2011 年,港珠澳大桥导隧工程总工程师林鸣,用三亿人民币,并没有换来荷兰的技术支持,反而换来了一番冷嘲热讽:他们送给中国人一首「祈祷歌」,内涵中国人不可能自己完成这样的任务。除非,拿钱换,十五个亿。
但是荷兰人万万没想到,中国人既没有拿钱换,也没有再祈求别人帮助,更没有因困难而放弃港珠澳大桥项目。
而是默默转身,在没有技术、没有先决条件的情况下,历时十五年,建成了世界上跨度最大、长度最长、沉管隧道最长造岛最快、钢结构最大、使用寿命最长、可抗台风 16 级的「桥,岛,隧」三位一体的超级桥梁。
2018 年,港珠澳大桥通车一刻,世界为之震惊。英国卫报更形容其为「世界第七大奇迹」。
更没有想到的是,2016 年 3 月,林鸣应荷兰某世界顶尖隧道工程咨询公司的邀请进行技术交流,就在他们走进集团大门时,一面鲜艳的五星红旗在雄壮的中国国歌声中缓缓升起,这家公司以一种特别的方式来表达对港珠澳大桥建设者的致敬。而邀请方正是当年开出 1.5 亿欧元天价、说中国人「不行」的那家公司。
世界换了天,国际超级桥梁的工程标准,由中国人改写。
一切都是「从零开始」,一切都是无经验可循,但是基建狂魔中国队做到了。
那些否定的、说不行的,到了中国队手里,都被接纳、被消化、被转化。
我们来看看港珠澳大桥项目,除了摆在明面上的各项成就,其背后究竟有多少不为人知的艰辛,究竟是怎样一一打脸那些说它「不行」的?
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2002 年的夏季,乌云密布的澳门港口,工程师巫启华在香港的父亲病危。从澳门坐船到香港,也不过 45 分钟。然而,因天气变化,码头公司的客船停运,吴启华错过和父亲最后一面,遗憾终生。而父亲最后一句话是:儿子到了吗?
80 年代初,身在珠海的待产孕妇丁茹淑兰和丈夫从九洲港口岸乘船回香港,船经过大屿山后,天气突然转坏,船体大幅度摇摆起来。船在港池打转,怎么也靠不了岸,剧痛下的丁茹淑兰就在船上生下了孩子……
「连结巴林和沙特阿拉伯的波斯湾跨海大桥,连结丹麦和瑞典的厄尔松海峡桥,还有连结本州和四国的日本濑户内海大桥,都是跨海大桥,中国难道在伶仃洋上就建不起一座大桥吗?」劫后余生的丁茹淑兰如是想,这可能也是痛失父亲的巫启华的想法吧?
多年来,珠江天堑难越,珠江口羁绊了两岸三地的交往,阻隔了车辆通行,延宕了车辆通行。铁路到了珠海东岸成了断头路,公路到了西岸成了「肠梗阻」。
对桥的呼唤,不仅是普通百姓的民生渴望,更是内地与港澳战略高度的需求。
上个世纪八十年代,珠海市委书记梁广大说,提出建设伶仃洋大桥项目,是出于能带动珠海及珠三角政治经济全局的想法,我们称之为「命运工程」。什么是命运?改革开放以来,即使同为沿海特区,因某种因素的阻碍,也会「同城不同命」。
珠江口东西两岸的经济,几乎是同时起步的,但是却形成了「冰火两重天」的天壤之别。东岸的深圳、东莞承接香港的发展,如火如荼,2001 年生产总值为 2533 亿,西岸的珠海、中山却显得成绩平平,同年生产总值 1235 亿。数字也许是枯燥的,但是数字背后蕴藏的却是命运的差异。
为什么会是这样?
