港珠澳大橋沉管隧道迎來最終接頭創(chuàng)多個工程史先例
2017-04-18
（原標(biāo)題：港珠澳大橋沉管隧道迎來最終接頭創(chuàng)多個工程史先例）
E29沉管已于今年2月從桂山島運往安裝地點記者林桂炎攝
從打地基、做沉管到海底安裝，港珠澳大橋海底隧道開創(chuàng)多個世界工程史先河
金羊網(wǎng)記者李國輝馬化展
作為世界上首條深埋式沉管隧道，港珠澳大橋沉管隧道只剩12米長的最終接頭等待安裝。這個國內(nèi)首個鋼殼與混凝土澆筑的“三明治”楔形沉管結(jié)構(gòu)，將決定著港珠澳大橋島隧工程的最終成功與否。
重達(dá)8萬噸的沉管要在水下實現(xiàn)毫米級對接，是一個世界級難題。六年來，中國交建島隧工程聯(lián)合體的建設(shè)者們，在深水深槽、大徑流、強回淤，甚至隨時要與臺風(fēng)搶時間的惡劣環(huán)境下，完成了一次又一次的沉管浮運、安裝，攻克了一個又一個世界級技術(shù)難題。
海底沉管隧道示意圖
創(chuàng)舉
從打地基到做沉管創(chuàng)多個工程史先例
港珠澳大橋隧道部分采用深埋式沉管隧道，長達(dá)近6公里的沉管隧道，共分為33節(jié)，大部分標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)長達(dá)180米，此外還有一個12米的最終接頭。33節(jié)沉管中，需要深埋的沉管超過2/3。曲形沉管施工中，還要考慮如何與人工島實現(xiàn)完美對接。
要達(dá)到120年的使用壽命，基槽的設(shè)計和強大的疏浚、清淤能力，是重中之重。如何設(shè)計出一個讓沉管不會發(fā)生大面積位移的海底基床？又如何在外海水下最深達(dá)50米的地方完成高精度的疏浚、清淤？
創(chuàng)造性提出“復(fù)合地基”
在中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司副總工程師、島隧工程設(shè)計負(fù)責(zé)人梁桁看來，這個難度不是一般的大。進(jìn)場之初，島隧工程的設(shè)計師們就遭遇了一個重大打擊，在中標(biāo)之后的不斷試驗中，原有的基槽基礎(chǔ)構(gòu)造方案存在著高風(fēng)險——如果地基處理不好，隧道可能會出現(xiàn)大面積沉降，沉管隧道的安全性、120年耐久性就無從談起。
為了解決這一問題，設(shè)計師們創(chuàng)造性地提出了“復(fù)合地基”的方案，即保留原方案的碎石墊層設(shè)置，并將人工島島壁下已使用的擠密砂樁方案“移植”到隧道，形成“復(fù)合地基”。
但這一做法在國內(nèi)外海底隧道的施工中并無先例可循。梁桁說，一般情況下做復(fù)合地基，沉降控制要求可以放寬到二三十厘米，但沉管隧道卻不行，沉降必須控制在十厘米之內(nèi)，這對復(fù)合地基的施工來說，是一個巨大的考驗。如果沉降控制不好，沉管就會出現(xiàn)移位、漏水，導(dǎo)致無法通車。
“我們在青島進(jìn)行了差不多半年的試驗，最終證明，這樣的方式是可行的。這是我們進(jìn)場后最大的調(diào)整?！绷鸿煺f，這一方案在四年多的施工中也得到了驗證，如今，沉管隧道地基的沉降都控制在5厘米以內(nèi)。
基槽疏浚如“海底繡花”
中交港珠澳大橋島隧工程項目部IV工區(qū)常務(wù)副經(jīng)理、中交廣州航道局有限公司（以下簡稱“中交廣航局”）總工程師陳林告訴羊城晚報記者，海底沉管隧道基槽施工質(zhì)量要求極高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了國際同類工程標(biāo)準(zhǔn)。
