圖為深中通道沉管智慧預(yù)制廠。 受訪單位供圖
6月16日，地處粵港澳大灣區(qū)核心區(qū)域的超級(jí)工程——深中通道通過(guò)交工驗(yàn)收。
深中通道是集“橋、島、隧、水下互通”為一體、當(dāng)前世界上綜合建設(shè)難度最高的跨海集群工程，全長(zhǎng)約24公里。其中海底隧道的沉管段長(zhǎng)5035米，采用鋼殼混凝土新型組合結(jié)構(gòu)建造，由32個(gè)管節(jié)加一個(gè)最終接頭組成。
作為深中通道海底隧道工程重要參建方之一，建筑央企中交四航局所屬中交四航工程研究院有限公司（以下簡(jiǎn)稱中交四航研究院）承擔(dān)鋼殼沉管混凝土的研制工作。
“面對(duì)困難挑戰(zhàn)，中交四航研究院自2015年開(kāi)始，歷時(shí)4年艱辛探索，進(jìn)行了縮尺模型、浮態(tài)澆筑、足尺模型和模擬澆筑等試驗(yàn)，最終在2019年配制出鋼殼沉管澆筑工藝的自密實(shí)混凝土‘超級(jí)配方’，有力保障了深中通道鋼殼混凝土沉管的順利澆筑，為深中通道如期通車打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。”中交四航研究院建材所總工鄧春林介紹說(shuō)。
鋼殼搭建起沉管“筋骨”
記者了解到，深中通道海底隧道是國(guó)內(nèi)首座采用鋼殼混凝土組合結(jié)構(gòu)建造的海底隧道。鋼殼沉管采用自密實(shí)混凝土，無(wú)需振搗即可均勻填充鋼殼倉(cāng)格，形成三明治形鋼混組合結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)鋼筋混凝土沉管結(jié)構(gòu)相比，這種結(jié)構(gòu)具有承載能力強(qiáng)、抗震適應(yīng)性高和防水性能好等優(yōu)點(diǎn)。
記者查閱資料發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)外均沒(méi)有大型鋼殼沉管參考案例。深中通道隧道沉管采用內(nèi)外雙層鋼殼、中間澆筑混凝土的三明治結(jié)構(gòu)，建筑團(tuán)隊(duì)用鋼殼給沉管搭建起“筋骨”，并在內(nèi)部填充混凝土作為沉管的“肌肉”。
“深中通道每節(jié)鋼殼混凝土標(biāo)準(zhǔn)沉管內(nèi)部被分成了2255個(gè)倉(cāng)格，每個(gè)倉(cāng)格之間都是不連通的。為了加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性，我們要在每個(gè)倉(cāng)格內(nèi)灌注一種高流動(dòng)性混凝土，即自密實(shí)混凝土。”中交四航研究院建材所副總工于方介紹，“一直以來(lái)，大家對(duì)混凝土的印象是拿點(diǎn)水泥、砂子、石子再加點(diǎn)水?dāng)嚢枰幌拢涂捎脕?lái)建造各種工程。但是要將混凝土配制成高流動(dòng)性的流體，并非易事。”
自密實(shí)混凝土比較“嬌氣”。它的自流平性能和穩(wěn)定性受原材料、出機(jī)時(shí)間、泵送距離和環(huán)境溫度等影響較大。為此，中交四航研究院建材所團(tuán)隊(duì)成員在項(xiàng)目前期開(kāi)展了大量自密實(shí)混凝土室內(nèi)試驗(yàn)。
室內(nèi)實(shí)驗(yàn)成功還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，要想真正檢驗(yàn)性能還需要開(kāi)展自密實(shí)混凝土足尺模型澆筑試驗(yàn)。早在2016年1月，中交四航研究院科研團(tuán)隊(duì)就在江門新會(huì)預(yù)制場(chǎng)開(kāi)始了深中通道自密實(shí)混凝土沉管海上足尺模型澆筑試驗(yàn)。在團(tuán)隊(duì)成員的密切配合下，混凝土順利澆筑成功。
動(dòng)態(tài)控制混凝土性能質(zhì)量
與傳統(tǒng)的混凝土沉管澆筑方式不同，深中通道鋼殼沉管是采用超長(zhǎng)混凝土地泵設(shè)備進(jìn)行混凝土澆筑，即將混凝土通過(guò)一根根200米長(zhǎng)的管子壓入到一個(gè)個(gè)倉(cāng)格內(nèi)部。
在此過(guò)程中，混凝土進(jìn)入管子前和從管子泵出后的性能都要滿足自流平的性能要求。但是，建材所團(tuán)隊(duì)在測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的控制變量法已經(jīng)不適用，迫切需要提出一種新型分析方法，才能建立比較準(zhǔn)確的性能預(yù)測(cè)模型。
為此，在E1—E4沉管施工過(guò)程中，于方帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)收集了上百個(gè)批次水泥、粉煤灰、礦渣粉等原材料的性能指標(biāo)，以及2000余組自密實(shí)混凝土泵送前后的性能測(cè)試數(shù)據(jù)。歷時(shí)大半年時(shí)間，團(tuán)隊(duì)推翻了20余個(gè)方案，最終找到了一種合適的分析方法，量化了各種原材料的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)與混凝土性能的相關(guān)性，實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土原材料和混凝土工作性能質(zhì)量動(dòng)態(tài)控制。他們同時(shí)建立了泵送前后自密實(shí)混凝土性能的預(yù)測(cè)模型，提出了一套自密實(shí)混凝土穩(wěn)健性控制的技術(shù)指標(biāo)，形成了《深中通道鋼殼沉管自密實(shí)混凝土配制及施工關(guān)鍵技術(shù)指南》，指導(dǎo)鋼殼沉管順利澆筑。
“這套指南可以根據(jù)原材料的指標(biāo)以及混凝土的出機(jī)工作性能，預(yù)測(cè)泵送后的混凝土工作性能變化，實(shí)現(xiàn)原材料性能與混凝土的配比動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)混凝土性能質(zhì)量的動(dòng)態(tài)控制。”鄧春林介紹。
“自深中通道建設(shè)以來(lái)，中交四航研究院建材團(tuán)隊(duì)便參與其中，在設(shè)計(jì)、施工、質(zhì)量控制等方面開(kāi)展了大量研究。研究成果全面應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)和施工中，為工程建設(shè)提供了重要技術(shù)支撐。”深中通道管理中心主任、總工程師宋神友說(shuō)。