因为珠江口如同一个天堑横亘在珠海与香港之间,使珠海的改革开放借力香港发展的梦想难以实现。
有这样一组数据:
大桥未建成之前,珠海集装箱主要靠九洲港海运,如果从陆地绕道广州,再到香港的话,则要 3000 多块钱,而深圳到香港,只要 1000 多块钱,如果每一个企业每个月,有 1000 多个标准集装箱出口,一年要多付 200 多万港币运费。并且,兜这么一圈,需要六七个小时。好多外商因此不在珠海投资办厂,不划算。
其次,当时从香港或深圳到珠海需要乘船,耗时 75 分钟左右,并且通行会受到天气影响。如果从陆路前往,则需要绕道东莞虎门大桥,车程在 3 小时左右。而计划中的港珠澳大桥,可以将该车程缩短到 45 分钟,节省下多付的 200 多万。
改革开放下,广东珠三角地区涌现了大量的工厂和企业。大量的工厂必定要有大量的配套基础设施,道路是「刚需」。不管是工厂的原料还是货物,都需要通过道路运输。建设一座直通港珠澳的大桥,可使货运更加方便。
珠海要发展,必须尽快打通与香港的路上交通联系,这样才能接住香港辐射的利好。
而在 20 世纪 80 年代初,香港由于受亚洲金融危机影响,急于逃出升天,内地无限的市场潜力,无疑是他们寻找的新的经济增长点。所以,香港特别行政区政府认为有必要尽快建设连接港珠澳三地的跨海通道,以发挥港澳优势。
为实现粤港澳大湾区物理层面互联互通创造条件:香港与珠海的货运,可以直接通过港珠澳大桥,而不用再通过其他城市中转。随着广深港高铁、港珠澳大桥相继通车,能够实现粤港澳大湾区物理层面互联互通。
早在 1983 年,颇有远见卓识的实业家胡应湘,脑海里就已经呈现出「大湾区」的雏形。在当时原规划中的伶仃洋大桥的蓝图上,大桥东接香港特别行政区,西接广东省珠海市和澳门特别行政区,首次实现了珠海、澳门与香港的陆路连接,可预见能够大大提升珠江三角洲地区的综合竞争力,这是叫胡应湘这个实业天才想想就无比激动的未来。
规划中的港珠澳大桥,以公路桥的形式起于香港大屿山,西向伶仃洋经青州桥、江海桥、九洲桥,最后分成 Y 字形,一端连接广东省珠海市,一端连接澳门。粤港澳大湾区规划中的宏伟蓝图正在一步步成为现实。
中国科学院院士、香港浸会大学荣休校长陈新滋教授说,「我有一些做生意的朋友,他们一个星期可能去两三趟内地的工厂看看。如果按照过去的行程,路上来回就浪费了一天时间。港珠澳大桥通车后,他们上午视察完工作,下午还有时间可以约朋友打一场高尔夫球。这对很多企业家太有吸引力了。」
香港特区行政长官林郑月娥说,港珠澳大桥将「有利于香港的角色由联系人转向成为更积极的参与者,和粤港澳大湾区内的澳门、珠海、中山、江门等地共谋发展」。
澳门特区行政长官崔世安指出,「粤港澳三地首次合作建设的大型跨海交通工程,为融入粤港澳大湾区的发展创造了更坚实的基础。」
由上可见,「大湾区」的概念与港珠澳大桥项目息息相连。那么,什么是大湾区?它为何如此重要?
