珠江口开阔水域,一座全长24公里的超级跨海工程——深中通道,在高温、高湿、高盐的恶劣环境中巍然屹立。这项连接深圳与中山的粤港澳大湾区核心交通枢纽,不仅创造了多项世界纪录,更展现了中国工程技术的卓越成就。
在这场工程建设奇迹的背后,激光技术作为关键支撑力量,以前沿的“制造者”和“守护者”双重身份,从构件精密制造到全生命周期安全监测,为这项世界级工程提供了全方位保障。
深中通道的建设难度举世罕见。其悬索桥采用主跨1666米的世界最大跨全离岸海中方案,桥面高达91米,地处强台风频发区;而海底隧道则是世界首例双向八车道沉管隧道,每个管节都是巨型的钢结构与混凝土复合体。
工程面临三大核心挑战:海洋环境下的精密制造难题、复杂结构的安全监测需求、全生命周期的运营维护要求。面对这些世界级难题,产学研各界携手攻关,将激光技术创新性地应用于工程各个环节。
从后方工厂的构件制造,到前方工地的现场监测,再到通车后的长期运维,激光技术为深中通道提供了一条完整的技术保障链条。
在深中通道的构件制造阶段,高功率激光技术扮演了“精密制造师”的关键角色。
钢箱梁的精密加工
大桥的桥面由无数个巨型钢箱梁段组成。在工厂内,高功率激光切割机承担了将厚重钢板切割成精确形状和尺寸的核心任务。这项技术的优势显著:
同时,在箱梁组焊过程中,激光-电弧复合焊接技术的应用,实现了焊缝更窄、热变形更小、连接强度更高的优质效果,大幅提升了钢箱梁的整体质量。
沉管钢壳的精准制造
海底隧道的每节沉管都是庞大的钢结构外壳,其制造精度直接关系到沉管的水下对接质量。在这里,大幅面激光切割设备完成了钢板的高精度下料和坡口加工,确保了这一“水下长城”的每个“积木”都能严丝合缝。
这些在工厂内完成的精密激光加工,为深中通道提供了质量可靠的核心构件,从源头上确保了工程的卓越品质。
在深中通道的施工与运营阶段,各类激光监测技术化身为“全天候安全医生”,构建起多层次的安全防护网。
无接触式激光扫描技术
哈尔滨工业大学(深圳)柳成荫教授团队针对深中大桥斜拉索的索力测量难题,开发了无接触式激光扫描索力识别技术。这项创新:
三维激光扫描与数字化融合
在沉管隧道内部,工程团队采用了三维激光扫描与BIM技术的集成应用,有效解决了管段行车洞水喷雾管预制安装精度控制难题。这项技术:
光纤光栅阵列传感技术
理工光科研发的新一代光纤光栅阵列传感技术成功应用于工程全线路。整个通道的隧道段及桥梁段箱梁内均安装了光纤光栅阵列火灾自动探测报警产品,为深中通道的安全运维提供了可靠保障。
无人机激光扫描技术
2024年,研究团队多次赴深中大桥开展无人机现场试验,内容包括索塔快速建图、温度裂缝数据采集等。基于融合式SLAM的无人机桥梁检测设备:
在所有这些激光设备的背后,有一个不可或缺的“无名英雄”——高精度激光冷水机。它为各类激光设备提供了至关重要的温度保障,确保整个激光应用体系在深中通道建设中稳定可靠运行。
温度控制的精密要求
激光设备在工作时会产生大量热量,温度波动会直接影响:
特域深耕激光冷水机领域23载,其超快激光冷水机温控精度高达±0.08℃,最高可支持240kW功率激光设备的冷却需求。该设备为激光切割、焊接及高精密激光加工等场景提供精准稳定的温度控制解决方案,通过高精度温控有效保障设备功率稳定性、光束质量及使用寿命。
随着深中通道正式通车,激光技术的应用重点已从建设阶段转向运营维护阶段。柳成荫教授表示,下一步目标是确保通道“安全、顺畅、舒适、智慧”运行。
面对极端气候频发的挑战,未来的研究将聚焦于基础设施的智能监测预警和防灾减灾技术。激光扫描技术、光纤光栅传感技术与人工智能、大数据的深度融合,将为重大基础设施的全生命周期健康管理提供更加完善的技术路径。
从深中通道出发,激光技术的成功应用模式,将为我国未来的跨海工程、山区隧道、城市地下空间等重大基础设施建设提供可复制、可推广的宝贵经验。