张靖皋长江大桥：借助“5D之手”打开沉井密码
转自：中国交通新闻网
从空中俯瞰，长75米、宽70米的张靖皋长江大桥北航道桥北锚碇沉井基础，如同一个超级巨无霸深深嵌入大地之下，给人以一种震撼之美。在热火朝天的施工现场，眼下正在进行沉井第6节混凝土的浇筑准备工作。
穿行在沉井第六节钢筋丛林中的，除了年轻的技术员赵志君，还有首席质量官王东伟等人。他们正一起想着办法，策划即将付诸实施的沉井第二次下沉施工筹备工作。将沉井第1至6节总重近13万吨的庞然大物在深不见底的地下整体稳定下沉10米，并力争沉井的平面偏位小于一个网球大小。这是一件难度超乎寻常、精度无比严苛的“重活”“大活”“细活”，中交一公局集团建设者正在借助“5D之手”，将沉井基础的设计蓝图变为实景美图。
重重考验激发创新之火
张靖皋长江大桥是目前在建的世界最大跨径悬索桥，设计之初即创下6项“世界之最”和6项“世界首创”。作为“十四五”期间国家重点推进的过江通道项目，大桥也是江苏省长江经济带综合立体交通运输走廊规划的过江通道重点实施项目。项目建成开通后，对优化长江干线过江通道布局、完善区域路网布局、促进跨江融合发展、建设高水平扬子江城市群等具有重要意义。
由中交一公局集团承建的张靖皋长江大桥北航道桥北锚碇采用沉井基础，长度和宽度分别达到75米和70米，沉井总高57米，为目前国内公路桥梁最大沉井基础，也是集团公司承建的首个大型沉井工程。
据王东伟介绍，作为北航道桥的重要受力构件，北锚碇沉井基础总重量达到21万吨，建设期间需要实施4次下沉，每一次下沉都面临着自身结构安全和整体姿态控制这两大施工难题。沉井结构开裂，沉井偏位、倾斜、扭转等姿态异常，不仅是沉井施工的高发病，还是高危病。加之北锚碇沉井基础地质虽以砂层为主，但伴有淤泥质粉质黏土，地层分布不均，沉井下沉施工也更为艰难。
一次前期数字化建设策划方案专家评审会，给一时找不到方向、内心没有底气的项目团队，带来了“柳暗花明又一村”般的思路。“能否利用数字孪生技术和沉井监控监测技术，对沉井施工进行全要素全过程5D模拟，对接沉井施工监控监测数据，实现虚拟建造和智能监控，使沉井施工全过程可视、可测、可控？”专家李宗平的一番话让大家茅塞顿开。
创新之火一旦点燃，便形成燎原之势。“全国五一劳动奖章”获得者、项目经理胡风明领衔的数智化专班，不仅将5D“虚拟”的建设过程定义为“沉井5D智能建造系统”，还在2022年12月上线后，直接接入监测数据对系统调试，并结合施工工艺逐步完善沉井下沉智能监测、智能取土和智能决策3大系统功能架构及使用效果。
越努力越幸运。在历经多次技术探讨和虚实推演后，“沉井5D智能建造系统”于今年7月17日完成了对项目全体管理人员与班组负责人的交底，并接入真实的施工数据，系统正式投入使用。
实践探索克服艰难曲折
8月2日，大桥沉井迎来了首次降排水下沉施工，这也是5D智能建造系统首次迎来大考。依托智能监测模块，包含地下水位、沉井受力、沉井姿态三部分监测内容，通过提前预埋多达220个的“智能传感器”，实时传输、记录、动态更新至沉井5D智能建造系统这一指挥决策中枢，辅助指导沉井施工，实现了首次真正意义上的前场后场和线上线下技术闭合。
然而，就在大家感觉一切尽在掌握时，刚开始进行降排水下沉施工吸泥作业，便发现了底部土压力监测数据峰值异常。经过现场踏勘和技术诊断，才发现降排水下沉所用到的取土设备为泥浆泵，当进行吸泥工作时会发生震动，震动影响了预埋在刃脚底部的力学传感器，导致系统监测时显示沉井底部受力曲线出现了不合常理的峰值点。
点到了“穴道”，也就找到了妙方。技术团队通过精心计算，确定刃脚底部在一定时间范围内可能出现的最不利状态下的受力大小。通过设置受力阈值与震动引起受力变化的特性，来隔离在极短时间内力学曲线骤升骤降这一数据点，最大程度降低因施工震动引起的误差影响，确保监测数据的准确性。
经过40多天的奋战，沉井首次下沉顺利结束。大家击掌欢庆，深感“5D智能建造系统”带来的颠覆性作用，尤其是“大数据集成和分析”所带来的技术保障和服务，为安全、稳定的下沉提供坚定基础。据不完全统计，沉井5D智能建造系统先后荣获中国公路学会微创新银奖、江苏省建筑行业协会二类成果、工业和信息化部人才交流中心“优路杯”银奖，相关专利申报5项、软著5项，并在2023桥梁学术年会崭露头角，获得行业专家及学者的广泛好评。
然而，对于时刻保持“如临深渊、如履薄冰”敬畏心态的项目团队来说，每一次下沉都是从“零”开始的新挑战，尤其是与首次下沉的“降水干挖”工艺相比，后续三次均为不排水下沉工艺，即施工设备要在几十米深的水下取土作业，如何做到全过程可视、可测、可控，是摆在项目团队面前的巨大考验。
枕戈待旦迎鏖战，秣马厉兵再前行。据悉，中交一公局集团近期正集中技术力量针对龙门吊自动取土、水下泥面高程自动测量、龙门吊集群控制等领域进行专项攻关，并初步取得了突破性成果，为沉井5D智能建造系统再添新动力，为后续沉井安全、平稳、精准的下沉就位保驾护航。