港珠澳大橋的原創(chuàng)性技術革新是中國對世界的貢獻

羅赟

親歷者

劉曉東?中國交建港珠澳大橋島隧工程項目副總經(jīng)理、設計負責人

2010年，對港珠澳大橋島隧工程總設計師劉曉東來說，是特別的一年。

這一年，他放棄駕輕就熟的橋梁設計工作，轉入一個大多數(shù)中國工程師都對之陌生的領域，牽頭負責港珠澳大橋隧道和人工島的施工圖設計。劉曉東坦言，一開始他也猶豫過，但最終還是和團隊一起在往后的7年多時間里反復打磨出140多冊、1萬多頁的設計方案。

港珠澳大橋東連香港，西接珠海和澳門，集橋、島、隧為一體，全長55公里，使用壽命120年，總投資超1000億，被稱為世界橋梁建設史上的 “珠穆朗瑪峰”，歷經(jīng)了6年的前期準備和9年的建設。

談起這座超級工程，劉曉東跟記者分享了大橋建造的很多難忘經(jīng)歷，而他與團隊共同實現(xiàn)的原創(chuàng)性技術革新則為世界橋梁建設積累了更為豐富的成果與經(jīng)驗。

研發(fā)“半剛性”沉管結構，成就100%不漏水的海底隧道

在港珠澳大橋之前的沉管隧道都采用“剛性”或“柔性”結構體系，剛性結構好比一塊長條積木，而柔性結構是用小管節(jié)串成一個大管節(jié)，好比小塊積木拼接的積木條。但是，兩種結構體系一般埋深只有2?3米，承載過大可能造成漏水。

港珠澳大橋有4公里的沉管隧道埋深達到了22米，承載超過淺埋沉管5倍的荷載，如何確保沉管隧道100%不漏水？這個問題，困擾了劉曉東和團隊近一年的時間。

其間，有外國隧道專家給出“深埋淺做”的幾種解決方案，但都需要十幾億元人民幣的投資，劉曉東認為這樣做代價太大。他和團隊心有不甘，期望能找到一種替代性結構，打造一條不漏水的沉管隧道。

“2012年11月17日凌晨5點，我收到了這樣一條短信‘嘗試研究一下半剛性，林鳴，我猛然覺得靈光一現(xiàn)，由此開始了半剛性沉管結構的研發(fā)。”劉曉東這樣告訴記者。

所謂“半剛性”沉管結構，融合了“柔性”和“剛性”沉管的優(yōu)點。據(jù)劉曉東介紹，“半剛性”沉管結構是在柔性管節(jié)結構的基礎上，引入了創(chuàng)新的縱向預應力系統(tǒng)，利用預應力鋼筋控制各節(jié)段接頭運動量，保證水密性。但是，研究成果出來后，長達一年多的時間里，引發(fā)了各種質(zhì)疑與爭論。

最終，他們邀請到國內(nèi)外6家專業(yè)研究機構進行“背對背”的分析計算，從模型試驗及原理上驗證“半剛性”的結構。結果都證明了“半剛性”方案可行，從結構上可以解決沉管深埋的難題。

2013年5月2日上午，港珠澳大橋沉管隧道第一節(jié)沉管出塢浮運，世界最大的海底沉管隧道施工終于開始了，5月6日，首節(jié)沉管順利與西人工島暗埋段對接，完成“海底初吻”。

“半剛性”沉管縱向結構只花費了極小的代價就把沉管深埋的構想變成了現(xiàn)實，從而保障了港珠澳大橋隧道段成為不漏水的海底隧道。從此，世界百年沉管結構的工具箱里，除了已有的“剛性”和“柔性”之外，增加了“半剛性”這個新成員。

半道出家牽頭島隧工程設計，創(chuàng)下更改八成以上原設計方案紀錄

2004年，劉曉東開始負責港珠澳大橋前期研究工作，先后主持完成了大橋工程可行性研究、總體方案深化研究和主體工程初步設計等。2010年，島隧工程項目投標時，項目總經(jīng)理林鳴邀請他來牽頭島隧工程設計工作，當時，劉曉東的心里是矛盾的。

劉曉東告訴記者，他原來的專業(yè)是橋梁工程，主要的工程經(jīng)驗和業(yè)績也主要是橋梁工程，牽頭島隧工程設計工作就意味著要放棄原來十幾年的專業(yè)，轉入一個大多數(shù)中國工程師都陌生的領域，更重要的是，萬一做得不成功怎么辦。

