Năm câu hỏi về kênh mới Phần 2: Cách “cắt” một kênh khổng lồ bằng đá granit

Tin tức từ website này (Xiang Shan) Trong quá trình xây dựng dự án kênh vận chuyển đường thủy Tam Hiệp mới, các kỹ sư cần “cắt” một kênh khổng lồ cho tàu 10000 tấn trên vùng núi đá granit cực kỳ cứng ở khu vực Tam Hiệp

Từ âu tàu Tam Hiệp hoạt động an toàn hơn 20 năm đến luồng mới được nâng cấp toàn diện về quy mô, các kỹ sư làm cách nào để bẻ khóa “mã cơ khí đá” và khiến vách đá cao 200 mét vững vàng như một tảng đá?

Siêu thử thách
Xây dựng chính xác trên "bộ xương đá"

Kênh mới vận tải đường thủy Tam Hiệp là dự án trọng điểm nhằm nâng cao năng lực giao thông thủy của tuyến đường thủy vàng của sông Dương Tử Việc xây dựng nó dựa trên việc đào sâu những ngọn núi đá granit cứng ở khu vực Tam Hiệp Dự án chủ yếu phải đối mặt với ba thách thức cốt lõi:

Đầu tiên, quy mô lớn nhất Độ dốc tối đa của luồng mới là 213 mét, trong khi chiều rộng đáy của luồng dẫn chỉ là 140 mét, tạo thành cấu trúc “hẻm cao, máng sâu” Hình thức này đặt ra những thách thức chưa từng có đối với sự ổn định lâu dài của mái dốc Thứ hai, mối nguy hiểm về địa chất Mặc dù đá granit ở khu vực này rất cứng nhưng có một mạng lưới các vết nứt tự nhiên phân bố trong núi Sau khi khai quật quy mô lớn tạo ra một “bề mặt tự do” dốc đứng, những vết nứt này sẽ cắt khối đá hoàn chỉnh thành những “khối” có kích thước khác nhau có khả năng không ổn định, là những “yếu tố bất định” ẩn chứa trong khối đá Thứ ba, độ chính xác là nghiêm ngặt Hoạt động an toàn của âu tàu đòi hỏi biến dạng tương đối của thành ở hai bên buồng âu phải được kiểm soát chặt chẽ trong phạm vi 5 mm Đây chính là huyết mạch để đảm bảo cho “cánh cửa xương cá” khổng lồ nặng hàng nghìn tấn có thể đóng mở thật chặt Yêu cầu về độ chính xác kiểm soát của nó vượt xa các yêu cầu về kỹ thuật dân dụng thông thường

Sự kế thừa trí tuệ
“Phiếu đáp án ổn định” của Âu thuyền Tam Hiệp hơn 20 năm

Trước những thách thức mới, âu tàu năm tầng hai tuyến Tam Hiệp đã hoạt động an toàn và ổn định trong hơn 20 năm, cung cấp một bản thiết kế kỹ thuật có giá trị

Dữ liệu giám sát cho thấy độ ổn định tổng thể của mái dốc đá tại Âu tàu Tam Hiệp là rất tốt Chìa khóa thành công nằm ở tập hợp các hệ thống công nghệ cốt lõi đã được chứng minh Trong số đó, thiết kế khéo léo nhất là giữ lại một trụ trung gian bằng đá granit tự nhiên rộng 60 mét giữa các ổ khóa đôi Bản thân “bức tường đá tự nhiên” này vô cùng chắc chắn và đã trở thành kết cấu chịu lực chính Các kỹ sư chỉ đổ một lớp bê tông mỏng lên bề mặt tường đá để bảo vệ, nhận thấy ứng suất phối hợp giữa khối đá và bê tông Sự khôn ngoan “chủ yếu sử dụng đá và biến đá thành tường” này không chỉ giảm đáng kể lượng bê tông sử dụng và khối lượng công việc đào mà còn tối ưu hóa trạng thái ứng suất ban đầu của ngọn núi từ gốc, thể hiện triết lý kỹ thuật “đi theo dòng chảy”

