港珠澳大橋沉管隧道迎來(lái)最終接頭創(chuàng)多個(gè)工程史先例
2017-04-18
（原標(biāo)題：港珠澳大橋沉管隧道迎來(lái)最終接頭創(chuàng)多個(gè)工程史先例）
E29沉管已于今年2月從桂山島運(yùn)往安裝地點(diǎn)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(kāi)創(chuàng)多個(gè)世界工程史先河
金羊網(wǎng)記者李國(guó)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(zhǎng)的最終接頭等待安裝。這個(gè)國(guó)內(nèi)首個(gè)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(wàn)噸的沉管要在水下實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)對(duì)接，是一個(gè)世界級(jí)難題。六年來(lái)，中國(guó)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(qiáng)回淤，甚至隨時(shí)要與臺(tái)風(fēng)搶時(shí)間的惡劣環(huán)境下，完成了一次又一次的沉管浮運(yùn)、安裝，攻克了一個(gè)又一個(gè)世界級(jí)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(gè)工程史先例
港珠澳大橋隧道部分采用深埋式沉管隧道，長(zhǎng)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(zhǎng)達(dá)180米，此外還有一個(gè)12米的最終接頭。33節(jié)沉管中，需要深埋的沉管超過(guò)2/3。曲形沉管施工中，還要考慮如何與人工島實(shí)現(xiàn)完美對(duì)接。
要達(dá)到120年的使用壽命，基槽的設(shè)計(jì)和強(qiáng)大的疏浚、清淤能力，是重中之重。如何設(shè)計(jì)出一個(gè)讓沉管不會(huì)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(jì)院有限公司副總工程師、島隧工程設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人梁桁看來(lái)，這個(gè)難度不是一般的大。進(jìn)場(chǎng)之初，島隧工程的設(shè)計(jì)師們就遭遇了一個(gè)重大打擊，在中標(biāo)之后的不斷試驗(yàn)中，原有的基槽基礎(chǔ)構(gòu)造方案存在著高風(fēng)險(xiǎn)——如果地基處理不好，隧道可能會(huì)出現(xiàn)大面積沉降，沉管隧道的安全性、120年耐久性就無(wú)從談起。
為了解決這一問(wèn)題，設(shè)計(jì)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(guó)內(nèi)外海底隧道的施工中并無(wú)先例可循。梁桁說(shuō)，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(duì)復(fù)合地基的施工來(lái)說(shuō)，是一個(gè)巨大的考驗(yàn)。如果沉降控制不好，沉管就會(huì)出現(xiàn)移位、漏水，導(dǎo)致無(wú)法通車。
“我們?cè)谇鄭u進(jìn)行了差不多半年的試驗(yàn)，最終證明，這樣的方式是可行的。這是我們進(jìn)場(chǎng)后最大的調(diào)整?！绷鸿煺f(shuō)，這一方案在四年多的施工中也得到了驗(yàn)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(xiàng)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(jiǎn)稱“中交廣航局”）總工程師陳林告訴羊城晚報(bào)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(guó)際同類工程標(biāo)準(zhǔn)。
為了實(shí)現(xiàn)沉管在海底的毫米級(jí)對(duì)接，對(duì)隧道基槽開(kāi)挖提出了0米-0.5米的誤差控制范圍?！斑@樣的深度如此精度要求，堪稱海底繡花。且之前，全世界沒(méi)有任何一家疏浚公司有過(guò)類似施工經(jīng)驗(yàn)可供我們借鑒?！标惲终f(shuō)。
全長(zhǎng)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(shí)際上是個(gè)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(dòng)工建設(shè)前，中交廣航局于2008年12月就開(kāi)始參與沉管隧道試挖槽原位試驗(yàn)，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程足足用了兩年時(shí)間。
“通過(guò)我們自主研發(fā)的專用精挖船挖泥控制系統(tǒng)，船長(zhǎng)通過(guò)計(jì)算機(jī)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(guò)程。經(jīng)過(guò)技改的專用清淤船采用定點(diǎn)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(shuō)。
半剛性管節(jié)設(shè)計(jì)開(kāi)先河
