今年夏天，如果從伶仃洋上空俯瞰，會發現在廣東省深圳市與中山市的碧海藍天之間，出現了一條跨海飛虹。這便是不久前通車運營的深中通道。
在全長24千米的深中通道中，沉入海底的沉管隧道約5千米。這個集“橋、島、隧、水下互通”于一體的通道，是世界上綜合建設難度最高的跨海集群工程之一。
為解決海底“千巖萬壑”阻礙沉管隧道鋪設的難題，中交廣州航道局有限公司（以下簡稱“廣航局”）深中通道項目部聯袂河海大學教授王環玲團隊，基于多因素正交原位實驗和數值模擬成果，建立了評價不同因素對施工效果影響的綜合評價模型。此外，他們還提出不同水深條件下，海底巖石單軸壓縮強度在不同分布范圍時的鑿巖效果和清礁厚度計算方法，最終將昔日的海底深槽建設成沉管隧道。
分析不同鑿擊棒效果
深中通道位于虎門大橋下游約30千米，分為橋梁段和沉管隧道段。其中，沉管隧道全長5035米，由32節沉管組成。雖然深中通道僅與港珠澳大橋相距38千米，但兩者的水下環境卻有很大差別。
“如果把港珠澳大橋水底情況比作一盅淮山枸杞湯的話，深中通道水底就好比一盅加了骨頭的淮山枸杞湯。”廣航局深中通道項目技術負責人廖曾平告訴記者，深中通道大約40%的施工區域布滿花崗巖。巖石總工程量約30萬立方米，巖石分布范圍廣、埋藏深、強度大，最大深度接近水下40米。
廣航局選擇了重型抓斗船與鑿巖棒組合的施工工藝進行鑿巖，并對鑿巖船“金建”輪進行技術改造。“但在這么深的水深環境下高精度鑿巖，國內幾乎沒有案例可參考。而鑿巖施工到底是否合適，施工效率和質量如何，我們心里也沒底。”廖曾平說。
此時，從事巖石力學研究的王環玲團隊進入廣航局視野。雙方圍繞深水鑿巖關鍵核心技術難題，迅速開啟理論創新和工程應用。
選擇何種類型的鑿巖棒，是開鑿深槽巖石的關鍵問題。王環玲介紹，目前國內外采用的鑿巖棒主要有五種，分別是斧頭形、三向刀面圓柱形、鉛筆形、四角樁形、梅花樁形。
經過計算，團隊發現，三向刀面圓柱形鑿巖棒作用范圍大，對表層至中層巖石的破壞效果較好，但在處理堅硬巖層時，容易出現棒尖磨損嚴重的問題；單尖圓柱形鑿巖棒在鑿擊點處對巖石的壓強極大，能夠對巖石造成有效破碎，但由于只在單點與巖石進行接觸，對巖石的破壞范圍小，施工效率較低；四角樁形鑿巖棒與巖石的接觸為點接觸，壓強大，但會分散每個鑿擊點對巖石的作用力，對巖石的破壞程度相對小；而梅花樁形鑿巖棒對表層巖石的破壞效果好，破壞范圍較大，但巖石強度較高時，難以使其開裂破碎。
“而斧式鑿巖棒由于棒尖為楔形，對巖石的壓強大，破壞范圍大，同時楔形有利于鑿巖棒的能量向兩側傳遞，增加對巖石的破壞。當鑿巖棒嵌入巖石過深時，楔形的形狀有利于減少棒體側向摩擦力，便于鑿巖棒提升。”王環玲說，雙方團隊最終確認使用斧形鑿巖棒鑿巖。
多項試驗確保高效作業
王環玲團隊從廣航局提供的深中通道基槽花崗巖入手，開展針對巖石的三軸力學試驗、循環加卸載力學試驗、動態沖擊試驗，獲得花崗巖特別是強度較大的中風化花崗巖在不同條件下的力學參數、破碎特征和巖石破壞的能量耗散規律。在此基礎上，團隊又結合現場施工實際、物理力學試驗結果、地質勘察成果，通過數值模擬方法，模擬不同水深、沖擊速度、鑿擊次數、排距、位距對巖石沖擊破碎的影響規律。
“其中，我們在保持鑿巖棒每秒14米的鑿擊速度和水深40米不變的情況下，分別進行了1—5次鑿擊的數值計算，結果發現鑿巖的次數并非越多越好。鑿擊2次后再鑿擊，巖石的整個損傷區域并沒有明顯擴展。所以如果鑿擊超出2次，將降低施工效率。”王環玲說。
“鑿巖棒水下鑿巖的速度主要由鑿巖棒距離海底的高度決定。我們現場試驗后發現，在水深更大的情況下，增加鑿擊高度對提高沖擊速度的作用并不明顯，例如，在鑿擊棒距離海底35米以上下落時，沖擊速度將穩定在一個區間。此時需要通過調整排距、位距和鑿擊次數或者通過動力裝置施加外力來提高鑿巖效果。”王環玲說。
經過反復試驗和論證，雙方最終確定了對中風化花崗巖在40米水深條件下施工的基準方案，即將鑿巖棒提升至距離海底27—34米，排距設置為約2.5米，位距1.4—1.7米，鑿擊次數2—3次。
在一系列試驗和科學數據的支撐下，經過約1年的奮戰，深中通道深水深槽鑿巖工作順利完成，實現了深水條件大體量硬巖連續高精度破碎開挖高效作業。
今年夏天，如果從伶仃洋上空俯瞰，會發現在廣東省深圳市與中山市的碧海藍天之間，出現了一條跨海飛虹。這便是不久前通車運營的深中通道。
