建設(shè)北方首條跨海沉管隧道

文/潘祚聲 欒兆鵬 馬建東 張作鸞

2020年12月，由中國交建投資，中交一航局、中交四航局負責(zé)施工的大連灣海底隧道首節(jié)沉管成功安裝，實現(xiàn)了我國寒冷地區(qū)沉管隧道施工“零”的突破。2021年3月9日，第二節(jié)沉管成功安裝。大連灣海底隧道工程是我國北方首條大型跨海沉管隧道集群工程，中交建設(shè)者積極融入“全面振興東北老工業(yè)基地”國家戰(zhàn)略，依托自主研發(fā)的系列精良裝備和成套核心技術(shù)，打造一條縱貫大連市南北兩岸的跨?？焖偻ǖ?，推動大連灣兩岸一體化建設(shè)。

第四套主梁焊接作業(yè)

“報告總指揮，根據(jù)測控系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示，各項指標(biāo)均滿足設(shè)計要求?！睔v經(jīng)17小時的連續(xù)作業(yè)，2020年12月9日凌晨，大連灣海底隧道首節(jié)沉管安裝工作全部完成，項目四工區(qū)經(jīng)理王殿文大聲宣布。一時間，掌聲、歡呼聲、禮炮聲匯集在一起，唱響勝利的“交響曲”。

大連灣海底隧道是繼港珠澳大橋建設(shè)完成之后，又一項技術(shù)工藝復(fù)雜、環(huán)保要求高的大型跨海沉管隧道集群工程，也是我國首個采用PPP模式投資建設(shè)的跨海沉管隧道。隧道全長3035米，由18節(jié)大型沉管連接而成。隧道結(jié)構(gòu)外包寬度43.6米，單孔跨度17.55米，是國內(nèi)單孔跨度最大、結(jié)構(gòu)外包尺寸最大的沉管隧道。

因地制宜升級核心裝備

“能夠順利、精準(zhǔn)地完成對接安裝，得益于沉管上‘長了眼睛’?！蓖醯钗纳衩氐卣f。

王殿文口中的“眼睛”，便是安裝的拉合磁致位移傳感器、兩船四角吃水集成可視化專用監(jiān)視器、沉管水箱液位傳感器等監(jiān)控元件以及相應(yīng)的專用軟件，這些傳感器通過信號傳輸?shù)诫娔X，再通過量身定制的軟件集成系統(tǒng)進行分析，最后通過可視化的形式投放到一航局沉管安裝船組“津安2”“津安3”的控制室大屏上，實現(xiàn)實時監(jiān)測沉管的水下動態(tài)，給現(xiàn)場技術(shù)人員下達相應(yīng)指令做參考。

“在港珠澳大橋建設(shè)的時候，不少工作要靠人在對講機里喊。一個沉管安下來，好多人的嗓子都啞了。港珠澳大橋完工后，項目團隊總結(jié)施工經(jīng)驗，結(jié)合大連灣海底隧道施工實際，對核心裝備進行了全面升級。有了這些監(jiān)控元件和集成軟件，能夠?qū)崟r查看安裝船位置變化，創(chuàng)新讓施工變得科學(xué)高效，還能保護嗓子?！蓖醯钗男Φ馈?/p>

除了在智能化設(shè)備上進行改造升級，面對惡劣的自然環(huán)境，項目部也進行了有效應(yīng)對。與伶仃洋常年穩(wěn)定在20攝氏度以上的氣溫不同，大連地處中國東北，低溫給施工帶來諸多不便。安裝船“津安2”“津安3”在設(shè)計時未曾考慮低溫作業(yè)條件，而大連灣海底隧道首節(jié)沉管須在12月份進行，寒冷天氣對機械和人員都是極大的考驗。

為此，曾“參戰(zhàn)”港珠澳大橋的系列功勛船舶都針對冬季施工進行了適應(yīng)性改造，加裝鍋爐、暖氣等保暖設(shè)備，更換低溫標(biāo)號齒輪油、液壓油，絞車液壓站移至機艙，甲板設(shè)備定制了防寒篷布等措施，確保船舶在冬季寒冷施工條件下具備優(yōu)越性能。

為確保沉管順利對接，研發(fā)團隊歷時6年時間攻關(guān)，開展科研立項25個，完成專項施工方案140項，并組織了1次浮運空載演練、5次沉放重載演練、8次系泊演練，確保首節(jié)沉管運輸安裝萬無一失。

沉管預(yù)制廠

攻克沉管預(yù)制難題

“這是我國首次在北方低溫環(huán)境下進行沉管預(yù)制，國內(nèi)沒有現(xiàn)成的經(jīng)驗可供借鑒，施工期間更需要拿出‘攻山頭’的干勁，而混凝土的配置成為了沉管預(yù)制的首個難題。”望著在纜繩拖拽下徐徐出塢的首批沉管，二工區(qū)總工申昌洲感慨萬千。

北方優(yōu)質(zhì)河沙資源匱乏，沉管隧道的預(yù)制需使用機制砂配制的混凝土進行預(yù)制，這是國內(nèi)首次使用這種材料，為此申昌洲帶領(lǐng)技術(shù)團隊做了126次模型試驗。隨著試驗的進行，申昌洲團隊發(fā)現(xiàn)模型試驗體積小，各項參數(shù)不能直接應(yīng)用于標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)高達2700立方米的混凝土澆筑上，必須進行足尺模型試驗。而就在大家準(zhǔn)備澆筑足尺模型的時候，新問題出現(xiàn)了。

