里预制巨大的钢壳混凝土管,也就是沉管。这些沉管堪称工程巨兽,每节宽46米、长165米、高10.6米。在制作过程中,每一个环节都需要极高的精度和工艺水平。

沉管隧道的建设并非一帆风顺,而是面临着诸多艰巨的挑战。其中首当其冲的便是如何确保钢壳混凝土沉管在海底恶劣的环境中历经100年而不被海水腐蚀。为攻克这一难题,工程师们采用了多重防护措施。先在钢壳表面精心喷涂5层具有卓越耐腐蚀、耐酸碱性能的纳米级玻璃鳞片涂料,这如同为沉管披上了一层坚韧的防护铠甲。

接着在每一个钢壳上巧妙地放置552个牺牲阳极。这些牺牲阳极上的金属具有比钢壳本身更活泼的特性,当遭遇海水腐蚀时,它们会率先挺身而出,主动 “牺牲” 自己,从而保护钢壳主体结构的安全。通过这两项关键技术的协同作用,为沉管的百年使用寿命提供了坚实可靠的保障。

第二个巨大挑战是沉管的运输与下沉问题。每一个钢壳由1万多吨钢材打造而成,其面积达到7590平方米,比世界杯足球场(7140平方米)还要大。当钢壳内填充混凝土后,总重量更是高达8万吨,相当于8个埃菲尔铁塔的重量。如此庞大而沉重的沉管,如何从预制场顺利转移到海底指定位置,成为了工程团队必须攻克的难关。

为此预制场选址在海边,以便沉管制作完成后能够就近运输。在运输环节,底部配备200台移运台车,将沉管稳稳地运送到浅坞区。浅坞区犹如一个特殊的无水大池子,当沉管两侧安装好封闭门后,向池内灌水,沉管便借助水的浮力缓缓浮起。随后,打开浅坞区的大门,借助拖船的强大拉力将沉管牵引至指定海面。

然而新的问题又接踵而至:沉管在海上依靠浮力漂浮,便于托运,但到达指定地点后,如何克服巨大的浮力使其下沉并精准对接呢?答案并非简单地依靠外力挤压,而是巧妙地利用沉管内部提前设置好的压载水箱。通过外部管道向压载水箱注水,从而精确控制沉管所受浮力,使其能够按照预定计划缓缓下沉,逐步靠近海底已有的沉管。

最后一个关键挑战是沉管对接与防水问题。当控制沉管缓缓沉入修整好的海底,并与其他沉管相距约5厘米时,便进入了对接的关键阶段。此时,采用千斤顶拉合的方式,使两个沉管逐渐靠近。在拉合力的作用下,沉管上的止水带相互接触挤压,开始发挥止水的关键作用。

但这还只是第一步,两个沉管对接处内部仍残留有大量海水,需要将其全部抽出。在抽水过程中,对接处内部会形成真空,由于大气压力的作用,两个沉管会进一步得到拉合,止水带也会进一步被挤压,从而实现更为紧密、可靠的对接。实际上,深中海底隧道为确保对接处万无一失,防止漏水,还采用了一系列其他辅助方式,这些措施共同构建了一道严密的防水防线,确保隧道在未来的使用过程中不会出现渗漏问题。

沉管隧道优势:工程智慧的卓越体现

深中海底隧道的建成,不仅是中国交通基础设施建设领域的一项重大成就,更是世界隧道工程技术的一次精彩展示。与采用盾构机钻挖的隧道相比,沉管隧道具有诸多显著优势。

其建设工期相对较短,能够在更短的时间内实现项目通车,为地区发展赢得宝贵时间。在当今快速发展的时代,时间就是金钱,效率就是生命,沉管隧道的快速建成有助于尽早发挥其经济效益和社会效益,加速区域一体化进程。经济性较好,在材料、设备和施工工艺等方面能够实现更合理的成本控制。通过工厂预制沉管,可以大规模生产,提高生产效率,降低生产成本;同时沉管法施工减少了在深海复杂地质条件下长时间施工的风险和成本,使得整个项目在经济上更具可行性。

施工风险较小,由于大部分工作在预制场和相对稳定的浅海区域进行,减少了在深海复杂地质条件下施工的不确定性和风险。相比于盾构机在深海中直接掘进,沉管法避免了可能遇到的诸如高压、复杂地层结构等诸多难题,提高了施工的安全性和可靠性。抗震能力强,沉管结构在地震等自然灾害面前具有更好的稳定性和适应性。沉管隧道整体结构较为柔性,在地震波的作用下能够更好地吸收和分散能量,减少地震对隧道的破坏,为隧道在地震多发地区的安全运营提供了有力保障。

深中海底隧道的成功建设,为未来海底隧道以及其他大型交通基础设施建设提供了宝贵的经验和借鉴,也让我们对人类工程技术的不断创新与发展充满信心与期待。它是工程智慧与科技力量完美结合的典范之作,将永远镌刻在交通工程发展的历史长河中,成为人类挑战自然、开拓创新的一座不朽丰碑。

文本来源@中国科普博览的视频内容

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