龍躍梅

6月16日，地處粵港澳大灣區核心區域的超級工程——深中通道通過交工驗收。

深中通道是集“橋、島、隧、水下互通”為一體、當前世界上綜合建設難度最高的跨海集群工程，全長約24公里。其中海底隧道的沉管段長5035米，采用鋼殼混凝土新型組合結構建造，由32個管節加一個最終接頭組成。

作為深中通道海底隧道工程重要參建方之一，建筑央企中交四航局所屬中交四航工程研究院有限公司（以下簡稱中交四航研究院）承擔鋼殼沉管混凝土的研制工作。

“面對困難挑戰，中交四航研究院自2015年開始，歷時4年艱辛探索，進行了縮尺模型、浮態澆筑、足尺模型和模擬澆筑等試驗，最終在2019年配制出鋼殼沉管澆筑工藝的自密實混凝土‘超級配方，有力保障了深中通道鋼殼混凝土沉管的順利澆筑，為深中通道如期通車打下堅實基礎。”中交四航研究院建材所總工鄧春林介紹說。

鋼殼搭建起沉管“筋骨”

筆者了解到，深中通道海底隧道是國內首座采用鋼殼混凝土組合結構建造的海底隧道。鋼殼沉管采用自密實混凝土，無需振搗即可均勻填充鋼殼倉格，形成三明治形鋼混組合結構。與傳統鋼筋混凝土沉管結構相比，這種結構具有承載能力強、抗震適應性高和防水性能好等優點。

筆者查閱資料發現，國內外均沒有大型鋼殼沉管參考案例。深中通道隧道沉管采用內外雙層鋼殼、中間澆筑混凝土的三明治結構，建筑團隊用鋼殼給沉管搭建起“筋骨”，并在內部填充混凝土作為沉管的“肌肉”。

“深中通道每節鋼殼混凝土標準沉管內部被分成了2255個倉格，每個倉格之間都是不連通的。為了加強結構的整體性，我們要在每個倉格內灌注一種高流動性混凝土，即自密實混凝土。”中交四航研究院建材所副總工于方介紹，“一直以來，大家對混凝土的印象是拿點水泥、砂子、石子再加點水攪拌一下，就可用來建造各種工程。但是要將混凝土配制成高流動性的流體，并非易事。”

自密實混凝土比較“嬌氣”。它的自流平性能和穩定性受原材料、出機時間、泵送距離和環境溫度等影響較大。為此，中交四航研究院建材所團隊成員在項目前期開展了大量自密實混凝土室內試驗。

室內實驗成功還遠遠不夠，要想真正檢驗性能還需要開展自密實混凝土足尺模型澆筑試驗。早在2016年1月，中交四航研究院科研團隊就在江門新會預制場開始了深中通道自密實混凝土沉管海上足尺模型澆筑試驗。在團隊成員的密切配合下，混凝土順利澆筑成功。

動態控制混凝土性能質量

與傳統的混凝土沉管澆筑方式不同，深中通道鋼殼沉管是采用超長混凝土地泵設備進行混凝土澆筑，即將混凝土通過一根根200米長的管子壓入到一個個倉格內部。

在此過程中，混凝土進入管子前和從管子泵出后的性能都要滿足自流平的性能要求。但是，建材所團隊在測試過程中發現傳統的控制變量法已經不適用，迫切需要提出一種新型分析方法，才能建立比較準確的性能預測模型。

為此，在E1—E4沉管施工過程中，于方帶領團隊收集了上百個批次水泥、粉煤灰、礦渣粉等原材料的性能指標，以及2000余組自密實混凝土泵送前后的性能測試數據。歷時大半年時間，團隊推翻了20余個方案，最終找到了一種合適的分析方法，量化了各種原材料的關鍵技術指標與混凝土性能的相關性，實現對混凝土原材料和混凝土工作性能質量動態控制。他們同時建立了泵送前后自密實混凝土性能的預測模型，提出了一套自密實混凝土穩健性控制的技術指標，形成了《深中通道鋼殼沉管自密實混凝土配制及施工關鍵技術指南》，指導鋼殼沉管順利澆筑。

“這套指南可以根據原材料的指標以及混凝土的出機工作性能，預測泵送后的混凝土工作性能變化，實現原材料性能與混凝土的配比動態關聯，從而實現混凝土性能質量的動態控制。”鄧春林介紹。

“自深中通道建設以來，中交四航研究院建材團隊便參與其中，在設計、施工、質量控制等方面開展了大量研究。研究成果全面應用于工程設計和施工中，為工程建設提供了重要技術支撐。”深中通道管理中心主任、總工程師宋神友說。