年8月4日,厄勒海峡通道E13管节在隧道基槽上方制定的位置将要被下放到碎石基床上。突然间,南侧铁路行车道东端的钢封门发生位移,管节被淹没。管节以一种无法控制的状态落在了碎石基床上。
承包商随后采取行动:评估管节的状况以及为了恢复E13而采取的措施。本文重点描述承包商、设计师和业主为制定管节修复和再次使用的验收标准而作出的努力,修复E13管节的成功操作,以及业主对隧道工程这一关键阶段的管理和专业精神的看法。
图1E13管节
事故发生
E13管节的沉放作业计划在年8月4日星期二进行。为了确保一切都在控制之中,海事处将这个管节命名为12A。E13管节从哥本哈根北港拖出,一切都按照之前约定的程序进行。所有的检查都像之前的12个管节一样进行,并且在有利的天气和洋流条件下,当天中午进行沉放操作。
下午3时45分左右,正在进行管节沉放作业,就在E13管节沉放至距离基床约1.3m时,海水开始进入管节,管节内部充满了水并很快落入到隧道基槽底部,落在了基槽内碎石基床上,距离E12管节东侧约3m。
在沉放过程的初始阶段,一切都按照正常程序进行。管节沉放开始后,没有任何迹象表明会有事故发生。
图2E13管节正在沉放,事故发生前10分钟
下午3时45分,管节突然开始倾斜并下沉,几秒钟就沉到海底并带动与之相连的安装船下沉。第二个迹象是,人孔井的盖子本来是关闭着以防止水进入,结果盖子被冲开并发出像爆炸一样的巨响。几秒钟后,空气从人孔井中溢出。大约30秒后,控制塔才发现其中一个钢封门失效,而此时情况已经失控。
幸运的是,这个管节下沉时,距离铺设好的基床只有约1.3米。否则安装船将被拖入水中,甚至可能会造成人员伤亡。根据后来的计算,我们发现空气以每秒数百立方米的速度溢出!然后人孔井发出刺耳的像管风琴一样的声音。
当水到达管节顶部和人孔井入口时,水与空气一同发生气升,从人孔井里喷出的水达30多米高,舱内所有东西皆被带出来。虽然每个人都非常害怕,但是,却没有人惊慌失措。
图3水从人孔井喷涌而出
此时,首要的挑战就是再次掌控局面。几个主要部件都需要处理。人为因素需要优先考虑。同时,必须要首先找出事发原因,调查必须马上开始,同时需要危机组来协调一切。
事故发生的当晚,潜水员进行检查证实,在管节东端南侧铁路行车道处的临时钢封门和混凝土反力梁失效,致使海水涌入管节内部。从已有的检查视频看,在管节底部起支撑作用的混凝土反力梁被剪断了。后来对底板与临时混凝土顶梁之间的接头进行了检查,发现少了加固钢筋。
图4加固钢筋
即刻行动
事发后,业主代表与承包商管理部门、工程部门和海事部门马上进行了密切沟通。
为避免进一步的事故恶化,并确保工人的平安,需要立即行动来确定需要采取的必要措施。主要项目是已安管节E11和E12、预制厂漂浮着的管节E14和人工岛暗埋段位置已经安装好的钢封门。由于事故原因尚不清楚,这些位置的混凝土反力梁都需要加固。设计方案已经制定,加固工作立即开始。
行动分为两步。第一步是拆除之前隧道E13管节的“残骸”,并将其放置在可进行检查的位置,从而不妨碍进一步的行动。第二步就是要修理“残骸”或完全清除。两者都必须在极短的时间内得到详细的研究,首要目的就是让预制厂继续生产。
图5年8月4日不同管节的情况
Symonds公司,工程的设计者,在哥本哈根的OTC办事处成立了一个专门的“TE13团队”,以便能够与承包商和海事部门密切合作。他们的任务是确定以下两个阶段的验收标准——
1.使管节内部海水能够被排出,提升并移动到临时位置(恢复标准)。
2.评估管节是否适合继续使用,以及实现这一目标所需的工作量和工作方法(再次使用的标准)。
标准
起初,不可能对管节进行详细的检查;因此,管节受损程度不确定。风险评估采用潜水员检查、ROV视频检查和事件报告的做法。主要检查了以下两个方面——
1.管节内的排水
2.提升并转移到一个临时的碎石基床上
在初步调查的基础上,没有发现管节受到重大损害。沉没过程中的荷载需进行分析测算,以确定可能的过载和破坏区域。承包商和业主举行了多次会议,来分析测算假设条件,并充分利用各方所有可用的专业知识,分析结果被用来指导后续检查和恢复。
结构损坏
