世界矚目的港珠澳大橋24日上午正式開(kāi)通運(yùn)營(yíng)，一橋連三地，天塹變通途。從2009年12月開(kāi)工建設(shè)到如今正式開(kāi)通，天津大學(xué)師生校友多人次參與到港珠澳大橋的設(shè)計(jì)、建設(shè)施工中，貢獻(xiàn)了“天大智慧”。
10月24日當(dāng)天，全長(zhǎng)55公里的港珠澳大橋正式通車(chē)。
港珠澳大橋建設(shè)的主體工程包括：跨海橋梁、海底隧道和橋隧連接人工島，其中橋隧連接人工島是港珠澳大橋建設(shè)的關(guān)鍵工程之一。橋隧連接人工島要完成在島內(nèi)干地現(xiàn)澆海底隧道上島段的工作，施工過(guò)程中島壁要承受20.26m靜水壓力和5.10m波高的動(dòng)力作用。島壁在靜水壓力和波浪作用下的穩(wěn)定性和島內(nèi)滲流分析，是橋隧連接人工島建設(shè)要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司承擔(dān)了港珠澳大橋建設(shè)工程橋隧連接人工島的設(shè)計(jì)工作，島壁采用沉入式鋼圓筒結(jié)構(gòu)。沉入式大圓筒結(jié)構(gòu)是一種新型海岸工程結(jié)構(gòu)，中國(guó)尚未制定相應(yīng)的設(shè)計(jì)施工規(guī)范。
受中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司委托，天津大學(xué)王元戰(zhàn)教授課題組承擔(dān)了港珠澳大橋建設(shè)工程橋隧連接人工島沉入式鋼圓筒結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及滲流分析工作，解決了波浪作用下軟土強(qiáng)度弱化、沉入式大圓筒結(jié)構(gòu)破壞過(guò)程模擬等科學(xué)技術(shù)問(wèn)題，對(duì)各種荷載工況下橋隧連接人工島沉入式鋼圓筒結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和滲流進(jìn)行了計(jì)算分析，為完善人工島設(shè)計(jì)提供了技術(shù)支撐。
港珠澳大橋的海底隧道段由33節(jié)沉管組成，每節(jié)沉管的重量接近8萬(wàn)噸，相當(dāng)于一艘中型航母的重量，造價(jià)達(dá)上億元。沉管在深水塢預(yù)制好后，需通過(guò)纜繩與安裝船相連，在合適的波流施工窗口由安裝船拖帶浮運(yùn)并下沉到施工地點(diǎn)，沉管的安全浮運(yùn)和沉放是整個(gè)工程安全施工的關(guān)鍵。為了協(xié)助設(shè)計(jì)施工單位解決這一問(wèn)題，天津大學(xué)建筑工程學(xué)院肖忠副教授負(fù)責(zé)的“波流聯(lián)合作用下沉管浮運(yùn)數(shù)值仿真計(jì)算”科研項(xiàng)目，首次建立了安裝船、沉管、纜繩和水體系統(tǒng)的1:1的三維精細(xì)有限元仿真模型，并在計(jì)算模型中考慮了水體的黏性和紊流特性及安裝船、沉管、纜繩和水體相互間的耦合作用。深入分析了開(kāi)挖基槽后及基槽內(nèi)系泊沉管時(shí)的流速分布規(guī)律;對(duì)基槽內(nèi)沉管的阻力系數(shù)進(jìn)行了深入研究;對(duì)波流作用下安裝船、沉管和纜繩系統(tǒng)在系泊和沉放過(guò)程中的結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)及纜繩纜力進(jìn)行了仿真計(jì)算，建議了合適的施工窗口，為實(shí)際工程中的沉管及沉放駁結(jié)構(gòu)上的合理布纜方式和施工工藝的確定提供了理論指導(dǎo);同時(shí)為了使建立的仿真模型能夠更好的服務(wù)于實(shí)際工程，課題組赴工程現(xiàn)場(chǎng)對(duì)沉管最終的浮運(yùn)系泊方案進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)考察，并針對(duì)系泊危險(xiǎn)工況進(jìn)行了數(shù)值仿真，為保證沉管結(jié)構(gòu)在浮運(yùn)及沉放過(guò)程中的安全施工提供了指導(dǎo)。同時(shí)本項(xiàng)目研究成果可為后續(xù)的類(lèi)似工程提供理論指導(dǎo)，經(jīng)濟(jì)效益顯著。
港珠澳大橋的橋墩采用陸上分節(jié)預(yù)制，水上拼接安裝的施工工藝。單個(gè)預(yù)制件最大重量達(dá)3510噸，高度超過(guò)22m。利用半潛駁船將預(yù)制好的橋墩運(yùn)輸至施工海域。橋墩浮拖跨距長(zhǎng)，海況復(fù)雜惡劣，且橋墩屬于高聳結(jié)構(gòu)，駁運(yùn)系統(tǒng)整體的重心較高，拖運(yùn)過(guò)程中在風(fēng)浪作用下半潛駁船和橋墩聯(lián)合體的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)明顯，支撐橋墩的臺(tái)車(chē)車(chē)輪承受巨大荷載。為確保浮拖過(guò)程中半潛船及橋墩的安全，天津大學(xué)建筑工程學(xué)院別社安教授團(tuán)隊(duì)對(duì)整個(gè)駁運(yùn)系統(tǒng)進(jìn)行了水動(dòng)力性能計(jì)算、橋墩的拖航穩(wěn)定性分析，在此基礎(chǔ)上提出了橋墩在運(yùn)輸駁船上的加固穩(wěn)定方案，保證了橋墩的安全運(yùn)輸。
與此同時(shí)，天津大學(xué)多位校友在港珠澳大橋設(shè)計(jì)和建設(shè)施工中貢獻(xiàn)力量，攻克了港珠澳大橋設(shè)計(jì)及施工建設(shè)中的一個(gè)個(gè)難題，如解決沉管管節(jié)沉放及“淤積異常”難題;在世界范圍內(nèi)首創(chuàng)鋼圓筒快速沉島多項(xiàng)方案;圓滿(mǎn)完成港珠澳大橋桂山沉管預(yù)制廠設(shè)計(jì)任務(wù);獨(dú)立探索Plaxis3D模擬計(jì)算深埋式大直徑鋼圓筒;完成沉管預(yù)制場(chǎng)的軌道設(shè)計(jì)任務(wù)等。( 張道正)
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