Đồng thời, tay nghề “chắc chắn” cũng quan trọng không kém Trong quá trình xây dựng âu tàu Tam Hiệp, một số lượng lớn cáp neo xuyên ngang và thanh neo cường độ cao đã được cắm vào núi, “khóa” khối đá có khả năng lỏng lẻo trên bề mặt vào khối đá ổn định ở sâu bên dưới, hạn chế biến dạng một cách hiệu quả Tiêu chuẩn kiểm soát biến dạng 5 mm cũng đã trở thành mô hình kiểm soát độ dốc có độ chính xác cao trong ngành

Đổi mới và siêu việt
Kỹ thuật ổn định "Nâng cấp thông minh" của kênh mới

Đối mặt với dự án kênh mới với quy mô lớn hơn và điều kiện địa chất phức tạp hơn, các kỹ sư đã tiến hành nâng cấp kỹ thuật có hệ thống dựa trên kinh nghiệm trưởng thành được kế thừa

Đầu tiên là nâng cao hiểu biết về địa chất Kênh mới có các đường dài hơn, phạm vi khối đá cần được khảo sát rộng hơn và việc xác định các khối có khả năng không ổn định sẽ khó khăn hơn Dự án đã giới thiệu công nghệ "phối cảnh địa chất" Bằng cách xây dựng mô hình địa chất ba chiều có độ chính xác cao, kết hợp với các phương pháp thăm dò toàn diện như khảo sát trên không bằng máy bay không người lái và radar địa chất, các vết nứt bên trong và bề mặt cấu trúc của ngọn núi đã được phân tích kỹ thuật số và trực quan trước khi xây dựng, để nhận ra các rủi ro "thấy trước và dự đoán"

Trí tuệ “ở lại” đã được kiên trì và phát triển Thiết kế kênh mới tiếp tục giữ lại các khối đá tự nhiên ở giữa âu tàu đôi và tiếp tục khái niệm "lớp lót mỏng" Cấu trúc tự nhiên này sẽ tiếp tục đóng vai trò là vật thể chịu lực lâu dài, phản ánh việc sử dụng tối đa và tôn trọng các điều kiện địa chất tự nhiên

Chiến lược xử lý các "khối" tinh tế hơn Đối với các khối khác nhau đã được xác định, một kế hoạch khác biệt về "xử lý phân loại và gia cố chính" đã được áp dụng: các khối nhỏ rời rạc được loại bỏ; đối với các khối chìa khóa lớn, cáp neo và thanh neo được sử dụng để gia cố tích cực Điều này giống như lắp đặt một "khóa định vị" trên một khối đá then chốt và neo nó vào một khối đá ổn định sâu, biến nó từ một nguồn nguy hiểm tiềm tàng thành một phần của cấu trúc ổn định

Trong thiết kế hệ thống hỗ trợ, dựa trên mô hình kỹ thuật số, mật độ bố trí, góc, độ sâu và các thông số khác của thanh neo và cáp neo được tối ưu hóa và phân tích để đạt được sự cân bằng giữa an toàn và kinh tế Ngoài ra, từ giai đoạn xây dựng đến giai đoạn vận hành, hệ thống giám sát thông minh toàn bộ vòng đời sẽ tiếp tục hoạt động để theo dõi biến dạng của núi theo thời gian thực, hình thành “mạng lưới nhận thức thần kinh” để đảm bảo an toàn cho dự án

Từ việc âu tàu Tam Hiệp hoạt động ổn định lâu dài cho đến nâng cấp công nghệ của kênh vận chuyển nước Tam Hiệp mới, Trung Quốc đã bắt tay vào con đường công nghệ “hiểu thiên nhiên và dựa vào thiên nhiên” trong lĩnh vực kỹ thuật dốc đá cao và dốc Trong tương lai, khi con tàu 10000 tấn lướt thuận buồm xuôi gió qua kênh mới, những gì hành khách sẽ nhìn thấy là một lối đi hẻm núi tráng lệ, và thứ hỗ trợ tất cả là một "bộ xương vô hình" gắn sâu vào núi và tích hợp trí tuệ kỹ thuật và sức mạnh công nghệ

Biên tập viên: Ren Xian, Du Jianwei, Fu Yixian