跨越港珠澳征服伶仃洋

王俊永

在七百多年前的南宋末年，趙宋王朝的丞相文天祥乘船過(guò)嶺南伶仃洋之時(shí)，揮筆寫(xiě)下“人生自古誰(shuí)無(wú)死，留取丹心照汗青”的詩(shī)句，至今廣為流傳，七百多年后的今天，同樣在伶仃洋水域，一個(gè)世界矚目的超級(jí)工程正在緊鑼密鼓地建設(shè)之中，這就是耗資超過(guò)千億元人民幣的港珠澳特大橋。

這座大橋跨越珠江口伶仃洋海域，是連接香港、珠海及澳門(mén)的大型跨海通道，主要工程包括海中橋隧工程，香港、珠海和澳門(mén)三地口岸人工島，以及香港、珠海、澳門(mén)三地連接線，工程總長(zhǎng)49.968千米。2016年9月底，大橋主體橋梁正式貫通，而備受矚目的長(zhǎng)達(dá)6千米的海底隧道工程于2017年5月2日完成最后對(duì)接，

港珠澳大橋海底隧道穿過(guò)海底之后，再通過(guò)兩端的人工島，和大橋相連，隧道穿過(guò)的海域，也是伶仃洋的深水區(qū)，最深處超過(guò)了45米，在這么深的水域修建橋梁難度太大，采用隧道是科學(xué)明智的選擇，而港珠澳大橋的海底隧道，采用了沉管法進(jìn)行修建，這種技術(shù)手段有何奧妙，讓我們一起做個(gè)初步了解。

入海不比上天易

沉管法是修建海底隧道常常采用的方法，但是它一般適用于淺水區(qū)和風(fēng)平浪靜的水域，對(duì)比一下就會(huì)發(fā)現(xiàn)，港珠澳海底隧道所在的地域，自然環(huán)境非常惡劣。那里臺(tái)風(fēng)頻繁，海流、涌浪復(fù)雜，并且受冬季季風(fēng)影響很大，在整個(gè)管節(jié)沉放過(guò)程中，需對(duì)天氣狀況進(jìn)行精確地分析和準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)，其難度與航天發(fā)射之時(shí)的天氣預(yù)測(cè)不相上下。自然環(huán)境惡劣自不必說(shuō)，隧道所穿過(guò)的海域，還有一條規(guī)劃中的30萬(wàn)噸航道，通航深度為水下29米，這就意味著隧道必須在滿足安全距離的前提下，下鉆到航道之下通過(guò)，使得隧道水深、埋深都非常大。隧道下鉆很深，爬坡距離相應(yīng)就要延長(zhǎng)，所以整座隧道的長(zhǎng)度為5.7千米，是一座創(chuàng)造了世界紀(jì)錄的超長(zhǎng)海底隧道。

除此之外，隧道所在的海域通航環(huán)境復(fù)雜，航線眾多，船舶流量大，最大日流量約4000艘次。同時(shí)此處為國(guó)家一級(jí)保護(hù)動(dòng)物中華白海豚的保護(hù)區(qū)核心位置，環(huán)保要求一點(diǎn)都不能含糊。在如此苛刻的條件下，用沉管法修建隧道，難度可想而知。

核心技術(shù)大揭秘

利用沉管法修建隧道雖然近些年才開(kāi)始大規(guī)模使用，但是它的起源可以追溯到1910年，當(dāng)時(shí)美國(guó)修建底特律河隧道首次采用該技術(shù)。經(jīng)過(guò)了一百多年的發(fā)展，沉管法如今已經(jīng)在全世界遍地開(kāi)花，與隧道施工的明挖法、礦山法、盾構(gòu)法、掘進(jìn)機(jī)法等技術(shù)手段一起平分秋色。

沉管法，顧名思義就是將一節(jié)節(jié)提前預(yù)制好的空心管道，安設(shè)在水底開(kāi)挖的槽道之上，做好防水處理之后，再回填覆蓋，就形成了一條人工隧道，這種方法最適合在淺水區(qū)和風(fēng)平浪靜的江河湖海修建隧道之時(shí)采用。沉管法具體的施工流程：先修建一座低于地面的水池式建筑物，稱之為“干塢”，用來(lái)預(yù)制鋼筋混凝土沉管；等單節(jié)沉管預(yù)制完成之后，用鋼絞線連接成一個(gè)沉管單元，管和管銜接處采用鋼封門(mén)臨時(shí)封閉，以免進(jìn)水，這些封門(mén)等沉管沉放完畢后就可以拆除；下一個(gè)工序就是在干塢中蓄水，再通過(guò)水的浮力用牽引船舶將沉管拖運(yùn)到預(yù)定地點(diǎn)沉落安放。

