發布日期：2022-10-09 點擊率：24
當今世界上土木工程界最難的工程之一——港珠澳大橋島隧工程首站高捷，中航工業計量所為港珠澳大橋量身定做的沉管運動姿態實時監測系統成功監測深水長周期管節運動姿態，為港珠澳大橋島隧工程E11管節的順利對接提供計量保證。
近日，中航工業計量所成功監測深水長周期管節運動姿態，為港珠澳大橋島隧工程E11管節的順利對接提供了計量保證，這標志著該所參與的國家重點工程——港珠澳大橋島隧工程建設首戰告捷。國內最先進的微機械陀螺和高速度傾角傳感器，以及航空航天導航制導專用設備，共同組成了為港珠澳大橋量身定做的沉管運動姿態實時監測系統。
在世界上獨一無二的超級工廠里，制作一個個長180米、重約8萬噸，尺寸類似于一幢60層樓房的巨大混凝土沉管，然后把它運輸到施工海域，安裝到精心準備的海底基槽中，一節節對接起來，形成一個海底隧道，專業術語叫沉管隧道。這便成為當今世界上土木工程界最難的工程之一——港珠澳大橋島隧工程。
大家都知道，衛星發射需要天氣“窗口這里也需要”窗口“。一個8萬噸龐然大物在大海中長距離浮運，并在海底40多米的指定位置進行精確安裝，將會受到千變萬化的風、浪、流等多種因素的影響。因此就要選擇一個風平浪靜、海流舒緩的時間段，這就是”窗口期“。綜合考慮天氣、海浪、海流復雜性以及工程建設本身的各種約束，一個月中只有兩個窗口期。
國家級預測機構專門為港珠澳大橋島隧工程建設提供專項預報，雖然已經接近兩年，但這次預報對國家海洋環境預報中心來說也是一個前所未有的挑戰。即便參與過“雪龍號”和“蛟龍號”項目，國家海洋環境預報中心現場預報員孫虎林仍然認為，為港珠澳大橋第11節沉管安裝提供預測是他參與的難度最大的項目。
2013年5月，港珠澳大橋沉管隧道成功安裝第一節沉管。國家海洋環境預報中心功不可沒。在根據此前模型預測提供的窗口，到2014年3月，港珠澳大橋由淺入深成功完成了10節沉管。第10節沉管最深處在43米處。“窗口期”預報越來越成熟，安裝作業越來越規范。
港珠澳大橋工程投資超過700億元，近6公里的沉管隧道由33節沉管在海底次第對接而成，是整個工程的核心，任何一節沉管出了問題，都會對工程建設產生致命的影響、對工程120年的使用壽命產生致命影響。而且，這項偉大的工程，在實際范圍內可資借鑒的東西少之又少。全世界100多條沉管，超過40米水深的很少，深水安裝長度超過2公里的更少。港珠澳大橋沉管隧道槽深30米左右，這在全世界還是第一次;深水安裝的長度超過3公里，在全世界也是第一次。
沉管就像海底的大鐘擺，需要精確測量其左右、上下以及傾角方向上的擺幅。深水又導致了沉管運動的超低頻特點，如果傳感器沒有極高的靈敏度，壓根不可能測到。沉管在安裝之前要進行幾十個小時的準備工作，測量儀器在水中時間長了可能會出現虛假波動，即“零漂影響測試結果。這都要求，要選擇靈敏度極高的傳感器，才能實現精確測量。國內最先進的微機械陀螺和高速度傾角傳感器，以及航空航天導航制導專用設備，共同組成了為港珠澳大橋量身定做的沉管運動姿態實時監測系統。
港珠澳大橋是我國又一重大基礎設施項目，跨海逾35千米，相當于9座深圳灣公路大橋，是世界最長的跨海大橋。大橋將建6千米多長的海底隧道，是集橋、島、隧為一體的超大型跨海通道，由沉管隧道、東西人工島三大部分組成，其中沉管隧道是目前世界上綜合難度最大的沉管隧道之一，全長5664米，共33個管節，標準管節長180米、寬40米，高11米。其中有19個管節的安裝水深都超過40米，最深處超過45米，槽深在30米以上。
由于沉管在對接期間會承受水流力、錨纜、沉放駁等的綜合作用，會導致對接精度無法控制，還有可能直接影響到沉管的安全，引起對基床破壞等施工風險。為了保證深水環境中巨大管節的順利對接，中國交通建設股份有限公司下屬中交天津港灣工程研究院于今年5月向中航工業計量所尋求幫助。
該所深入分析了深水管節對接問題，決定采用監測管節運動姿態的方法來保障管節的順利對接，在管節的前后端分別設有測試點，并在關鍵的前端設有6支備份傳感器，以保證測試信號的準確可靠。監測深水長周期管節運動姿態屬于超低頻微小幅值振動，測試難度大，在國內尚屬空白。為此，計量所安排振動專業技術骨干通過實驗室驗證試驗，現場模擬對比實驗初步確定實驗方案，確保測試萬無一失。
通過近兩個月的努力，7月21日，經過7個半小時的監測與預報，計量所順利完成了港珠澳大橋深水E11管節運動姿態的監測任務。8月19日，經過努力，計量所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。計量所將為后續的所有管節運動姿態的進行監測，為對接繼續提供計量保證。
此次港珠澳大橋深水長周期管節運動姿態的成功監測，填補了國內在深水環境中超低頻微小幅值振動測量的空白。這是繼計量所助力“神舟八號”與“天宮一號”順利對接之后完成的又一項國家重大工程項目，是先進的國防計量技術在國民經濟建設中的應用，同時也展現了計量所在處理復雜計量問題方面的科研能力。
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