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国内最先进高速度倾角传感器为港珠澳大桥监测(附图)

发布时间:2019-11-23 16:08 来源:未知 编辑:admin

  摘要:近日,中航工业计量所成功监测深水长周期管节运动姿态,为港珠澳大桥岛隧工程E11管节的顺利对接提供了计量保证,这标志着该所参与的国家重点工程——港珠澳大桥岛隧工程建设首战告捷。

  近日,中航工业计量所成功监测深水长周期管节运动姿态,为港珠澳大桥岛隧工程E11管节的顺利对接提供了计量保证,这标志着该所参与的国家重点工程——港珠澳大桥岛隧工程建设首战告捷。国内最先进的微机械陀螺和高速度倾角传感器,以及航空航天导航制导专用设备,共同组成了为港珠澳大桥量身定做的沉管运动姿态实时监测系统。

  在世界上独一无二的超级工厂里,制作一个个长180米、重约8万吨,尺寸类似于一幢60层楼房的巨大混凝土沉管,然后把它运输到施工海域,安装到精心准备的海底基槽中,一节节对接起来,形成一个海底隧道,专业术语叫沉管隧道。这便成为当今世界上土木工程界最难的工程之一——港珠澳大桥岛隧工程。

  大家都知道,卫星发射需要天气“窗口”,这里也需要“窗口”。一个8万吨庞然大物在大海中长距离浮运,并在海底40多米的指定位置进行精确安装,将会受到千变万化的风、浪、流等多种因素的影响。因此就要选择一个风平浪静、海流舒缓的时间段,这就是“窗口期”。综合考虑天气、海浪、海流复杂性以及工程建设本身的各种约束,一个月中只有两个窗口期。

  国家级预测机构专门为港珠澳大桥岛隧工程建设提供专项预报,虽然已经接近两年,但这次预报对国家海洋环境预报中心来说也是一个前所未有的挑战。即便参与过“雪龙号”和“蛟龙号”项目,国家海洋环境预报中心现场预报员孙虎林仍然认为,为港珠澳大桥第11节沉管安装提供预测是他参与的难度最大的项目。

  2013年5月,港珠澳大桥沉管隧道成功安装第一节沉管。国家海洋环境预报中心功不可没。在根据此前模型预测提供的窗口,到2014年3月,港珠澳大桥由浅入深成功完成了10节沉管。第10节沉管最深处在43米处。“窗口期”预报越来越成熟,安装作业越来越规范。

  港珠澳大桥工程投资超过700亿元,近6公里的沉管隧道由33节沉管在海底次第对接而成,是整个工程的核心,任何一节沉管出了问题,都会对工程建设产生致命的影响、对工程120年的使用寿命产生致命影响。而且,这项伟大的工程,在实际范围内可资借鉴的东西少之又少。全世界100多条沉管,超过40米水深的很少,深水安装长度超过2公里的更少。港珠澳大桥沉管隧道槽深30米左右,这在全世界还是第一次;深水安装的长度超过3公里,在全世界也是第一次。

  沉管就像海底的大钟摆,需要精确测量其左右、上下以及倾角方向上的摆幅。深水又导致了沉管运动的超低频特点,如果传感器没有极高的灵敏度,压根不可能测到。沉管在安装之前要进行几十个小时的准备工作,测量仪器在水中时间长了可能会出现虚假波动,即“零漂”,影响测试结果。这都要求,要选择灵敏度极高的传感器,才能实现精确测量。国内最先进的微机械陀螺和高速度倾角传感器,以及航空航天导航制导专用设备,共同组成了为港珠澳大桥量身定做的沉管运动姿态实时监测系统。

  港珠澳大桥是我国又一重大基础设施项目,跨海逾35千米,相当于9座深圳湾公路大桥,是世界最长的跨海大桥。大桥将建6千米多长的海底隧道,是集桥、岛、隧为一体的超大型跨海通道,由沉管隧道、东西人工岛三大部分组成,其中沉管隧道是目前世界上综合难度最大的沉管隧道之一,全长5664米,共33个管节,标准管节长180米、宽40米,高11米。其中有19个管节的安装水深都超过40米,最深处超过45米,槽深在30米以上。

  由于沉管在对接期间会承受水流力、锚缆、沉放驳等的综合作用,会导致对接精度无法控制,还有可能直接影响到沉管的安全,引起对基床破坏等施工风险。为了保证深水环境中巨大管节的顺利对接,中国交通建设股份有限公司下属中交天津港湾工程研究院于今年5月向中航工业计量所寻求帮助。

  该所深入分析了深水管节对接问题,决定采用监测管节运动姿态的方法来保障管节的顺利对接,在管节的前后端分别设有测试点,并在关键的前端设有6支备份传感器,以保证测试信号的准确可靠。监测深水长周期管节运动姿态属于超低频微小幅值振动,测试难度大,在国内尚属空白。为此,计量所安排振动专业技术骨干通过实验室验证试验,现场模拟对比实验初步确定实验方案,确保测试万无一失。

  通过近两个月的努力,7月21日,经过7个半小时的监测与预报,计量所顺利完成了港珠澳大桥深水E11管节运动姿态的监测任务。8月19日,经过努力,计量所再次顺利完成港珠澳大桥深水E12管节运动姿态的监测任务,保证了对接成功。计量所将为后续的所有管节运动姿态的进行监测,为对接继续提供计量保证。

  此次港珠澳大桥深水长周期管节运动姿态的成功监测,填补了国内在深水环境中超低频微小幅值振动测量的空白。这是继计量所助力“神舟八号”与“天宫一号”顺利对接之后完成的又一项国家重大工程项目,是先进的国防计量技术在国民经济建设中的应用,同时也展现了计量所在处理复杂计量问题方面的科研能力。

  2019年11月15日,第二届国际汽车智能共享出行大会(SMC 2019)在广州花都完美落幕。在此期间,中国汽车工程学会副秘书长侯福深接受新华网记者采访。

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