為了實現(xiàn)沉管在海底的毫米級對接，對隧道基槽開挖提出了0米-0.5米的誤差控制范圍。“這樣的深度如此精度要求，堪稱海底繡花。且之前，全世界沒有任何一家疏浚公司有過類似施工經(jīng)驗可供我們借鑒?！标惲终f。
全長5.6公里的海底沉管隧道基槽，最大底標(biāo)高達(dá)近-50米，且其形狀實際上是個具有不同縱橫坡比、復(fù)雜多變的“鍋底形”海底基槽。在其正式動工建設(shè)前，中交廣航局于2008年12月就開始參與沉管隧道試挖槽原位試驗，整個試驗過程足足用了兩年時間。
“通過我們自主研發(fā)的專用精挖船挖泥控制系統(tǒng)，船長通過計算機就能清楚地看到重達(dá)110噸的巨斗在海底繡花作業(yè)的過程。經(jīng)過技改的專用清淤船采用定點蓋章式清淤技術(shù)，能像海底吸塵器一樣把基槽內(nèi)的淤泥清理干凈，讓沉管作業(yè)始終在干凈的海底環(huán)境中進(jìn)行?！标惲终f。
半剛性管節(jié)設(shè)計開先河
2012年，另一個難題一度困擾著島隧工程的設(shè)計師們——33節(jié)沉管，標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)每節(jié)達(dá)180米長，如果采用A方案——剛性管節(jié)設(shè)計，在海底復(fù)雜的環(huán)境中，沉管很有可能因為受力不均而開裂。
如果采用B方案——即節(jié)段式管節(jié)設(shè)計，允許其發(fā)生小規(guī)模扭轉(zhuǎn)，在深埋式沉管占據(jù)2/3的情況下，就必須隔幾年進(jìn)行一次清淤回填，這將產(chǎn)生巨大的成本。
究竟選A還是B？
解決問題的是島隧項目總經(jīng)理林鳴，他選擇了C。某天半夜，他突然給設(shè)計團隊發(fā)了一條短信：試試半剛性結(jié)構(gòu)。
“我們一聽，這是好方案?。绷鸿煺f，半剛性結(jié)構(gòu)沉管的提出，同樣開了國內(nèi)外之先河，但也引起了不小的爭議。為了達(dá)成一致共識，設(shè)計團隊請了六家單位以“背對背”的形式，獨立計算驗證，最終證明了半剛性結(jié)構(gòu)是可行的。
而在四年多的施工中，半剛性沉管結(jié)構(gòu)也證明了它的確“了不起”：33節(jié)沉管已經(jīng)安裝完畢，沉管隧道還是滴水不漏。
“世界上沒有一條海底隧道，敢像我們這么說，滴水不漏，很多隧道施工都需要開泵排水?！绷鸿觳粺o自豪。
安裝
從浮運到安裝，實現(xiàn)毫米級對接
工程設(shè)計上的難題一個個被克服，但深水深槽、大徑流、強回淤……在安裝施工上，島隧工程建設(shè)者們要攻克的也都是“世界級難題”。
自2013年5月1日開始進(jìn)行首節(jié)沉管安裝施工以來，在近四年的時間里，建設(shè)者持續(xù)攻堅，不斷優(yōu)化施工工藝和完善保障手段。
為了保障沉管的浮運、安裝，島隧工程的工程師們，成功地開發(fā)并應(yīng)用沉管安裝深水測控系統(tǒng)、浮運沉放壓載水控制系統(tǒng)、沉管對接精調(diào)系統(tǒng)、沉管水下運動姿態(tài)實時監(jiān)控系統(tǒng)、氣象海況保障系統(tǒng)、浮運拖航控制系統(tǒng)等八大系統(tǒng)，按照標(biāo)準(zhǔn)化流程推進(jìn)浮運、系泊、沉放、對接作業(yè)，完成了全部33節(jié)沉管安裝對接，并使得已建隧道滴水不漏。
