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延伸至海底的測量挑戰

  • 發佈時間:2014-12-18 10:34:02  來源:中國品質報  作者:佚名  責任編輯:羅伯特

  □ 本報記者 楊 蕾

  臨近新年,中航工業計量所力學室高級工程師邵新慧一邊忙著各種總結彙報,一邊又時刻準備著前往千里之外的港珠澳大橋施工現場。“在他們準備要安裝下一管節時,我們就要立即趕到現場,進行計量測試。”邵新慧談起他們為港珠澳大橋島隧工程提供的計量保證,一股自豪感油然而生。

  這座于2009年開工建設的大橋正如它的名字一樣,將在促進香港、澳門和珠江三角洲西岸地區經濟上的進一步發展發揮重要的作用。大橋的建造難點集中在近6700米長的深海超大型沉管隧道的修建上。海底隧道由33個巨型沉管組成,每節管道長180米,寬37.95米,高11.4米,單節重約6.9萬噸,是迄今為止世界上埋深最深、規模最大、單節管道最長的海底公路沉管。

  要將如此巨大的沉管一節一節地安裝到幾十米深的海底,這是一個浩大的工程。由於沉管在對接期間會承受水流力、錨纜、沉放駁等的綜合作用,不僅會導致對接準確度無法控制,還有可能直接影響沉管安全,引起對基床破壞等施工風險。根據大橋修建標準,沉管對接精度測量的誤差不能超過5釐米。

  “沉管埋到水下都是在40米左右,而且之前開挖的鋪設沉管的水槽深達30米以上,水壓力相當大,再加上海水混濁,安裝環境也很複雜。如何在看不見、摸不著的水下控制好管節安裝對接精度?這是我們從未遇到過的挑戰。”在大橋修建項目組向中航工業計量所尋求幫助時,邵新慧他們深入分析了深水管節對接問題,發現這次的測量環境很難依靠傳統的位移感測器通過定位技術來實現對接精度的控制。經過研究,他們決定採用監測管節運動姿態的方法來保障管節的順利對接。“我們設計了一套全新的測量方案,在管節的前後端分別設置測試點,並在關鍵的前端設了6支備份感測器,以保證測試信號準確可靠。”

  監測深水長週期管節運動姿態屬於超低頻微小幅值振動,測試難度大,在國內尚屬空白。要想測試數據精準可靠,選擇合適的低頻感測器作為測量儀器至關重要。“憑藉我們多年在振動測量方面的深入研究以及建立起來的可靠測量能力,我們選用了性能非常優越的低頻感測器。這種感測器以前只在航太航空的測量中使用。”邵新慧説。通過實驗室驗證試驗,精心搭建的六維測量平臺的穩定性非常好,能夠滿足大橋修建的技術要求。

  今年7月21日,經過7個半小時的監測與預報,中航計量所的工程師們順利完成了港珠澳大橋深水E11管節運動姿態的監測任務。隨後,經過努力,他們再次順利完成港珠澳大橋深水E12管節運動姿態的監測任務,保證了對接成功。“這幾次的實地監測證明我們的系統測量誤差達到毫米級,完全滿足項目組對精度的要求。”截至11月,中航計量所已為港珠澳大橋工程提供了4節沉管安裝對接的精度測量。隨著大橋隧道的修建進展,邵新慧他們還將繼續為一節節沉管的對接提供計量保證。

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