“世紀工程”港珠澳大橋已通車(chē)營(yíng)運3個(gè)月，集橋、島、隧、路為一體的超大型跨海大橋，擁有眾多世界第一或世界前列的榮譽(yù)，像一本大部頭科技創(chuàng )新教課書(shū)。在這背后，除了建設者們“摸著(zhù)石頭過(guò)河”的勇氣，更有交通運輸部港珠澳大橋專(zhuān)家組對于關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng )新的堅強保障。

“快速成島、斜坡段地基加固、沉管的拋石基床、半剛性管節結構、E15管節回淤、沉管最后接頭等，島隧工程每一項重大技術(shù)難題的攻破，都是經(jīng)過(guò)了專(zhuān)家組的反復論證，并由我簽字確認！”盡管時(shí)隔多年，對于一些關(guān)鍵技術(shù)的突破，作為部港珠澳大橋專(zhuān)家組島隧組組長(cháng)的交通運輸部原總工程師、中國水運建設行業(yè)協(xié)會(huì )常務(wù)副理事長(cháng)徐光，仍然記憶猶新。

鋼圓筒快速成島 工期節省兩年

記者了解到，為了這項重大工程的如期建成，自大橋開(kāi)工之日起，交通運輸部就成立了由副部長(cháng)馮正霖為組長(cháng)的港珠澳大橋專(zhuān)家組。建設中一旦遇到技術(shù)難題，部專(zhuān)家組都會(huì )評估、論證，給出中肯意見(jiàn)和建議。部專(zhuān)家組下設橋梁和島隧專(zhuān)家組，其中島隧專(zhuān)家組由王汝凱、梁德章、鐘建馳、陳韶彰、王彰貴、李一勇、曹根祥、曹湘波、盧永昌等15人組成，都是水工施工和設計、海事、海洋、氣象等領(lǐng)域的專(zhuān)家。

島隧工程一開(kāi)始，島隧專(zhuān)家組就遇到了“快速成島”問(wèn)題。

“如果當初不采取快速成島方案，大橋2017年全線(xiàn)貫通是肯定無(wú)法實(shí)現的！”徐光表示。

據介紹，港珠澳大橋在跨越伶仃洋時(shí)，橋梁變隧道穿過(guò)深海，而要鋪設沉管隧道，首先要快速“種”出兩個(gè)人工島。原設計是采用拋石斜坡堤成島方案，即用塊石堆成水下10米、水上5米共15米高的拋石斜坡堤島壁。雖然技術(shù)難度不大，但工程量超大，工期需要2年半到3年。

面對緊迫的工期，快速成島是必選項，而創(chuàng )新是必由之路。部專(zhuān)家組和港珠澳大橋島隧工程項目部（簡(jiǎn)稱(chēng)項目部）都想到了施工速度很快的鋼圓筒方案。專(zhuān)家組成員、中交第四航務(wù)工程勘察設計院有限公司總工程師盧永昌告訴記者，在此之前中國交建曾經(jīng)在長(cháng)江口有過(guò)“不成功案例”，從中積累了經(jīng)驗，同時(shí)美國的振沉設備也有了較大的改進(jìn)和提升。

“項目部做了很多探索后，項目部總經(jīng)理林?zhù)Q專(zhuān)門(mén)到北京找我，當時(shí)我是交通運輸部總工程師。聽(tīng)了他的匯報后，我認為方案原則上可行，但要解決好3個(gè)主要問(wèn)題?！毙旃獗硎?，首先是振沉問(wèn)題，就是怎么把鋼圓筒打下去；其次是穩定性問(wèn)題，需要用幾種計算方法進(jìn)行驗證；再次是做好止水，以便開(kāi)挖基坑形成干施工環(huán)境。

后來(lái)項目部通過(guò)努力，解決了3個(gè)主要問(wèn)題，但還有很多細節，又召開(kāi)專(zhuān)家會(huì )討論：比如50多米長(cháng)的鋼圓筒從上海運到珠海，有十幾層樓高的“大家伙”需要立著(zhù)，運輸時(shí)駕駛臺都看不到前面，防范運輸風(fēng)險是個(gè)難題；振沉時(shí)，需要保證振沉的垂直偏差小于1%等。這些都事先進(jìn)行了周密研究和部署。

最終，東、西兩個(gè)人工島的120個(gè)鋼圓筒施工非常順利，實(shí)現了“當年開(kāi)工當年成島”，工期縮短一年半到兩年。

認真處置每個(gè)環(huán)節 沉管隧道滴水不漏

人工島開(kāi)局順利，后續沉管隧道地基處理、預制及運輸安裝等，橫著(zhù)諸多“攔路虎”。

“大橋的沉管隧道之所以能穿越深海而滴水不漏，在于對地基和管節結構等方面都進(jìn)行了大量創(chuàng )新?！毙旃庹f(shuō)。

據介紹，沉管隧道是由33節管節水下安裝拼接而成，每個(gè)管節180米長(cháng)、40米寬、12米高，形成雙向6車(chē)道通行環(huán)境。防水，是沉管隧道的生命線(xiàn)，而要做到滴水不漏，必須先從地基開(kāi)始，把地基的不均勻沉降降到最低。因為一旦沉降不均勻，沉管施工完成后就容易錯位而導致管節和節段處漏水。