由于沉管最終需要永久安放在水底，所以對(duì)其密封性和防水性要求很高，因?yàn)橐坏┞┧?，后果非常?yán)重。以銜接丹麥哥本哈根與瑞典馬爾默的厄勒海峽隧道為例，工程技術(shù)人員經(jīng)過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，如果沉管的混凝土有0.2毫米大小的縫隙，那么在100年里滲進(jìn)隧道的水量高達(dá)900萬(wàn)噸，所以做好防水是保證工程質(zhì)量的重中之重。沉管的防水主要包括管段本身的防水和管道接頭處的防水，管身防水通過(guò)涂一層防水涂料來(lái)解決，而管道接頭處的防水，則需要安裝止水帶做到萬(wàn)無(wú)一失。

大膽創(chuàng)新 因地制宜

由于此處氣候條件惡劣，并且沉管埋深最大超過(guò)45米，適用于淺水區(qū)的沉管技術(shù)顯然不再適用。必須在原有的技術(shù)上做出大膽創(chuàng)新，才能滿足現(xiàn)場(chǎng)施工的實(shí)際需求。

在攻克了材料方面問(wèn)題后，下一個(gè)更加關(guān)鍵的問(wèn)題——沉管的安裝沉放也難倒了工程師們。這是隧道施工的最后環(huán)節(jié)，決定著整個(gè)工程的成敗。根據(jù)世界沉管隧道建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，管段沉放的施工方案、沉放方式和施工設(shè)備取決于沉管隧道所在的自然條件、航道條件、沉管本身的大小和經(jīng)濟(jì)性等因素。根據(jù)不同的條件，沉管隧道管段的沉放方式主要有吊沉法、杠吊法、騎吊法、拉沉法等。

港珠澳海底沉管沉放采用扛吊法，沉管的浮運(yùn)安裝專用設(shè)備主要包括壓載系統(tǒng)、拉合系統(tǒng)、GPS+聲納監(jiān)控系統(tǒng)、精調(diào)系統(tǒng)、沉管安裝船和大馬力全回轉(zhuǎn)起錨船等。通過(guò)現(xiàn)代信息技術(shù)和遙控技術(shù)，在安裝船控制室實(shí)現(xiàn)管節(jié)姿態(tài)調(diào)整、軸線控制和精確對(duì)接。

由于管段沉放和對(duì)接均在水下進(jìn)行，需要對(duì)管段沉放過(guò)程中進(jìn)行實(shí)時(shí)定位測(cè)量和自動(dòng)監(jiān)控，以保證其安全和施工準(zhǔn)確性。為了實(shí)現(xiàn)管段浮運(yùn)沉放的自動(dòng)化控制，必須通過(guò)測(cè)量手段，持續(xù)不斷地提供管段的動(dòng)態(tài)位置及其姿態(tài)數(shù)據(jù)。而保證管段正確對(duì)接的測(cè)量系統(tǒng)，可采用超聲波探測(cè)裝置配合陸地上的引導(dǎo)系統(tǒng)，從而及時(shí)掌握管段的位置與狀態(tài)，從而安全、準(zhǔn)確、短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)管段的沉放與對(duì)接。

讓數(shù)字說(shuō)話

整座海底隧道由33節(jié)沉管組成，每一節(jié)大沉管節(jié)又由8個(gè)長(zhǎng)22.5米的小管節(jié)拼接而成，每個(gè)22.5米長(zhǎng)的小管節(jié)使用混凝土約3400立方米。8個(gè)小管節(jié)串在一起全長(zhǎng)180米，有60層樓高，總重約8萬(wàn)噸，沉管的橫截面寬37.95米，與一個(gè)網(wǎng)球場(chǎng)面積相當(dāng)。由于海水有很強(qiáng)的腐蝕性，沉管需要采用高強(qiáng)度耐腐蝕的混凝土。

沉管采用工廠化預(yù)制，設(shè)置兩條生產(chǎn)線日夜趕工，即使如此，每?jī)蓚€(gè)月也只能生產(chǎn)2節(jié)長(zhǎng)22.5米的沉管。這么重的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，要想在車(chē)間平移可不容易，不過(guò)這難不倒工程技術(shù)人員，他們采用一種“管節(jié)頂推系統(tǒng)”來(lái)解決該問(wèn)題，在管段下方設(shè)置4條頂推滑移軌道，下部布置192臺(tái)主動(dòng)支撐千斤頂，單個(gè)管節(jié)安裝128臺(tái)頂推千斤頂，多點(diǎn)分散，同步頂推即可。由此可知，如此龐然大物，要想安全運(yùn)輸、精確施工、準(zhǔn)確安放，需要極為苛刻的施工條件和高超的施工技藝。

港珠澳大橋無(wú)論工程規(guī)模、技術(shù)難度和投資大小都創(chuàng)造了新紀(jì)錄。港珠澳大橋建成后將成為世界最長(zhǎng)的跨海連線工程。而港珠澳大橋的海底沉管隧道被公認(rèn)為“當(dāng)今世界上最具挑戰(zhàn)性的工程”。預(yù)計(jì)在2017年年底大橋?qū)⑷€通車(chē)，屬時(shí)香港至珠海的陸路通行時(shí)間將由3小時(shí)變成半小時(shí)，

（責(zé)任編輯：司明婧 責(zé)任校對(duì)：曹偉）endprint