精準(zhǔn)預(yù)報“擦肩”臺風(fēng)
180米長、8萬噸重的龐然大物，從沉管預(yù)制廠到安裝現(xiàn)場，需要經(jīng)歷14公里的海上行程，這需要深度分析并掌握海浪、海流、風(fēng)速、海水鹽度、海水濁度等復(fù)雜數(shù)據(jù)，提前預(yù)報，以確定作業(yè)窗口。這個窗口期又長達(dá)14天，這期間不能有大的臺風(fēng)、強對流天氣。對接的時候，每個小時都要進(jìn)行預(yù)報，精度要求非常之高。
2014年7月，E11沉管浮運安裝海洋環(huán)境窗口期，正好處于臺風(fēng)“威馬遜”和臺風(fēng)“麥德姆”來襲期間。安裝，則可能有一定風(fēng)險；不安裝，基床就要重新鋪設(shè)，這將造成巨大損失。
“當(dāng)時我們監(jiān)測到，威馬遜在我們的施工區(qū)范圍以外，不會產(chǎn)生大的影響。關(guān)鍵是第二個臺風(fēng)，我們當(dāng)時根據(jù)每天的實時衛(wèi)星資料，加上最新的數(shù)據(jù)預(yù)報技術(shù)，判定這個臺風(fēng)雖然會經(jīng)過施工區(qū)北邊，但不會影響到施工區(qū)。后來，正如我們的判斷?！眹液Ｑ蟓h(huán)境預(yù)報中心的總工程師王彰貴告訴羊城晚報記者。
用20余艘船運輸安裝
除了自然條件的限制，對沉管浮運安裝的工程技術(shù)要求也極其高。
負(fù)責(zé)浮運安裝的V工區(qū)副經(jīng)理王偉告訴羊城晚報記者，每次沉管浮運安裝時，需要固定在兩艘專用安裝船上，一般由10艘大馬力拖輪牽引，另外還有三艘拖輪是備用的。在王偉看來，沉管在浮運過程中風(fēng)險是最大的，由于珠江主航道只有240米寬，很窄，一旦擱淺，沉管就廢了。
為了確保萬無一失，沉管浮運時，有9艘錨艇陪伴左右，12艘海事船警戒護(hù)航，“艦隊”總馬力超過5萬匹。
“津安2號”與“津安3號”，是中國交建旗下上海振華重工為港珠澳大橋沉管隧道量身打造的安裝船，通過安裝船底下的起吊裝置，就可以精密控制和監(jiān)控沉管下沉到海底的整個對接過程以及運動姿態(tài)。
“通常在距離基床一米的時候，我們就開始調(diào)整沉管的姿態(tài)。”王偉告訴羊城晚報記者，通過深水測控系統(tǒng)和水下運動實時監(jiān)控系統(tǒng)，沉管的身位、水深等所有的數(shù)據(jù)都盡在安裝船指揮室的掌握中。在沉管沉放基本到位后，則通過沉管對接精調(diào)系統(tǒng)和沉管對接拉合系統(tǒng)進(jìn)行精準(zhǔn)定位和毫米級對接。
沉管剖面示意圖每個標(biāo)準(zhǔn)沉管重約8萬噸，長約180米
重挫
三次浮運兩次返航E15歷時156天安裝成功
2014年11月15日晚，E15按計劃出塢浮運，準(zhǔn)備安裝。島隧項目建設(shè)者們并未意識到，一場前所未有的大危機，正在向他們靠近。
“基槽內(nèi)出現(xiàn)大量回淤１沉管已經(jīng)浮運到位，水下作業(yè)的潛水員卻帶回一個從未遇到過的壞消息。
“通常來說，清淤是我們不斷反復(fù)的一個工作，但在這么短的時間里驟淤這么嚴(yán)重，是我們從未碰到過的?！必?fù)責(zé)基槽疏浚、清淤的IV工區(qū)常務(wù)副經(jīng)理、中交廣州航道局總工程師陳林說。