然而，這里的海床恰恰是軟土，最易導致不均勻沉降。

“我國第一條海上沉管隧道，一定要質(zhì)量可靠?！毙旃獗硎?。

西島島頭斜坡段（E1—E5節沉管處）地基特別軟，必須水下加固。原設計方案是在這片區域內打入9000多根鋼樁。這么多的樁，而且樁頭要在水下形成斜坡，施工起來(lái)無(wú)異于海底繡花。加上地基軟硬度不同，打樁的疏密也不同，更難協(xié)調。

怎么辦？又是專(zhuān)家組開(kāi)會(huì )研討。

會(huì )議開(kāi)了很多次，討論非常激烈。最后決定采用盧永昌提出的擠密沙樁方案，就是在軟土地基里插管子后灌沙子，邊灌邊夯實(shí)沙子形成密實(shí)的沙樁，以解決地基沉降及穩定的問(wèn)題。

然而，由于國外技術(shù)封鎖，項目部采購的施工船，關(guān)鍵部件樁頭及計算機控制系統都被拆掉。后來(lái)，項目部決定自己開(kāi)發(fā)。開(kāi)發(fā)出來(lái)后，還不放心，在陸地現場(chǎng)做了載荷試驗，并采取水下預先施加比實(shí)際荷載更大的壓力，以便把差異沉降減到最小。這在國內是首次使用。

國外海底隧道施工，在開(kāi)挖好基槽后鋪上一層碎石就安放沉管了。為了把不均勻沉降量控制得更好，項目部提出要在地基和碎石層之間增加一個(gè)塊石層。

“在征求我的意見(jiàn)時(shí)，我說(shuō)加了肯定好。但是45米水深，如何整平、夯實(shí)？”徐光說(shuō)，經(jīng)過(guò)技術(shù)探討、專(zhuān)家咨詢(xún)，最終采用液壓錘來(lái)整平、夯實(shí)，效果很好。施工完成后，在沉管和海底軟土地基之間加入一層“硬殼”，有效控制了不均勻沉降。這也是國內第一次使用。

地基風(fēng)險排除了，管節結構型式又傷腦筋。

世界上沉管隧道所用沉管，有剛性和柔性?xún)煞N。剛性的適合硬質(zhì)地基，柔性的適合軟土地基。港珠澳大橋地基軟，自然只能選擇柔性的。然而，按照原設計和國際慣例，180米管節做成8個(gè)22.5米節段，安裝時(shí)把節段用預應力鋼筋連接，安裝之后將鋼筋剪斷，讓管節變“柔”。

但是，剪斷后的管節太“柔”了。這里有兩個(gè)特殊情況：一個(gè)是軟土地基太軟，另一個(gè)是沉管上有大回淤。上面有重壓，下面地基軟，容易產(chǎn)生不均勻沉降，導致節段接頭張開(kāi)量過(guò)大漏水。

能不能折中？即保留節斷之間的鋼筋，形成半剛性管節，既允許在管節接頭處有一定的張開(kāi)量，又幅度有限。據介紹，交通運輸部專(zhuān)家組提出來(lái)這個(gè)概念后，國內有關(guān)專(zhuān)家最初都懷疑其可行性，負責大橋咨詢(xún)的荷蘭咨詢(xún)公司更是堅決不同意。后來(lái)，經(jīng)過(guò)專(zhuān)家組幾輪討論，并請有關(guān)單位分別計算，都認為可行。但還需要征得咨詢(xún)方荷蘭咨詢(xún)公司的確認。

“為了讓他們接受，我和荷蘭專(zhuān)家單獨談了2小時(shí)，耐心地向他解釋、分析。他們也很贊同，但就是搖頭不簽字！”徐光說(shuō)，“后來(lái)項目部請荷蘭方面按照我們提供的計算模型驗證后，才最終確認?！?/p>

這種半剛性結構，等于給沉管隧道再加了一道防水安全砝碼。

正式安裝時(shí)，沉管浮運安裝風(fēng)險高且不可逆，讓大家非常謹慎。試想，8萬(wàn)噸的沉管，要在15層樓高的水下安裝，且誤差小于6厘米，談何容易？就是吊一個(gè)磚頭從15樓往下定位6厘米都難，何況這么個(gè)“大家伙”，還是在水流、海風(fēng)的共同作用下。

