產(chǎn)業(yè)外案例——港珠澳大橋工程

港珠澳大橋工程于2009 年開工建設(shè)，總投資700 多億元，是繼三峽大壩和青藏鐵路后，我國又一重大基礎(chǔ)設(shè)施工程，該工程是集橋、島、隧為一體的超大型跨海通道，其核心工程是由33 節(jié)海底沉管隧道對接而成的約6 公里長的海底隧道。該工程所設(shè)計的沉管隧道是迄今為止世界上規(guī)模最大、綜合難度最大的外海深埋沉管工程，在沉管沉放和對接期間受洋流、錨纜、沉放駁等因素的綜合作用，沉放姿態(tài)和對接精度如無法得到精確控制，將帶來沉管安全和床基破壞等重大施工風(fēng)險。

港珠澳大橋工程沉管每節(jié)180m×22.5m×8m，質(zhì)量高達76000 多噸，基槽海底距海面深度45m～50m，挖掘深度35m～40m，基槽鋪設(shè)段與伶仃洋主航道交叉，海底地形和洋流，基槽內(nèi)流態(tài)異常復(fù)雜，類似的外海環(huán)境下的深水深槽沉管隧道鋪設(shè)在世界尚屬首次，沉管姿態(tài)測量無可借鑒的國外經(jīng)驗。挖好的沉管基槽若不及時沉管，海床水流就會把沉管基槽重新填埋，對工程造成巨大損失。

2014 年3 月，港珠澳大橋沉管隧道工程完成第E10 的安裝后，標(biāo)志著沉管安裝作業(yè)開始進入深水深槽階段。由于現(xiàn)有的監(jiān)測手段難以適用于深海作業(yè)，不能準(zhǔn)確掌握沉管姿態(tài)和保證對接質(zhì)量，造成第E11 節(jié)的沉管和對接無法正常實施，嚴重影響工程進度，急需提供一套現(xiàn)場測量系統(tǒng)，以滿足沉管水下實時姿態(tài)變化監(jiān)測和沉管對接狀態(tài)質(zhì)量準(zhǔn)確測定的要求。
服務(wù)措施：

2014 年7 月，中航工業(yè)計量所與港珠澳大橋工程總指揮部簽訂“港珠澳大橋島隧工程沉管隧道姿態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)”項目。依托多年來在動態(tài)測試領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢，計量所快速整合團隊，攻堅克難，僅用15 天的時間，就設(shè)計完成了一套現(xiàn)場測量監(jiān)控方案。通過綜合采用超低頻大振幅振動測試、加速度精密測量和角振動測量等技術(shù)，有效解決了傳感器及其配套設(shè)備信號適調(diào)，施工噪聲和誤差分離，數(shù)采系統(tǒng)幅頻、相頻、時域、漂移和適應(yīng)性綜合評價及篩選等問題。在現(xiàn)場方案驗證過程中，僅用一周時間就快速實現(xiàn)了深塢區(qū)沉管姿態(tài)模擬試驗和對接質(zhì)量測試，驗證了方案的合理性及可行性。2014 年7 月，方案順利通過建設(shè)工程專家咨詢審查，并立即在第E11 節(jié)沉管安裝啟動實施，經(jīng)過連續(xù)7 個半小時的監(jiān)測與預(yù)報，工程總指揮宣布首次沉管沉放實時監(jiān)測任務(wù)獲得圓滿成功。
服務(wù)成果：

“港珠澳大橋島隧工程沉管隧道姿態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)”項目，聚焦國家重大基礎(chǔ)設(shè)施工程的計量保障需求，建立了沉管沉放姿態(tài)和對接監(jiān)測的數(shù)學(xué)模型，進行了理論推導(dǎo)，分析了系統(tǒng)模態(tài)頻率，進行了姿態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計；完成了沉管隧道姿態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)；實現(xiàn)了第E11節(jié)沉管沉放姿態(tài)和對接安裝的現(xiàn)場監(jiān)測；分析了沉管運動規(guī)律和實測數(shù)據(jù)，對沉管沉放姿態(tài)和對接狀態(tài)進行了數(shù)值模擬分析，優(yōu)化了算法，滿足了監(jiān)測自動化，運動姿態(tài)及對接實時動畫顯示等工程技術(shù)要求。

項目創(chuàng)新性地解決了在深水、深槽條件下沉管安裝的超低頻小振幅姿態(tài)測量難題，將難以直接測量的動態(tài)位移等參數(shù)轉(zhuǎn)化為加速度，實時獲得了沉管在水下的六自由度超低頻運動狀態(tài)，為沉管對接施工控制提供了決策依據(jù)。該項目服務(wù)相比于之前具有較大不確定性的國外技術(shù)方案咨詢報價，節(jié)約資金高達90%以上。
成果推廣：

鑒于沉管隧道姿態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的操作性好、測量精度高、海洋環(huán)境適應(yīng)性強、運輸安裝方便、能提供實時監(jiān)測模擬動畫顯示功能等應(yīng)用效果，計量所又成功為港珠澳大橋沉管隧道E12～E33 鋪設(shè)安裝對接提供了持續(xù)服務(wù)。項目成果從精細化、信息化和自動化等方面填補國內(nèi)水運和近海工程深水監(jiān)測的技術(shù)空白，對推動我國跨海交通建設(shè)工程的進步具有積極的促進作用。