大量回淤把建設(shè)者們推向了兩難的境地：如果繼續(xù)安裝，沉降無法控制，沉管就將有重大漏水風(fēng)險；若是停止安裝，沉管就必須“返航”回到預(yù)制廠，后果也將是數(shù)千萬的拖運成本和對整個團隊士氣的打擊。
“停止安裝，沉管返航回塢１經(jīng)過現(xiàn)場緊急磋商協(xié)調(diào)，島隧項目總經(jīng)理林鳴最終下令E15返航回塢。
“我當(dāng)時的感覺就是完全懵了?！必?fù)責(zé)沉管安裝過程中舾裝、系泊等作業(yè)的V工區(qū)技術(shù)主辦朱嶺告訴羊城晚報記者，回塢的風(fēng)險是很大的，盡管曾做過這方面的預(yù)案，但在此之前，沉管的浮運安裝團隊還從未進(jìn)行過回塢演練。所幸，經(jīng)過近70個小時的連續(xù)奮戰(zhàn)，E15管節(jié)終于順利回塢。
“后來發(fā)現(xiàn)，每立方米水體含沙量居然達(dá)到了1公斤的水平，我們前后花了20天時間，才終于確定了這個異常泥沙的來源?！绷鸿旄嬖V羊城晚報記者。
突然出現(xiàn)的回淤和泥沙，來自于上游的大量采砂企業(yè)。為了支持港珠澳大橋的順利施工，廣東省委省政府召集采砂企業(yè)，要求在沉管安裝的一段時間內(nèi)停止采砂。
2015年春節(jié)后，E15再次浮運安裝，到達(dá)現(xiàn)場之后，卻再次遭遇回淤問題。頂著巨大壓力，林鳴下令E15第二次返航。
“當(dāng)時我們已經(jīng)不是懵了的問題，而是感覺這到底怎么了？E15真的有這么難裝嗎？”朱嶺說。
直到3月26日，歷時156天后，第三次浮運安裝的E15終于沉放對接成功，“安裝成功的時候，我看到我們工區(qū)的常務(wù)副經(jīng)理宿發(fā)強，都激動得流淚了，是真不容易?！敝鞄X說。
期待
剩下12米5500噸“三明治”對接
2017年3月7日，港珠澳大橋海底隧道最后一節(jié)巨型沉管——E30管節(jié)安裝取得成功。至此，已建隧道總長達(dá)5652米，距最終合龍僅差12米。
羊城晚報記者從西人工島深入沉管看到，施工人員已經(jīng)在對已經(jīng)安裝好的沉管隧道進(jìn)行內(nèi)部裝飾，安裝燈光、電纜、通風(fēng)設(shè)備等。
為了保障整個沉管隧道滴水不漏，在每一個沉管水力壓接完成后，管內(nèi)施工人員都要對止水帶進(jìn)行保護(hù)，并安裝第二道止水帶?！拔覀冇羞@么多管節(jié)，每個標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)又分為8段，拼接在一起后就會有7個接頭，這些地方都是防滲防漏的重中之重?！盜工區(qū)副主任工程師楊潤來告訴記者。
羊城晚報記者了解到，最終接頭的安裝是港珠澳大橋海底隧道建設(shè)最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。中國交建建設(shè)者經(jīng)過三年多艱難攻關(guān)，先后完成了最終接頭鋼結(jié)構(gòu)制造和高流動性混凝土澆筑，國內(nèi)首個“三明治沉管結(jié)構(gòu)”已經(jīng)順利制作完成。
由于該結(jié)構(gòu)重達(dá)5500噸，吊裝精度控制要求極高，安裝施工難度極大。“最終接頭，維系著整個港珠澳大橋沉管隧道的成敗，可以說成敗在此一舉?！绷鸿旄嬖V羊城晚報記者。
插圖/陳健怡
總指揮：劉海陵
策劃：林海利孫璇蔡惠中
統(tǒng)籌：蘇碧青冷爽
編輯：鄔嘉宏
(原標(biāo)題：港珠澳大橋沉管隧道迎來最終接頭創(chuàng)多個工程史先例)
本文來源：金羊網(wǎng)