潜水员检查显示,过载并未造成管节的重大裂缝。因此,由于冲击力而导致的结构损害是不太可能的,尽管局部可能会出现一定程度的过度应力。在可能产生的负荷下对结构进行了分析,结果令人放心。结构的任何部分都没有承受过多的弯曲与剪力荷载。虽然这种冲击显著地增加了横向沉放载荷,但是仍低于永久使用状态的荷载。
考虑到不可预见性,在上抬作业时对管节能够容忍的开裂程度进行了预估。估算表明高达5mm的裂缝可接受,这个数值是一个实际的考虑,因为起吊之前的可见性和清洁度较差。
预应力
检查发现,一些接头发生了运动,因此存在部分临时预应力筋可能被拉断了的风险。
因此,第一个行动是通过压载将这个管节调节为上拱的形式,从而保护可能已经有些损害的预应力筋。此外,该管节的提升限制在竖向3米以内,使得管节两端的水压力可以补偿一部分损失的预应力筋。
图6节段接头底板允许最大张开量
剪力键
管节节段之间的剪力键是关键的结构构件,最初的潜水员检查发现其中几个有裂缝。冲击过程中最初计算的载荷大于剪力键的载荷。但实际上,剪力键并没有明显的损伤,可能是计算高估了冲击载荷,以及预应力与接头摩擦对剪力键有一定保护作用。检查表明,剪力键的能力并未受到影响,而且有裂缝似乎是一个适用性问题,不会影响恢复操作。
渗水
节段接头的张开可能已经损坏了止水带。在抽水过程中无法被泵控制而发生大漏水的概率并不大。为了验证这一点,在人孔井进行了一个降水试验。
舱壁和支架
潜水员检查发现,失效支撑梁区域的垫板没有显著损坏。然而,正如前文提到的,其余顶梁是否完好无损不能仅仅依靠眼睛判断,依然需要进一步加固。端封门顶部的几个钢制固定支架损坏。这些都被更换,并且所有支架的压紧螺栓都被移除并检查。
吊耳
在事故发生时,吊耳承受的负荷远远超过了设计载荷。但是,潜水员检查没有发现损坏的迹象。起吊时吊耳失效带来的冲击力非常高,因此,所有吊耳都要经过2.5倍的起吊负荷测试,以确保其稳定性。
验收标准
分析和调查的结果是在提升和运输管节之前,必须满足一系列标准。虽然已经安排对管节进行恢复,但还是对整个结构进行更加精细的冲击载荷分析。确定了当管节放置于一个临时位置时,需要检查的关键区域,便于建立分析情况与管节实际状况的关联。同时还提出了修复方案,使其长期性能和耐久性不会受到损害。
管节的永久变形
为了评估可能的荷载效果,分析考虑了如下几点——
◆海水从端封门开口进入的速度
◆在海水装载作用下的管节的动力
◆管节与基槽底部发生碰撞时产生的力
◆在下沉事故发生的关键阶段,管节的横向、纵向分析在发生永久性变形的情况下,需要确定可接受的永久变形程度的标准。对于运营极限工况结构的表现与原设计方案一致,前提是应变带来的裂缝被注浆修补。但是对于极限工况,永久应变导致一些延性的损失。估算了延性的富裕度,因而最大允许裂缝宽度,可以简单地通过在结构的多个点进行注浆来完成。但实际情况是,冲击的分析表明这些裂缝宽度是不会出现的。
图7强制冲击载荷作用下的底板弯矩
由外表面未检测到的裂纹而导致的耐久性损失
如果在管节外表面发生开裂,除了管节底部以外,其他地方可进行注浆处理。理论上可以从内部注入灰浆,但其效果总是存在不确定性。对两面都不进行裂缝灌浆处理的方案结果进行了评估,建立了腐蚀可接受的裂缝宽度的评估标准。
因浸入海水造成的耐久性损失
隧道内部暴露于海水的时间相对较短。因此,氯化物渗透导致钢筋加速腐蚀的风险可以忽略不计,只要墙壁被彻底清洗,除去氯化物即可。
节段接头的构件因接头张开而损坏
因为节段接头可以适应高达80mm的张开,所以不太可能损伤接头未知的中埋止水带。因此,较大的渗漏是不太可能的,而小的渗漏可以通过注浆处理。我们对接头中的其他弹性体和氯丁橡胶密封件进行检查和清洁。
管节接头构件的损坏
管节接头的损坏可能有三种类型——
◆由于与碎石基床撞击而损坏涂装系统
◆由于冲击而造成端钢壳错位
◆Gina止水带自身受损
初步检查显示端钢壳没有错位,但进行了更详细的调查以确认这一点。Gina止水带的软鼻尖也有一些轻微的损坏,不过在水下得到了修复。
隧道机电及附属设施
相当数量的机电及附属设备是固定或储存在隧道内部的。必须考虑所有这些部件被海水浸泡过后的影响。但是,这些部件最终都要进行替换,所以不会影响管节本身是否可用的决定。
海上基础作业
碎石基床的情况引起了