2012年，另一個(gè)難題一度困擾著島隧工程的設(shè)計(jì)師們——33節(jié)沉管，標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)每節(jié)達(dá)180米長(zhǎng)，如果采用A方案——?jiǎng)傂怨芄?jié)設(shè)計(jì)，在海底復(fù)雜的環(huán)境中，沉管很有可能因?yàn)槭芰Σ痪_(kāi)裂。
如果采用B方案——即節(jié)段式管節(jié)設(shè)計(jì)，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(wèn)題的是島隧項(xiàng)目總經(jīng)理林鳴，他選擇了C。某天半夜，他突然給設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)發(fā)了一條短信：試試半剛性結(jié)構(gòu)。
“我們一聽(tīng)，這是好方案?。绷鸿煺f(shuō)，半剛性結(jié)構(gòu)沉管的提出，同樣開(kāi)了國(guó)內(nèi)外之先河，但也引起了不小的爭(zhēng)議。為了達(dá)成一致共識(shí)，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)請(qǐng)了六家單位以“背對(duì)背”的形式，獨(dú)立計(jì)算驗(yàn)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(méi)有一條海底隧道，敢像我們這么說(shuō)，滴水不漏，很多隧道施工都需要開(kāi)泵排水?！绷鸿觳粺o(wú)自豪。
安裝
從浮運(yùn)到安裝，實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)對(duì)接
工程設(shè)計(jì)上的難題一個(gè)個(gè)被克服，但深水深槽、大徑流、強(qiáng)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(jí)難題”。
自2013年5月1日開(kāi)始進(jìn)行首節(jié)沉管安裝施工以來(lái)，在近四年的時(shí)間里，建設(shè)者持續(xù)攻堅(jiān)，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(yùn)、安裝，島隧工程的工程師們，成功地開(kāi)發(fā)并應(yīng)用沉管安裝深水測(cè)控系統(tǒng)、浮運(yùn)沉放壓載水控制系統(tǒng)、沉管對(duì)接精調(diào)系統(tǒng)、沉管水下運(yùn)動(dòng)姿態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)、氣象海況保障系統(tǒng)、浮運(yùn)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(yùn)、系泊、沉放、對(duì)接作業(yè)，完成了全部33節(jié)沉管安裝對(duì)接，并使得已建隧道滴水不漏。
精準(zhǔn)預(yù)報(bào)“擦肩”臺(tái)風(fēng)
180米長(zhǎng)、8萬(wàn)噸重的龐然大物，從沉管預(yù)制廠到安裝現(xiàn)場(chǎng)，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(bào)，以確定作業(yè)窗口。這個(gè)窗口期又長(zhǎng)達(dá)14天，這期間不能有大的臺(tái)風(fēng)、強(qiáng)對(duì)流天氣。對(duì)接的時(shí)候，每個(gè)小時(shí)都要進(jìn)行預(yù)報(bào)，精度要求非常之高。
2014年7月，E11沉管浮運(yùn)安裝海洋環(huán)境窗口期，正好處于臺(tái)風(fēng)“威馬遜”和臺(tái)風(fēng)“麥德姆”來(lái)襲期間。安裝，則可能有一定風(fēng)險(xiǎn)；不安裝，基床就要重新鋪設(shè)，這將造成巨大損失。
“當(dāng)時(shí)我們監(jiān)測(cè)到，威馬遜在我們的施工區(qū)范圍以外，不會(huì)產(chǎn)生大的影響。關(guān)鍵是第二個(gè)臺(tái)風(fēng)，我們當(dāng)時(shí)根據(jù)每天的實(shí)時(shí)衛(wèi)星資料，加上最新的數(shù)據(jù)預(yù)報(bào)技術(shù)，判定這個(gè)臺(tái)風(fēng)雖然會(huì)經(jīng)過(guò)施工區(qū)北邊，但不會(huì)影響到施工區(qū)。后來(lái)，正如我們的判斷?！眹?guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心的總工程師王彰貴告訴羊城晚報(bào)記者。
用20余艘船運(yùn)輸安裝
除了自然條件的限制，對(duì)沉管浮運(yùn)安裝的工程技術(shù)要求也極其高。
負(fù)責(zé)浮運(yùn)安裝的V工區(qū)副經(jīng)理王偉告訴羊城晚報(bào)記者，每次沉管浮運(yùn)安裝時(shí)，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(lái)，沉管在浮運(yùn)過(guò)程中風(fēng)險(xiǎn)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(wàn)無(wú)一失，沉管浮運(yùn)時(shí)，有9艘錨艇陪伴左右，12艘海事船警戒護(hù)航，“艦隊(duì)”總馬力超過(guò)5萬(wàn)匹。
“津安2號(hào)”與“津安3號(hào)”，是中國(guó)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(guò)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(gè)對(duì)接過(guò)程以及運(yùn)動(dòng)姿態(tài)。
