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港珠澳大桥顺利通车,奇迹如何“永葆健康”?
发布时间:2018-10-31

“现代世界新七大奇迹”之一

 

  • 港珠澳大桥全长55千米,其中珠澳口岸至香港口岸41.6千米,跨海路段全长35.578千米;

  • 三地共建主体工程29.6千米,包括6.7千米海底隧道和22.9千米桥梁;

  • 桥墩224座,桥塔7座;桥梁宽度33.1米,隧道宽度28.5米,净高5.1米;

  • 桥面最大纵坡3%,桥面横坡2.5%内、隧道路面横坡1.5%内;

  • 桥面按双向六车道高速公路标准建设,设计速度100千米/小时,全线桥涵设计汽车荷载等级为公路-Ⅰ级,桥面总铺装面积70万平方米

  • 通航桥隧满足近期10万吨、远期30万吨油轮通行;

  • 大桥设计使用寿命120年,可抵御8级地震16级台风30万吨撞击以及珠江口300年一遇的洪潮

 

科技支撑大国工程

 

  • 港珠澳大桥建设前后实施了300多项课题研究,发表论文逾500篇(其中科技论文235篇)、出版专著18部、编制标准和指南30项、软件著作权11项。

  • 创新项目超过1000个、创建工法40多项,形成63份技术标准、创造600多项专利(中国国内专利授权53项)。

  • 先后攻克了人工岛快速成岛、深埋沉管结构设计、隧道复合基础等十余项世界级技术难题,带动20个基地和生产线的建设,形成拥有中国自主知识产权的核心技术,建立了中国跨海通道建设工业化技术体系。

 

截至2018年10月,港珠澳大桥是世界上里程最长、寿命最长、钢结构最大、施工难度最大、沉管隧道最长、技术含量最高、科学专利和投资金额最多的跨海大桥;大桥工程的技术及设备规模创造了多项世界记录。

 

 

倍感自豪,欧美大地助力港珠澳大桥建设

 

港珠澳大桥工程规模大、工期短,技术新、经验少,工序多、专业广,要求高、难点多,为全球已建最长跨海大桥,在道路设计、使用年限以及防撞防震、抗洪抗风等方面均有超高标准。

欧美大地作为土木工程行业高新科技解决方案的提供者,综合提供各种解决方案,在大桥建设各阶段助力“世纪工程”成就高标准。

此次,欧美大地为港珠澳大桥提供了从勘察、设计到监测的一系列解决方案和设备,包括Geomil CPT海洋静力触探系统、GME-500静力触探数据采集系统和GRIZZLY全地形CPT工作舱静力触探车,Koden超声波钻孔侧壁检测仪,PDI的CHAMP声波透射法检测仪和PDA打桩分析仪,Campbell CR6数据采集仪和CDM-VW305模拟输入模块,Instantel Minimate 振动、超压和噪音监测仪和Micromate便携式振动监测仪,APAGEO 旁压仪,Central weighing称重系统,道冲iCivil测斜仪,DONG-A测斜管等。

 

世纪项目如何“永葆健康”?

 

如此规模的“世纪工程”想要“永葆健康”,建设过程中的每个环节都需要先进可靠的技术及设备保驾护航。

 

01

勘察

 

港珠澳大桥横跨伶仃洋,在设计初期确定海底土体的基本物理力学性质、地基承载力以及判断土体液化可能性等内容非常重要。海洋静力触探系统和跨孔地震成像系统作为非常优秀的海底原位测试和跨孔物探技术已经被欧美国家广泛应用。

 

Geomil

海洋静力触探系统

 

Geomil海床静力触探系统采用荷兰Geomil公司独家专利技术,接触面积更大,能够轻松达到20吨贯入度,已经在全世界成功地完成了很多具有挑战性的项目,性能卓越。

Geotomographie

跨孔地震成像系统

 

IPG跨孔地震成像系统类似于医学CT方法。可成功用于岩石(或砾石、沙层))土层(包括软土)等各种地层,同时在地下水位以上或以下都有效。

 

02

设计

 

海上工程基础是否牢固关系着整个工程的安全,海上打桩情况复杂且花费巨大。PDI公司推出的GRLWEAP打桩分析软件可以模拟海上打桩过程,帮助选择合适打桩锤,避免因选择失误造成的浪费。

 

PDI

精确模拟打桩过程软件GRLWEAP

 

模拟打桩过程的分析软件可以估算动应力、承载力、锤击数及打桩时间。

 

而在打桩过程中PDI提供了海上桩基检测方法。

 

PDI

海上桩基检测系统

 

PDI浅水(100米以下)和深水(300米以下)防水型力传感器和加速度传感器与PDA打桩分析仪相配合,能够实现海上基桩高应变动测。

 

03

结构安全监测

 

