高速度倾角传感器助力港珠澳大桥建设
7408-12-24 14:10:48 来源:中国仪器仪表网港珠澳大桥岛隧工程被称为当今世界上土木工程界最难的工程之一。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。
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。况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,这一切都要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。
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。
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