“我们制造的这个世界最大沉井,无论是方案优化、焊接工艺,还是防水渗漏等各个方面,都体现了二航局的最高水平。如果给它装一个柴油发动机,它就能当轮船跑,不漏水、不倾覆。”看着江面上如高楼般耸立、缓缓向预定位置前进的钢沉井,唐震自豪地打了个比方。
95米长、57.8米宽、64米高的江苏常泰长江大桥5号墩钢沉井,是二航局参与制造的第一个全钢沉井。开局即巅峰,让二航局建设者倍感兴奋。但同时,它的制造和精准下沉,也让大家感受到了巨大压力。
第一个难题,是怎么造?
“我们在卫星地图上找到造船厂,然后在地图上用比例尺估计船坞空间大小,确定造船厂有容纳钢沉井的制造停放场地,再考察它的技术能力。”2018年12月,项目团队还未正式进场,常泰长江大桥项目部副经理唐震就带着一帮同事开始考察能生产钢沉井的造船厂。用这个“笨”办法,他们最终确定了距离桥址约7公里远的一家造船厂。
按照工期要求,在船坞生产的8层钢沉井必须于2019年12月浮运到位。此时,距离“交货”时间仅剩4个月。
钢沉井制造,大部分时间都将花在接高上面。为节约接高时间,同在船厂负责钢沉井制造的项目部副总工程师郭玉强提出了将8层接高合并成5层的设想。
然而,合并成5层的钢沉井,由120个块段拼接而成,每个块段都重达上百吨,如接高处焊接达不到质量要求,极有可能发生钢沉井垮塌。
唐震和郭玉强做了大量尝试和准备工作——采用BIM技术多次虚拟拼接,并引进了仿真吊装软件,调用1000多名具有多年焊接经验的焊接工人作业。
2019年8月28日,5号墩钢沉井正式开始生产。在第1层与第2层接高完成后,两家专业机构出具的两份《焊缝UT探伤报告》显示:各接高点对接精准,焊接完全满足质量要求。
2019年10月,提前1个月制造完成的5层钢沉井先后通过了两次渗漏试验。
2019年12月28日,在4艘拖船的簇拥下,5号墩钢沉井第一次进入长江,向预定位置缓缓而来。
接下来的问题,是怎么沉?
2020年6月10日,5号墩钢沉井开始下沉施工。智慧的二航人,给沉井装上了智慧的“大脑”。
一排排数据,正在后场施工监控平台不停闪烁变化。吴启和仔细盯着这一串串数字,拿起对讲机下达了一系列指令:“1号缆收紧两公分,1'号缆放松一公分……”作为5号墩钢沉井下沉施工总负责人,项目部副指挥长吴启和随时通过检测系统对现场进行调控。
吴启和口中的1号、1’号等8根缆绳,正是控制沉井下沉过程中保持不偏不倚的关键。技术主管殷红阳从对讲机收到了指令,快速调整缆绳。
这是二航局“智囊”团队为钢沉井搭载的施工全过程智能监控系统,为二航局首创。“下沉姿态、定位着床、自动测量,都能通过这个智能监控系统进行调整和操作。而且手机也能登录系统,以便调整下沉过程中出现的偏差。”谈起钢沉井的智能监控系统,吴启和颇为自豪。
整体监控,只是第一步。
沉井下沉,需要对河床的泥沙进行挖掘掏空作业,即取土。5号墩副工段长管政霖很早就去了温州瓯江北口大桥项目参观学习。2019年3月至6月,这个戴着眼镜的斯文小伙子,在那里学习了沉井下沉的整个工艺。他和同来的几位年轻小伙子组成技术团队,结合国内外沉井施工案例和工业自动化控制技术成果,成功研发出一套智能气举取土集群控制系统与装备,这是二航局首创的一套取土智能化系统与设备。
这套智能气举取土集群控制系统与装备,安装了北斗定位系统、压力传感器和高清摄像头。“它能远程集中控制取土设备,取土指令沿着预设路径自动化运行,实现对取土深度的精确控制。”管政霖说。
但在实际使用过程中,这套智能化系统与设备也会“卡壳”。2020年12月14日,钢沉井最后一次下沉过程中,这套设备吸不出泥来导致沉井无法下沉。经过六瓣重力式举斗多次抓取后,一棵7米长、根部直径足足有2米的大树被挖了出来。
“这也说明,仅仅依靠一两种智能设备和系统,沉井无法有效下沉,必须多措并举群策群力。”吴启和深有感触地说。项目部所有人,都在为这个“巨无霸”贡献着智慧和力量。
沉井下沉的另一个关键,在于依靠自重。除了钢沉井自身重达14000多吨的钢材,还必须让它拖着更重的“包袱”——给井壁、井孔浇筑混凝土,这样它才能下沉得更快。
给钢沉井浇筑混凝土的方案一开始就遇到了难题。混凝土浇筑到钢沉井内部后,一方面增加重量,另一方面也起着支撑塔柱等结构的作用。这就要求混凝土质量要过硬。“由于沉井内部填充着大量水平环、水平加劲桁架等结构物,混凝土浇筑进去后,会产生分层、离析、填充不密实等风险,从而导致混凝土质量缺陷。”项目部试验室主任熊小一说。
浇筑到钢沉井内部的混凝土方量约8.2万立方米,重量达20万吨,如果发生离析,后果不堪设想。
试验室一开始采用的是“盾壳法”,即浇筑一层“保护层净浆壳”,与沉井内壁紧密结合,从而避免产生分层离析。熊小一对这个方法颇有微词,它不仅需要多达500多万元的投入,而且最后的“保护层净浆壳”还需设备和人员进行清洗。
熊小一和试验室的同事们通过一个多月的材料对比、配合比试验、现场模拟试验,最终采用“大流动水下抗分散混凝土+自密实混凝土”工艺取代了“盾壳法”——该方法同样从钢沉井底部开始浇筑一层约1.5米厚的特殊混凝土,其作用完全与“盾壳法”工艺所用材料相同,但这1.5米特殊混凝土完全无需清洗,节约了大量人力物力。更为重要的是,“试验室这一工艺,为项目节约了上百万资金。”熊小一掰着指头算了一笔账。
2021年3月11日,经过“两次水上接高、三次井壁混凝土浇筑、四次取土下沉”,5号墩钢沉井实现终沉。据统计,在下沉过程中,共投入38台套智能装备,平均每天下沉0.45米,创造了长江上粉质黏土层大型沉井下沉最快的纪录。
除了钢沉井这个“巨无霸”,常泰长江大桥还有着众多“加持”:1176米,为世界最大跨度斜拉桥;集高速公路、普通公路、铁路“三位一体”……这些,注定了常泰大桥不是一座“常态”大桥。
建设非“常态”大桥,二航人正在超“常态”发挥。(向代文 赵振宇)