“通常在距離基床一米的時(shí)候，我們就開(kāi)始調(diào)整沉管的姿態(tài)?！蓖鮽ジ嬖V羊城晚報(bào)記者，通過(guò)深水測(cè)控系統(tǒng)和水下運(yùn)動(dòng)實(shí)時(shí)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(guò)沉管對(duì)接精調(diào)系統(tǒng)和沉管對(duì)接拉合系統(tǒng)進(jìn)行精準(zhǔn)定位和毫米級(jí)對(duì)接。
沉管剖面示意圖每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)沉管重約8萬(wàn)噸，長(zhǎng)約180米
重挫
三次浮運(yùn)兩次返航E15歷時(shí)156天安裝成功
2014年11月15日晚，E15按計(jì)劃出塢浮運(yùn)，準(zhǔn)備安裝。島隧項(xiàng)目建設(shè)者們并未意識(shí)到，一場(chǎng)前所未有的大危機(jī)，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(yùn)到位，水下作業(yè)的潛水員卻帶回一個(gè)從未遇到過(guò)的壞消息。
“通常來(lái)說(shuō)，清淤是我們不斷反復(fù)的一個(gè)工作，但在這么短的時(shí)間里驟淤這么嚴(yán)重，是我們從未碰到過(guò)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(shuō)。
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(wú)法控制，沉管就將有重大漏水風(fēng)險(xiǎn)；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(wàn)的拖運(yùn)成本和對(duì)整個(gè)團(tuán)隊(duì)士氣的打擊。
“停止安裝，沉管返航回塢１經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)緊急磋商協(xié)調(diào)，島隧項(xiàng)目總經(jīng)理林鳴最終下令E15返航回塢。
“我當(dāng)時(shí)的感覺(jué)就是完全懵了。”負(fù)責(zé)沉管安裝過(guò)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(bào)記者，回塢的風(fēng)險(xiǎn)是很大的，盡管曾做過(guò)這方面的預(yù)案，但在此之前，沉管的浮運(yùn)安裝團(tuán)隊(duì)還從未進(jìn)行過(guò)回塢演練。所幸，經(jīng)過(guò)近70個(gè)小時(shí)的連續(xù)奮戰(zhàn)，E15管節(jié)終于順利回塢。
“后來(lái)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(shí)間，才終于確定了這個(gè)異常泥沙的來(lái)源?！绷鸿旄嬖V羊城晚報(bào)記者。
突然出現(xiàn)的回淤和泥沙，來(lái)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(shí)間內(nèi)停止采砂。
2015年春節(jié)后，E15再次浮運(yùn)安裝，到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)之后，卻再次遭遇回淤問(wèn)題。頂著巨大壓力，林鳴下令E15第二次返航。
“當(dāng)時(shí)我們已經(jīng)不是懵了的問(wèn)題，而是感覺(jué)這到底怎么了？E15真的有這么難裝嗎？”朱嶺說(shuō)。
直到3月26日，歷時(shí)156天后，第三次浮運(yùn)安裝的E15終于沉放對(duì)接成功，“安裝成功的時(shí)候，我看到我們工區(qū)的常務(wù)副經(jīng)理宿發(fā)強(qiáng)，都激動(dòng)得流淚了，是真不容易。”朱嶺說(shuō)。
期待
剩下12米5500噸“三明治”對(duì)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(zhǎng)達(dá)5652米，距最終合龍僅差12米。
羊城晚報(bào)記者從西人工島深入沉管看到，施工人員已經(jīng)在對(duì)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(gè)沉管隧道滴水不漏，在每一個(gè)沉管水力壓接完成后，管內(nèi)施工人員都要對(duì)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)又分為8段，拼接在一起后就會(huì)有7個(gè)接頭，這些地方都是防滲防漏的重中之重。”I工區(qū)副主任工程師楊潤(rùn)來(lái)告訴記者。
羊城晚報(bào)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(guó)交建建設(shè)者經(jīng)過(guò)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(dòng)性混凝土澆筑，國(guó)內(nèi)首個(gè)“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?！白罱K接頭，維系著整個(gè)港珠澳大橋沉管隧道的成敗，可以說(shuō)成敗在此一舉。”梁桁告訴羊城晚報(bào)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(lái)最終接頭創(chuàng)多個(gè)工程史先例)
本文來(lái)源：金羊網(wǎng)