港珠澳大桥是集桥、岛、隧于一体的跨海大桥,面临着复杂的自然环境和结构,大桥采用了许多世界首创的建设施工技术,如何能够保证其120年的使用寿命不仅是对建设质量标准的考验,更是对桥梁养护和管理提出的难题。

 

 

如此巨大的工程想要稳定运行,长期结构安全监测和日常健康检测必不可少。

 

 
 

长期安全监测

 
 

 

桥梁在建设和使用过程中所受影响颇多,港珠澳大桥横跨伶仃洋,包含桥梁和隧道两种结构,长期受到海风、海水等自然环境的侵蚀,同时还受车辆、自身材料性能退化等因素的影响,长期安全监测势在必行。

 

 
 

桥梁监测

 
 

 

桥梁结构监测主要包含桥墩和基础的受力情况、桥跨结构的受力与挠度变形情况等,通过监控并记录桥梁结构的运行状态,及时发现病害及异常,确保桥梁的稳定性,优化管理与维护程序,延长其使用寿命。

 

结构静态

结构动态

环境条件

结构应力

表面应力

温度场

钢索拉力

结构缝

挠度

倾斜

结构腐蚀

动态应变

疲劳度

加速度

地震反应

风荷载

视频辅助

 

 
 

隧道监测

 
 

 

隧道工程由于开挖断面大,地质体复杂多变,面临突涌水、涌泥、岩爆、塌方、溶洞等工程安全施工问题。建立完善的安全监测项目体系,是保证安全施工、优化设计、反馈设计的必要手段。

 

围岩及环境观测

支护结构观测

收敛位移

顶拱下沉

底板隆起

围岩变形

围岩应力

地表变形

建筑变形

地下水位

渗流量

震动监测

温湿度

气体浓度

锚杆轴力

锚索轴力

围岩压力

外水压力

衬砌支护应力

裂缝开张

 

 
 

桥梁隧道安全监测方案

 
 

 

桥梁及隧道的监测方案庞大而复杂,欧美大地整合全球优质监测仪器供应商,能够提供多种配套解决方案。如加拿大Roctest桥梁及隧道监测设备,日本TML桥梁监测方案等,可以全面解决客户的监测难题。

 

 
 

Roctest桥梁隧道监测方案

 
 

 

Roctest集团提供基于先进的光纤技术和常规传感器的综合桥梁及隧道安全监测解决方案。同时,Roctest集团整合了地方性的传感器和其它第三方传感器以获取其他信息。所有的传感技术都能无缝地整合到一个单一的数据库和用户界面。能够个性化的解决客户监测需求。

 

数字式测斜仪Profil

电磁式沉降仪

TPC土压力计

振弦传感器

单轴测斜仪

数据采集仪

 

 
 

TML静态桥梁监测方案

 
 

 

TML公司成立于1954年,为当今世界一流的研发和制造应变片、传感器和应变测试仪器的厂商。在桥梁测量方面,能够为用户提供完整的施工管理及维护管理静态测量方案。

 

 

  • 静态数据采集仪:各种传感器和转换箱连接,通过数据采集仪进行测量,也可以用电脑与数据采集仪连接,通过测量软件进行控制。

  • 传感器:测量主塔倾斜的斜度计;材料质量管理的应变计、钢筋计;弯沉管理的连通管式位移计;斜拉材料的拉力管理;预应力钢材的预拉管理的荷重计、压力计等。

 

 
 

Campbell桥梁结构监测

 
 

 

港珠澳大桥桥梁整体结构复杂,监测传感器量大且多样,这就需要安全可靠的数据采集系统。此次港珠澳大桥关键部位结构监测主要采用由欧美大地代理及服务的Campbell的CR6数据采集器及CDM模拟输入模块。

 

CR6数据采集器

 

先进的硬件融合

模块化功能配置

独特振弦专利技术

集成多个外设的数据采集器

CDM模拟输入模块

 

模拟输入扩展模块

大幅扩展模拟通道数量

 

大桥一期工程有个关键指标是实时监测20Hz桥体结构变化,Campbell Scientific的VSPECT动态振弦测试技术是这个项目的核心,我们采用50Hz采集速率对全段100余台CDM动态振弦模块进行实时监测,采用CPI总线进行分布式布局,通过TCP/IP采用星型拓扑实现数据传送,建成世界首套20Hz桥梁动态监测系统。Campbell Scientific的万能数据处理器CR6作为该项目的核心,其本身内置振弦分析模块,复用端子支持模拟、数字、脉冲以及电压/电流激励,为全系统高稳定性、高性价比提供了基础。

除此之外,Campbell数据采集器几乎兼容所有市售传感器,通过一系列数据采集器,从最基本的只有几个通道的系统到可测量数百个通道的可扩展系统。

 