在全長24千米的深中通道中，沉入海底的沉管隧道約5千米。這個集“橋、島、隧、水下互通”于一體的通道，是世界上綜合建設難度最高的跨海集群工程之一。
為解決海底“千巖萬壑”阻礙沉管隧道鋪設的難題，中交廣州航道局有限公司（以下簡稱“廣航局”）深中通道項目部聯袂河海大學教授王環玲團隊，基于多因素正交原位實驗和數值模擬成果，建立了評價不同因素對施工效果影響的綜合評價模型。此外，他們還提出不同水深條件下，海底巖石單軸壓縮強度在不同分布范圍時的鑿巖效果和清礁厚度計算方法，最終將昔日的海底深槽建設成沉管隧道。
分析不同鑿擊棒效果
深中通道位于虎門大橋下游約30千米，分為橋梁段和沉管隧道段。其中，沉管隧道全長5035米，由32節沉管組成。雖然深中通道僅與港珠澳大橋相距38千米，但兩者的水下環境卻有很大差別。
“如果把港珠澳大橋水底情況比作一盅淮山枸杞湯的話，深中通道水底就好比一盅加了骨頭的淮山枸杞湯。”廣航局深中通道項目技術負責人廖曾平告訴記者，深中通道大約40%的施工區域布滿花崗巖。巖石總工程量約30萬立方米，巖石分布范圍廣、埋藏深、強度大，最大深度接近水下40米。
廣航局選擇了重型抓斗船與鑿巖棒組合的施工工藝進行鑿巖，并對鑿巖船“金建”輪進行技術改造。“但在這么深的水深環境下高精度鑿巖，國內幾乎沒有案例可參考。而鑿巖施工到底是否合適，施工效率和質量如何，我們心里也沒底。”廖曾平說。
此時，從事巖石力學研究的王環玲團隊進入廣航局視野。雙方圍繞深水鑿巖關鍵核心技術難題，迅速開啟理論創新和工程應用。
選擇何種類型的鑿巖棒，是開鑿深槽巖石的關鍵問題。王環玲介紹，目前國內外采用的鑿巖棒主要有五種，分別是斧頭形、三向刀面圓柱形、鉛筆形、四角樁形、梅花樁形。
經過計算，團隊發現，三向刀面圓柱形鑿巖棒作用范圍大，對表層至中層巖石的破壞效果較好，但在處理堅硬巖層時，容易出現棒尖磨損嚴重的問題；單尖圓柱形鑿巖棒在鑿擊點處對巖石的壓強極大，能夠對巖石造成有效破碎，但由于只在單點與巖石進行接觸，對巖石的破壞范圍小，施工效率較低；四角樁形鑿巖棒與巖石的接觸為點接觸，壓強大，但會分散每個鑿擊點對巖石的作用力，對巖石的破壞程度相對小；而梅花樁形鑿巖棒對表層巖石的破壞效果好，破壞范圍較大，但巖石強度較高時，難以使其開裂破碎。
“而斧式鑿巖棒由于棒尖為楔形，對巖石的壓強大，破壞范圍大，同時楔形有利于鑿巖棒的能量向兩側傳遞，增加對巖石的破壞。當鑿巖棒嵌入巖石過深時，楔形的形狀有利于減少棒體側向摩擦力，便于鑿巖棒提升。”王環玲說，雙方團隊最終確認使用斧形鑿巖棒鑿巖。
多項試驗確保高效作業
王環玲團隊從廣航局提供的深中通道基槽花崗巖入手，開展針對巖石的三軸力學試驗、循環加卸載力學試驗、動態沖擊試驗，獲得花崗巖特別是強度較大的中風化花崗巖在不同條件下的力學參數、破碎特征和巖石破壞的能量耗散規律。在此基礎上，團隊又結合現場施工實際、物理力學試驗結果、地質勘察成果，通過數值模擬方法，模擬不同水深、沖擊速度、鑿擊次數、排距、位距對巖石沖擊破碎的影響規律。
“其中，我們在保持鑿巖棒每秒14米的鑿擊速度和水深40米不變的情況下，分別進行了1—5次鑿擊的數值計算，結果發現鑿巖的次數并非越多越好。鑿擊2次后再鑿擊，巖石的整個損傷區域并沒有明顯擴展。所以如果鑿擊超出2次，將降低施工效率。”王環玲說。
“鑿巖棒水下鑿巖的速度主要由鑿巖棒距離海底的高度決定。我們現場試驗后發現，在水深更大的情況下，增加鑿擊高度對提高沖擊速度的作用并不明顯，例如，在鑿擊棒距離海底35米以上下落時，沖擊速度將穩定在一個區間。此時需要通過調整排距、位距和鑿擊次數或者通過動力裝置施加外力來提高鑿巖效果。”王環玲說。
經過反復試驗和論證，雙方最終確定了對中風化花崗巖在40米水深條件下施工的基準方案，即將鑿巖棒提升至距離海底27—34米，排距設置為約2.5米，位距1.4—1.7米，鑿擊次數2—3次。
在一系列試驗和科學數據的支撐下，經過約1年的奮戰，深中通道深水深槽鑿巖工作順利完成，實現了深水條件大體量硬巖連續高精度破碎開挖高效作業。
本文鏈接：新模型為深中通道建設尋找最佳方案http://www.sq15.cn/show-2-8073-0.html
聲明：本網站為非營利性網站，本網頁內容由互聯網博主自發貢獻，不代表本站觀點，本站不承擔任何法律責任。天上不會到餡餅，請大家謹防詐騙！若有侵權等問題請及時與本網聯系，我們將在第一時間刪除處理。
上一篇： 地下礦山通風有了專業操控系統
下一篇： 納米鍍膜給電子產品穿上防水“外衣”