第四个挑战是工程设备。
首先是浮吊。在海上,建桥环境要比在陆地上恶劣许多,需要在桥址附近的陆域预制大型桥梁构件,用浮运和船运等方法把预制构件运到桥位,然后用浮吊提升预制构件,架设到位。浮运架设是一个复杂的过程,浮吊的起重能力通常是浮运架设工法实施效率的控制因素。1998年建成的丹麦大贝尔特跨海大桥,建设过程中研制了起重能力6000 t的浮吊。该浮吊后经改造,起重能力提升到8500 t,用于建造跨越诺森伯兰海峡的加拿大联邦大桥(Confederation Bridge)。我国也研制了桥梁工程专用浮吊,具备从码头取梁、吊梁航行至桥位、将梁架设至墩顶等功能,整体技术水平居世界前列,但是最大起重能力只有3600 t。这主要是由于这些浮吊都是为建造浅海区桥梁而专门设计制造的,适用于跨度60~90m的浅水区桥梁。深海区域建桥,下部结构费用很高,规模最为庞大的非通航孔桥梁的经济跨径可能都在500 m以上。从工程经济性的角度看,研制起重能力更大的浮吊是必不可少的前提条件。
其次是深水桥梁基础施工所需的成套设备。深海桥梁基础施工困难主要有两个方面的原因。一方面,海底的情况因看不清而不可知,特别是处理异常情况的风险有时会很高。用于观察的技术设备主要依靠光学和电磁波技术。深海施工场地的海水浑浊,光线昏暗,光学仪器很难成像。另一方面,常规电磁波在海水中衰减很快,雷达等电磁成像设备的探测能力也有限,无法探测到那么深的海底。国外已有运用激光等极高频电磁技术的海底成像设备,但由于技术封锁等原因,暂时还无法用于我国桥梁施工。我国深水桥梁施工过程中为了探测水下实际情况,通常是派遣潜水员下水探查。而人工潜水的极限深度只有约60 m,因此,还是需要研制海底成像设备。可喜的是,近年来我国水下无人机技术发展很快,这方面的技术问题有望得到解决。(www.daowen.com)
在海底施工作业必须要有机械设备,目前我国深水设置基础成套施工设备的能力还不足。这些设备包括覆盖层地基的加固和挖掘设备,以及岩石地基的爆破、掘削和磨平设备。我国在修建大连星海湾大桥和芜湖长江公铁二桥时,已尝试采用了设置基础并取得成功,已初步具备50 m以内深水挖掘、垫层抛石和整平的技术能力。未来还需要开发研究水深大于60 m的集钻孔爆破、大吨位挖掘整平、水下探测等多功能于一体的智能化设备。
最后是海上长桥的施工监测设备。桥梁在施工过程中,需要实施严密监测,以获得各部件的位置和内力的实际情况。测得这些数据以后,通过理论分析判断出施工偏差,然后在下一工序中采取合适的对策给予纠正,如此才能保证桥梁在建成后的内力和线形符合要求。高质量的施工监测可以有效降低桥梁施工风险。为了减少干扰信息,在陆域建桥时,这些监测都是在受外界影响极小的情况下进行的。而海上长桥在建设过程中,风平浪静的时间很少,监测会很困难。因此,我们还要研发一些适合海洋环境的高精度桥梁施工监测设备。
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