 
 

桥梁疲劳监测方案

 
 

 

在桥梁疲劳监测方面,BDI公司有一整套的桥梁及其他土木结构的活载应力疲劳周期监测方案。BDI同时配备有硬件和软件,方便工程师评估数据而无需花费时间学习和开发数据采集系统。

 

桥梁疲劳监测系统BDI亮点:

 

  • 在常规活荷载条件下记录响应:系统允许客户设置应力等级作为触发,捕捉活载响应

  • 低成本、低维护费用; 所有硬件都非常坚固,即使在恶劣的条件下,其性能也足以信赖,这点已为现场测试所证明

  • 传感器完全可以重复使用: BDI应变传感器可以用胶水粘到检测结构上进行短期测试,也可以用螺栓或者焊接安装固定进行长期检测。

  • 具有独立工作能力:BDI-FMS可以使用它自带的便携式电话进行通讯,并以太阳能板供电。

 

 
 

钢结构锈蚀监测方法

 
 

 

港珠澳大桥采用了世界最大的钢结构,其钢材使用量是金门大桥的4.5倍。大量的钢材使用意味着要采用更加有效的钢筋锈蚀监测方法。

 

SENSORTEC

阳极梯钢筋锈蚀监测系统

 

Anode Ladder阳极梯可用于多种结构物的锈蚀监测,如遭受除冰盐影响的桥梁、隧道、停车场等,或处于潮汐区、飞溅区的海工结构物。它既可安装到新建结构又可安装到既有结构中。

 

 
 

振动监测方法

 
 

 

相较于陆地,海洋振动不易察觉且风险巨大,海上工程必须有完善的振动监测体系。

 

Instantel

振动监测仪

 

Instantel振动监测仪适用于桥梁、隧道、地铁、石油管道、爆破分析,打桩、施工、拆除监测,结构监测,水下监测等多种领域。

 

 
 

日常健康检测

 
 

 

除长期监测外,日常的健康检测也非常重要。通过健康检测可以快速发现工程结构中的损伤并及时处理。港珠澳大桥由多个斜拉桥和海底隧道组成,其内部结构和钢筋情况尤为重要。采用超声波技术和钢筋锈蚀检测技术能够快速准确的掌握桥梁隧道的健康状况。

 

MIRA

混凝土三维超声波成像仪

 

MIRA是可三维显示混凝土体内部缺陷的顶尖设备。仅需单边接触构件表面,即可清晰成像。应用于厚度测量,探测灌浆孔道中的空洞,分层检测,探测混凝土构件中的空洞和蜂巢,探测隧道衬砌或路面下的空洞,钢筋检测。

Proceq

GPR手持式混凝土3D雷达

 

全面进行结构质量评估,对未知结构进行探查,定位钢筋及保护层厚度,并可以对钢筋几何形状进行3D成像。

Proceq

Profometer Corrosion 钢筋锈蚀测定仪

 

通过半电池电位法,检测钢筋混凝土结构锈蚀状况。

 

Giatec

CELL半电池电位锈蚀成像仪

 

CELL采用免维护电极对钢筋混凝土结构中的锈蚀进行检测和成像,通过蓝牙与平板电脑或手机app连接采集数据。

Giatec

iCOR钢筋锈蚀成像仪

 

测量钢筋混凝土结构中的锈蚀以及锈蚀速率,评估混凝土耐久性,采用蓝牙技术通过平板电脑或手机app采集数据,以图像的方式直观显示。

NEC

红外热像仪

 

通过对温度的监测发现被测物的故障点,检测混凝土桥梁的剥离、建筑物外墙的诊断。

Giatec

SmartRock无线混凝土温度和强度传感器

 

SmartRock是一种坚固的、基于移动应用的无线传感器,可以连续测量并记录混凝土从新拌到硬化过程中的温度,预测混凝土的强度。

 

大国骄傲

 

港珠澳大桥的顺利通车并不意味着结束,这是大国工程的开始。欧美大地会始终致力于,为土木工程领域带来更先进可靠的高新技术,为祖国建设添砖加瓦。

 

最后来看一段港珠澳大桥震撼航拍

(视频来源于人民日报)
 


 

 

附录:“港珠澳”成长史

 

2004年3月

港珠澳大桥前期工作协调小组办公室成立

 

2009年12月15日

港珠澳大桥正式开工建设

 

2017年7月7日

港珠澳大桥主体工程全线贯通

 

2018年2月6日

港珠澳大桥主体完成验收,于同年9月28日起进行粤港澳三地联合试运

 

2018年10月23日

港珠澳大桥开通仪式在广东珠海举行,习近平出席仪式并宣布大桥正式开通

 

2018年10月24日上午9时

港珠澳大桥正式通车,驾车从香港到珠海、澳门仅需30分钟

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