“足尺模型試驗澆筑預(yù)計時長達25小時，如果按常規(guī)方法進行養(yǎng)護，澆筑的混凝土肯定會因為內(nèi)外溫差過大導(dǎo)致出現(xiàn)裂縫?！倍^(qū)副經(jīng)理連建龍?zhí)岢龅酿B(yǎng)護難題讓大家心頭一緊。大連冬季室外溫度經(jīng)常在零下10攝氏度以下，而混凝土在澆筑兩天后內(nèi)部溫度最高可達60攝氏度，六七十度的溫差必然導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫。

為此，工區(qū)搭建“育嬰箱”進行養(yǎng)護，一方面在側(cè)模頂桁架上鋪設(shè)蒸養(yǎng)篷布，并將四周垂下部分貼合棚架，臺座接觸面用沙袋壓腳，從而使篷布形成相對封閉的空間；另一方面，利用高溫蒸汽進行蒸養(yǎng)，直至養(yǎng)護結(jié)束。新方案的提出，提高澆筑時的環(huán)境溫度，減小了溫差，避免了沉管凝固時發(fā)生裂縫。

沉管預(yù)制廠

當(dāng)養(yǎng)護人員將最后一塊篷布從足尺模型上掀開，從綁扎鋼筋到拆模養(yǎng)護用時整整80天的足尺模型呈現(xiàn)在大家面前。“足尺模型沒有溫度裂縫，混凝土質(zhì)量等各項指標(biāo)均滿足設(shè)計要求，試驗取得成功！”現(xiàn)場響起一片掌聲。

給沉管建造百年“安樂窩”

“大連灣地處黃海北部，海域地勢錯綜復(fù)雜，大量溶洞、斷層和石筍充斥其中，這樣的地質(zhì)條件下，建造百年品質(zhì)的安穩(wěn)基床不容易。”首節(jié)沉管安裝在即，沉管基床基礎(chǔ)施工負責(zé)人李義彬眉頭深鎖。

浮運支航道施工是沉管安裝的第一塊硬骨頭。當(dāng)挖斗深入海底之后，卻碰到了硬質(zhì)粘土和孤石，挖泥船傷退而歸。項目部只得變更設(shè)計，增加爆破工序。然而，水下爆破施工，雖能瓦解堅硬巖層，但航道下方有硬有軟的夾心地質(zhì)又給爆破作業(yè)帶來新麻煩。

“雖然炸礁任務(wù)不到20萬立方米，但堅硬巖石內(nèi)部暗藏溶洞，充斥大量粘土，使用鉆孔投放炸藥，有時候孔沒成型就直接塌方了；有時候是鉆成了，孔內(nèi)的泥水混合物卻使炸藥包無法投放到底，不能釋放最大能量?！崩盍x彬介紹說。為此，技術(shù)團隊決定增大鉆孔直徑，同時改良下藥方式——以尼龍繩系在藥柱尾端輔助下藥，在遇到下藥不順暢時，通過尼龍繩將藥柱提出，通孔后重新裝藥，保證到位率。新的辦法使水下爆破施工效率提升近一倍，同時使95%的基床標(biāo)高一次性成型。

幾番“較量”下來，作業(yè)團隊逐漸摸清了這片海域和地質(zhì)的脾氣秉性。面對E1管節(jié)的夾心地質(zhì)，施工團隊一層一層抽絲剝繭，挖泥2030立方米、炸礁2.8萬立方米，按照設(shè)計標(biāo)高絲毫不差地做好沉管基床，一次性通過交工驗收，為首節(jié)沉管搭建了安穩(wěn)基床。

有驚無險成功安裝

2020年12月8日，大連灣海域晴空萬里、風(fēng)平浪靜，但卻寒氣逼人，涌浪打上管頂很快結(jié)冰。上午10時30分，浮運編隊出征不久，一個突發(fā)狀況出現(xiàn)了。

“‘津安2’M6絞車出現(xiàn)故障，請緊急查看！”不到兩分鐘，項目四工區(qū)設(shè)備部副部長王富敬便到達“津安2”絞車變頻間。他運用絞車控制專用監(jiān)視軟件在線診斷，迅速更換了變頻通訊控制板，絞車終于恢復(fù)正常，從問題出現(xiàn)到解決僅僅用了10分鐘。

好事多磨。23時30分，沉管沉放已進行了2個多小時，操作手發(fā)現(xiàn)沉管調(diào)坡過程中，主船“津安3”無法正常控制副船“津安2”上面的L4絞車?！拔疫^去看看?！蓖醺痪丛俅握埨t。但此時沉管已下沉3米多，兩船之間布設(shè)的纜繩交織在一起，錨艇根本無法進入。在預(yù)判好風(fēng)速和水流后，王富敬劃著浮排前去檢查。

王富敬2015年畢業(yè)后投身港珠澳大橋的建設(shè)，與這幾艘“功勛船舶”打交道5年多時間，對船舶的熟知使他信心滿滿。經(jīng)過半個小時系統(tǒng)排查，成功找到了癥結(jié)所在?！笆墙g車系統(tǒng)出錯了，改過來就好了?！蓖醺痪唇忉尩?，問題迎刃而解。

歷經(jīng)17個小時的連續(xù)奮戰(zhàn)，大連灣海底隧道E1管節(jié)終于順利完成安裝，2021年3月9日，第二根沉管安裝到位。中交建設(shè)者們再次在遼闊的大海上書寫下新的傳奇。