港珠澳大桥超大断面预制沉管混凝土温控监测预警系统开发及应用

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发布时间：2021-09-14

资料介绍

港珠澳大桥超大断面预制沉管混凝土温控监测
预警系统开发及应用
李进辉，刘可心一，黄俊一，焦运攀一，徐文冰
(1．中交武汉港湾工程设计研究院有限公司，湖北武汉430040；
2．长大桥梁建设施工技术交通行业重点实验室，湖北武汉430040)
摘要：港珠澳大桥超大断面预制沉管混凝土控裂要求高、难度大。预制沉管采用工厂预制，自动化程度
高、生产连续不断，对温控监测弄口控制时效性及精确性要求极高。为解决上述难题，在控裂专题研究的
基础上确定现场温控监测关键参数，进行了可视化温控监测预警系统的开发，经过模型试验验证后在港
珠澳大桥预制沉管中应用。现场应用效果表明：研发的温控监测预警系统与沉管工厂化预制的自动化
需求相匹配，满足了时效性要求，实现了预制沉管温度、湿度、侧压力自动化监测和控制；混凝土各项监
测参数均满足温控标准的要求，预制沉管管节没有出现裂缝。
关键词：超大断面预制沉管混凝土控裂监测系统应用
中图分类号：TU528．32；TU528．33 文献标识码：A DOI：10．3969／j．issn．1003—1995．2014．09．04
港珠澳大桥岛隧工程是我国交通建设史上技术最
复杂、标准最高的海中隧道工程，也是世界范围内已建
和在建沉管隧道中长度最长、埋置最深、单孑L跨度最
宽、单节柔性管节最长、规模最大的海底公路沉管隧
道。岛隧工程设计使用年限为120年，其沉管结构具
有以下特点：① 沉管结构处于I类碳化和Ⅲ类海洋氯
化物腐蚀环境条件下，海洋氯化物腐蚀环境作用为控
制因素，其作用等级为严重(D级)至非常严重(E
级)，腐蚀环境非常严酷，一旦出现裂缝会加速氯盐侵
蚀危害；②沉管结构在海平面以下40多米深度，在长
期水压条件下，表面裂缝可能连通、延伸，成为渗水通
道，导致其自身抗渗能力降低，加速氯盐侵蚀；③ 沉管
混凝土结构长埋于水下，结构无法修复，一旦出现腐蚀
将极大影响结构使用寿命；④ 沉管结构采用自防水设
计，无外包防水，对防裂防渗要求非常严格。此外，作
为具有国家战略意义的世界级跨海通道，其社会影响
和受关注度极高。因此，预制沉管混凝土不允许出现
危害性裂缝。
港珠澳大桥岛隧工程预制沉管采用工厂化预制，
自动化程度高，生产连续不断，对温控监测和控制时效
性及精确性要求极高。传统温控采用(温度、湿度、应
收稿日期：2013-12—03；修回日期：2014—04—22
基金项目：国家科技部科研院所技术开发研究专项(2011EG124276)
作者简介：李进辉(I982一)，男，湖北武汉人，工程师，硕士。
变、压力)传感器+人工巡检+人工记录+Excel报表
的工作方式，在工作效率、工作准确性上已经不能满足
工厂化施工的管理要求。应用计算机技术和数字化测
量技术，满足数据从采集、统计、分析、预警一体化处理
要求，实现数字化、自动化的施工管理，是大体积混凝
土温控技术发展的趋势。因此，需要开发一个全面覆
盖预制各环节、全过程的可视化温控监测预警系统，实
现预制沉管混凝土自动化、专业化的裂缝控制，有效保
证沉管质量，满足港珠澳工程建设的需要。同时，高度
自动化、智能化的控制系统将填补我国交通行业工厂
法预制构件温控研究领域的空白，对提升我国类似工
程的施工技术水平具有十分重要的现实意义和社会
效益。
1 现场温控监测关键参数确定
1．1 总体思路
因材料性能和环境因素的不确定性，现场控裂参
数的确定仅依靠仿真计算是不够的，需要经过室内和
现场试验并根据现场实际需要，经过多次反演和校核
计算的循环才能最终确定。温控监测关键参数确定流
程如图1。
1．2 控裂方案
根据前期研究成果，对优化后的沉管混凝土结构
进行温度应力仿真分析，在混凝土配合比初步选定，抗
裂安全系数1．4条件下，确定不出现有害温度裂缝的