所以，每浮運安裝一個(gè)管節，項目部都會(huì )召開(kāi)專(zhuān)家會(huì )，分析環(huán)境、氣象、水文、設備甚至人員風(fēng)險，每次都列出一兩百條風(fēng)險并分等級，排查、評估，提出管控措施。

在安裝到E10節時(shí)，發(fā)現偏差超過(guò)6厘米，達到9厘米多，項目部立即停止施工，經(jīng)分析發(fā)現是管節水下晃動(dòng)導致安裝偏差，最后研發(fā)了管節姿態(tài)監控系統，解決了管節水下姿態(tài)監控的難題。

到了最終接頭時(shí)，又遇到麻煩。若采用傳統方法，不僅工效低、而且安全風(fēng)險大，工期至少半年。國外專(zhuān)利又不能用，最后研發(fā)了液壓推進(jìn)整體可逆式最終接頭，一天就可以完成安裝，且極大地降低了水下施工風(fēng)險。

“研究之前，也是專(zhuān)家組給出了基本概念，由項目部深化研究而成的?！毙旃庹f(shuō)，就這樣發(fā)現問(wèn)題后，立即研究技術(shù)對策，一步一步往前走，確保了沉管隧道的順利安裝和滴水不漏。

不斷探索深化 成就“世紀工程”

“8年了，我不用翻本子，都能記得干了些啥，因為每一次技術(shù)難題的探索，都是那樣刻骨銘心！”徐光說(shuō)。

徐光介紹，其實(shí)專(zhuān)家組對現場(chǎng)關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng )新的認識也有一個(gè)不斷深化的過(guò)程。對現場(chǎng)出現的重大技術(shù)難題，尤其是修改原設計的技術(shù)創(chuàng )新，有的是提出概念，有的是評估技術(shù)方案，并就如何進(jìn)一步深化、完善，注意哪些風(fēng)險等提出咨詢(xún)，與項目部共同探討，一次不行，就兩次、三次，直到問(wèn)題解決為止。同時(shí)，島隧專(zhuān)家組成員是固定的，保持了工作的連續性。

“島隧工程實(shí)際上是水工工程，專(zhuān)家組之所以能提出意見(jiàn)、建議，很大程度上是憑借多年來(lái)積累的水工工程實(shí)踐經(jīng)驗，實(shí)踐經(jīng)驗對大橋關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng )新發(fā)揮了重要作用?！毙旃庹f(shuō)。

給沉管基床增加塊石層，也是基于重力式碼頭的實(shí)踐。這是重力式碼頭常用的方案，就是在地基上先做塊石層，再做碎石層，最后安放沉箱形成碼頭主框架。在港珠澳大橋實(shí)施后，效果很好。

還有在西島島頭斜坡段實(shí)施的緊密沙樁方案，是基于在上海港洋山港區的試驗。緊密沙樁是國外軟土地基處理很有效的技術(shù)，徐光在國外參觀(guān)時(shí)了解后，請技術(shù)人員來(lái)國內進(jìn)行技術(shù)交流，并在洋山港區建設中做了試驗段。

最終接頭方案的概念，是受升船機對接方式的啟發(fā)，經(jīng)過(guò)深入研發(fā)形成的自主創(chuàng )新技術(shù)。概念提出后，前后經(jīng)過(guò)3年多時(shí)間論證、驗證，從概念到結構，再分析細節，再做1∶1模型現場(chǎng)進(jìn)行演練，非常穩妥后才實(shí)施。

“在港珠澳大橋建設前后8年的時(shí)間里，每次開(kāi)現場(chǎng)會(huì )前我都會(huì )認真看材料，開(kāi)會(huì )時(shí)認真聽(tīng)匯報。在聽(tīng)取各方意見(jiàn)后，綜合提出專(zhuān)家組意見(jiàn)，最終形成會(huì )議紀要?！毙旃庹f(shuō)，擔任這一重大工程的技術(shù)專(zhuān)家尤其是島隧專(zhuān)家組組長(cháng)，有挑戰更有壓力。每提出來(lái)一個(gè)方案或意見(jiàn)，是否科學(xué)、完善，會(huì )不會(huì )出現風(fēng)險等，都得仔細權衡。而每到現場(chǎng)完成一項技術(shù)創(chuàng )新時(shí)，都很有成就感。

在徐光看來(lái)，這一偉大工程的順利完工，首先在于項目部有著(zhù)把工程做到完美、做成優(yōu)質(zhì)工程的認真態(tài)度，對專(zhuān)家組的意見(jiàn)、建議，都認真組織研究；其次，專(zhuān)家組高度負責任，把質(zhì)量和安全風(fēng)險放在第一位進(jìn)行指導、咨詢(xún)。再加上其他多方的共同努力，最終成就了這一偉大的“世紀工程”。