“天大智慧”助力港珠澳大桥建设

北方网 10-24

天津北方网讯:世界瞩目的港珠澳大桥24日上午正式开通运营,一桥连三地,天堑变通途。从2009年12月开工建设到如今正式开通,天津大学师生校友多人次参与到港珠澳大桥的设计、建设施工中,贡献了"天大智慧",用实际行动诠释着天大人"要实地把中华改造"的决心。

桥隧连接人工岛:计算分析确保安全稳固

港珠澳大桥建设的主体工程包括:跨海桥梁、海底隧道和桥隧连接人工岛,其中桥隧连接人工岛是港珠澳大桥建设的关键工程之一。桥隧连接人工岛要完成在岛内干地现浇海底隧道上岛段的工作,施工过程中岛壁要承受20.26m静水压力和5.10m波高的动力作用。岛壁在静水压力和波浪作用下的稳定性和岛内渗流分析,是桥隧连接人工岛建设要解决的关键问题。中交第四航务工程勘察设计院有限公司承担了港珠澳大桥建设工程桥隧连接人工岛的设计工作,岛壁采用沉入式钢圆筒结构。沉入式大圆筒结构是一种新型海岸工程结构,我国尚未制定相应的设计施工规范。受中交第四航务工程勘察设计院有限公司委托,王元战教授课题组承担了港珠澳大桥建设工程桥隧连接人工岛沉入式钢圆筒结构的稳定性及渗流分析工作,解决了波浪作用下软土强度弱化、沉入式大圆筒结构破坏过程模拟等科学技术问题,对各种荷载工况下桥隧连接人工岛沉入式钢圆筒结构稳定性和渗流进行了计算分析,为完善人工岛设计提供了技术支撑。

海底隧道:仿真模型预演沉管安装

港珠澳大桥的海底隧道段由33节沉管组成,每节沉管的重量接近8万吨,相当于一艘中型航母的重量,造价达上亿元。沉管在深水坞预制好后,需通过缆绳与安装船相连,在合适的波流施工窗口由安装船拖带浮运并下沉到施工地点。沉管的安全浮运和沉放是整个工程安全施工的关键。

为了协助设计施工单位解决这一问题,天津大学建筑工程学院肖忠副教授负责的"波流联合作用下沉管浮运数值仿真计算"科研项目,首次建立了安装船、沉管、缆绳和水体系统的1:1的三维精细有限元仿真模型,并在计算模型中考虑了水体的黏性和紊流特性及安装船、沉管、缆绳和水体相互间的耦合作用。为实际工程中的沉管及沉放驳结构上的合理布缆方式和施工工艺的确定提供了理论指导。同时为了使建立的仿真模型能够更好地服务于实际工程,课题组赴工程现场对沉管最终的浮运系泊方案进行了现场考察,并针对系泊危险工况进行了数值仿真,为保证沉管结构在浮运及沉放过程中的安全施工提供了指导。同时本项目研究成果可为后续的类似工程提供理论指导,经济效益显著。

桥墩:以驳船运输到施工点

港珠澳大桥的桥墩采用陆上分节预制,水上拼接安装的施工工艺。单个预制件最大重量达3510吨,高度超过22m。利用半潜驳船将预制好的桥墩运输至施工海域。桥墩浮拖跨距长,海况复杂恶劣,且桥墩属于高耸结构,驳运系统整体的重心较高,拖运过程中在风浪作用下半潜驳船和桥墩联合体的运动响应明显,支撑桥墩的台车车轮承受巨大荷载。为确保浮拖过程中半潜船及桥墩的安全,天津大学建筑工程学院别社安教授团队对整个驳运系统进行了水动力性能计算、桥墩的拖航稳定性分析,在此基础上提出了桥墩在运输驳船上的加固稳定方案,保证了桥墩的安全运输。

多位校友为大桥贡献"天大智慧"

除此之外,,天津大学多位校友在港珠澳大桥设计和建设施工中贡献力量,攻克了港珠澳大桥设计及施工建设中的一个个难题。如解决沉管管节沉放及"淤积异常"难题;在世界范围内首创钢圆筒快速沉岛多项方案;圆满完成港珠澳大桥桂山沉管预制厂设计任务;独立探索Plaxis3D模拟计算深埋式大直径钢圆筒;完成沉管预制场的轨道设计任务等,为港珠澳大桥建设开通贡献"天津智慧"(津云新闻记者段玮)

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