中国土木工程詹天佑奖于1999年设立,以推动土木工程行业科学技术创新与进步为宗旨的科技奖项,是我国土木工程领域科学技术创新最高荣誉奖,涵盖建筑、桥梁、公路、水利、港口、市政等土木工程各领域的重要奖项。2023年12月25日,第二十届第二批中国土木工程詹天佑奖评选,佛山市汾江路南延线沉管隧道工程进入获奖名单。
汾江路南延线公里,分为两期工程。一期工程为澜石路至裕和路段,路线公里;二期工程为裕和路至三乐路段,长约1.89公里。沉管隧道工程是汾江路南延线工程一期工程的一部分。
下穿东平水道隧道全长约1.38公里,沉管段长度445米,与同址穿越东平水道的地铁广佛线二期工程合建。
汾江路南延线工程是加强佛山新城与周边区域交通衔接,建设一河两岸新城区的南北向城市主干道,建成后不但能有效分流佛山大道的交通流量、缓解澜石大桥、东平大桥的交通压力;而且北连禅城区,南接顺德区,完善了佛山新城的交通网络,将充分带动区域经济的发展。
近年来,汾江路南延线隧道工程陆续将“詹天佑奖”“华夏建设科技奖”“国际隧协大奖年度杰出工程”等国内外奖项荣誉收入囊中。而有这番耀眼的“光环”,全凭沉管隧道工程的“硬实力”。
沉管隧道由于埋深浅、两岸接线短,慢慢的受到国内城市水下隧道工程的青睐。2017年之前,国内已建及在建沉管隧道均建在河道中下游,这些河道水流流速较慢,基槽大多为软土地基,河道较宽,水上施工空间相对宽松。
佛山市汾江路南延线工程沉管隧道处于内河中上游,水流复杂且流速大,是我国国内第一条建于内河中上游的沉管隧道,填补国内在河内中上游修建沉管隧道的空白。隧址处河道弯曲,是亚洲首座在河道中游S型弯道处修建的沉管隧道。
此外,汾江路南延线隧道工程是佛山市首条沉管隧道工程,同时也是当时国内公路与地铁合建工程中顶级规模的沉管隧道。
佛山市汾江路南延线条沉管组成。每段沉管管节断面宽度达39.9米、高9米,每一节沉管长达115米,总面积相当于10个标准的篮球场。每一节沉管重达4.2万吨,相当于一艘小型航母的重量。
4节沉管从预制到完成耗时约一年半时间。其中,沉管安放到基槽的时间大约需要6个月,期间4节巨无霸沉管将依次离开东平河南岸干坞,向北岸浮运至沉放区,之后在东平河底实现安装对接,并最终沉放安装于河床下3米的基槽。
沉管隧道处在东平河道中游S形的中间弯道处,这里水文情况复杂,水流流速大,变化多,洪水期流速达2—3m/s,枯水期约1m/s。为得到大量数据来进行分析,项目团队用了近两年的时间,在S形弯道处的东平河附近,设立了几十个水文观测点,进行了日夜监测,最终得出最佳的管节沉放对接的窗口期,并于2015年4月29日真正开始启动首节沉管的浮运沉放和对接工作。
在管段下放前,必须在水下炸开一条基槽,用来沉放预制好的4节巨型管段。为了保护河两边居民的安全,项目团队采用了特殊的多维综合控制爆破措施(微差爆破+气泡帷幕+减震孔+钢封门振动监测),爆破过程中,在岸边听上去声音只有一台滚筒洗衣机作业时的大小。3年内,项目团队共爆破了34万方礁石,约有3栋住宅楼的体积。
4个管节依次安放完毕后,管段上方的千斤顶会进行拉合,每两个管段间形成密实连接。在水中管节间通过GINA橡胶止水带对接,利用水压将止水带压缩以达到止水目的。止水带由荷兰进口,保证完全密合以及百年使用。
对接口的外圈四周在出坞之前已经安装了一层止水带,对接成功之后止水带就会发挥作用,防止入水。4个管节安放完毕后将打通管节与管节之间的内壁,在里面再加一层止水带。虽然外圈的止水带不能更换,但内壁的止水带可以更换,两层止水带保证隧道不会渗水。
由于管节与管节在安放过程中需要留有空间进行作业,因此在最后两节管节之间会有2.5米的空间距离,这样的一个过程靠潜水员在水下作业。先是连接两管节的四边封板,再在外圈装上止水带,最后在管内进行浇注,一系列作业施工都需要潜水员在水下进行。
项目负责这个的人说,“水下作业难度大、精度大,所以这是难度十分大的一个技术环节。”
沉管的水下对接及拉合稳固是施工精度最高和难度最大的,为此汾江路南延线工程吸取了国内外类似项目的成功经验,采用的设计的具体方案及实施工程技术已取得国家专利。
在隧道施工全套工艺流程中,项目团队除了应用常规的检测技术以保证结构的质量外,还在这条隧道施工中应用了硬扫床检测、矩阵式声呐扫测技术,独创了水下灌砂基础密实度的无损检测技术,并获得国家发明专利和国家级科技进步奖等。
一条水中的沉管隧道,如何能保证其运营安全呢?对此,项目团队建立了全国首创的沉管隧道运营期健康监测系统,在东平河南岸设立了监控中心,采用专门设备对隧道运营期的沉降、位移、应力变化等数据来进行实时监测并传回监控中心,全天候照顾这条“过江龙”。
隧道采用佛山首个漏缆进行全频段覆盖的民用通信和广播覆盖系统,隧道内支持2G、3G、4G信号全覆盖,车主们在隧道中能随意接听电话和收听广播。