“對于這樣一個當今世界最難的工程，中國工程師之前的沉管經(jīng)驗不能匹配，必須學習創(chuàng)新，而我沒有小沉管經(jīng)驗也許能劣勢變優(yōu)勢。這是當時林鳴說服我的一個重要理由?！眲詵|就這么被說動了，也因此下定了決心。

在此后的7年多時間里，劉曉東和團隊一起經(jīng)歷了學習、追趕和創(chuàng)新的過程，為確保工程一次完成，他和工程技術人員一次次地推翻原有方案，創(chuàng)造了在一個工程中更改八成以上原設計方案的紀錄。

劉曉東提到，當時為了控制沉管隧道沉降，在軟土區(qū)域需要有處理方案，原設計方案是由外國工程師依據(jù)國外經(jīng)驗提出，其方案是采用“鋼減沉樁”，就是在海底打樁，上面鋪上樁帽，樁帽上面再鋪碎石，之后把沉管放在上面。他們原本是比較相信外國工程師方案的，但是之后的試驗結果卻令他們驚出一身冷汗。

試驗結果是沉降變形，樁帽上的碎石散落，專業(yè)術語為“不收攏”，與設計數(shù)據(jù)相差懸殊。他們細問了老外幾個問題，才得知原來用的是江河上沉管隧道的經(jīng)驗辦法，且其中還有未經(jīng)驗證的“假設”。

如果按照原方案做，港珠澳大橋的海底隧道建設將有很大的風險，于是，島隧項目部及設計組內(nèi)部開始分頭行動，在最短的時間內(nèi)基于數(shù)個可用方案創(chuàng)造性地提出并確定了兩套備用方案。經(jīng)過多次專項技術討論會與專家咨詢會后，前后歷時約一年，方案二作為最終方案被確定下來，也即保留原方案的碎石墊層設置，并將人工島島壁下已使用的擠密砂樁方案移植到隧道，形成組合構造的基礎方案。

劉曉東提起這段經(jīng)歷時，感嘆道，幸不辱使命。

港珠澳大橋的原創(chuàng)性技術革新，是中國對世界的貢獻

原來的沉管結構體系適用于淺埋隧道，港珠澳大橋島隧工程在世界范圍內(nèi)首次提出了全新的“半剛性”沉管隧道結構體系+記憶支座（發(fā)揮類似“保險絲”的作用），解決了沉管深埋技術難題，而這只是港珠澳大橋在島隧工程上眾多原創(chuàng)性技術革新中的一個。

談起島隧工程中的原創(chuàng)性技術革新，劉曉東如數(shù)家珍。比如，軟土隧道沉管沉降控制是沉管質(zhì)量的關鍵，也是一項世界級難題，他和團隊首次研究并采用了組合基床+復合地基的基礎方案，將國外同類軟土隧道沉降一般在10?20cm控制在7cm左右，解決了軟土隧道沉降控制的難題;考慮到之前沉管單節(jié)體量在5萬噸級別，港珠澳大橋沉管體量達8萬噸，于是他們研發(fā)了工廠法進行管節(jié)預制，首次實現(xiàn)曲線沉管工廠法預制，提升了沉管預制控裂技術;他們研發(fā)的整體式可逆主動止水沉管最終接頭，則顛覆了之前沉管的最終接頭方法，現(xiàn)場只需一天（原來一般需6個月以上）即可完成沉管合龍，并可實現(xiàn)多次重復對接調(diào)整。

劉曉東認為，這些革新技術促進了世界沉管技術發(fā)展，為世界同行高度認可，是中國對世界的貢獻。

2018年10月24日，港珠澳大橋正式通車。從此，香港、珠海、澳門三地間的時空距離極大縮短，從香港到珠海、澳門僅需30分鐘的車程。

劉曉東向《中國經(jīng)濟周刊》記者表示，港珠澳大橋的建成實現(xiàn)了便捷陸路聯(lián)通，改變了區(qū)域時空觀，使香港、澳門和廣東三個經(jīng)濟體間的生產(chǎn)要素價值差距縮小，從而便于更合理的產(chǎn)業(yè)及城市分工布局，將帶動內(nèi)地的產(chǎn)業(yè)結構升級及香港地區(qū)產(chǎn)業(yè)價值鏈的延長。

編輯：鄒松霖 zousonglin@ceweekly.cn? ? 美編：孫珍蘭