大湾区的概念是国家建设世界级城市群和参与全球竞争的重要空间载体,湾区是指由一个海湾或者相连的若干个海湾、港湾、邻近岛屿共同组成的区域,是世界先进滨海城市的显著标志。
湾区经济是一种重要的滨海经济形态,是当今国际经济版图的突出亮点,湾区经济则靠港而生、依湾而兴,具有天然的开放属性,其兴衰高度依赖国际贸易体系,也深刻影响国际贸易体系。
港珠澳这 55 公里连接的不仅仅是粤港澳三地,未来因它而形成的 5.6 万平方公里的区域,将是继东京湾区、纽约湾区、旧金山湾区之后,世界经济版图上又一个闪耀的经济增长极。作为龙头,进入 2020 年后,粤港澳大湾区将形成以珠江至西江经济带为腹地,带动中南、西南发展,并辐射东南亚、南亚的经济大格局。
在以上政治、经济、社会的需求下,港珠澳大桥项目,成为解决问题的不二选择。
要建,必须要建,还要建好。
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2009 年,在万众瞩目之下,国家总理李克强宣布港珠澳大桥开工。港珠澳大桥开启从梦想到现实的征程。
2.5 公里之外的海面上,三艘挖泥船的抓斗稳稳伸入水中,抓起港珠澳大桥工程开工的第一斗泥。
在给大桥定调的时候,中央就明确,港珠澳大桥建设标准就高不就低。
120 年使用寿命的标准,为项目建设确定了三大目标:建设世界级的跨海隧道、为用户提供优质的服务、成为地标性建筑。
那些曾预言「中国不可能完成这样的任务」的外媒,将镜头对准了这个「中国第一桥」,到底谁能打谁的脸?全世界的人都在追这个「港珠澳大桥」的大剧。这是一个不公平的命题,面对大桥建设的无数挑战,中国队只要输掉一个,就会满盘皆输。
1)第一个挑战一 —— 工程技术的挑战
港珠澳大桥是世界上技术含量最高、规模最大、标准最高的工程,面临诸多来自尖端技术的挑战。如此浩大的工程,使用的大型设备不论进场还是退场,都面临重大考验。
大桥工程包括三项内容:一是海中桥隧主体工程;二是香港、珠海和澳门三地口岸;三是香港、珠海、澳门三地连接线。
❶ 桥岛隧结合的建桥设计,国际顶尖专家都不敢选择的方案,中国队选了。
每一座大桥都是人类与自然的抗衡,港珠澳大桥也不例外。
水流湍急的伶仃洋,水文地质极端复杂。来往船只经常被淤泥和海草搅缠。
早在澳督时代,就有全球有名荷兰航道专家进行过研究,但无济于事。
时至今日,伶仃洋依然风高浪急,要在环境复杂的珠江口建造一条长达 55 公里的跨海大桥,立项之前,国内外顶尖专家纷纷摇头。
大桥主体工程的建设,通常有 3 种方案:全部桥梁、全部隧道、桥隧结合。如果前期方案选择失误,那将是不可逆的下场。
有着 50 年经验的港珠澳大桥总设计师孟凡超,临危受命,带领团队对港珠澳大桥前期可行性进行了专题研究。
他发现,大桥除了要解决大自然的难关,同时也要解决航运、环保的难关。曾经主导过青岛海湾大桥、深圳湾公路大桥等著名项目的他,发现以往的经验不能用了。因为港珠澳大桥「我们不一样」。
究竟哪里不一样呢?就广州港举例,它们要确保珠江航道最大通航 30 万吨级油轮和 15 万吨级集装箱货轮,同时还要满足石油钻井平台的运输通过。这是什么概念呢?钻井平台的高度是 70 多米,所以,至少要把大桥的桥塔修到 200 多米,这样的高度对大桥来说是致命的。
另外,香港、澳门的国际机场为 120 米限高,桥梁一旦坍塌,伶仃洋航道就会被封航。所以,全桥方案被否定。
但是如果全部修建成海底隧道,资金的投入又是桥梁的 4 到 5 倍,加之海下作业风险很大,全隧道方案也被否定。
为此,设计师提出了一个大胆的设计思路,将大桥会影响船只和飞行通行的部分埋入海底,变成海底隧道。这个方案创造性的将大桥建成「桥梁+人工岛+海底隧道」的组合,使大型船只与飞机都能不受干扰的安全通行。
顺便说一句,人工岛,相当于实现桥梁与海底隧道连结的中转站。
然而,海底隧道沉管技术是世界级难题。
❷ 荷兰人笃定中国干不成的「沉管技术」,中国人干成了。
中国到底干成了什么事?那就是突破并升级了海底隧道的核心点——沉管技术。
对于海底隧道,很多人都不太熟悉,但说到挖洞,我们马上就能想到地铁,就容易理解多了。虽然都是建造于地下,但地铁的建造环境要比海底隧道容易得多。
「沉管技术」是目前世界上建造海底隧道使用最多的方法,就是预先将隧道段建造好,然后再运送到施工水面,将每一段预先建造好的隧道逐个沉入水底,然后在水底完成拼接。在拼接完成之后,只需要把隧道内的水抽干,海底隧道的主体就算是建造完成了。
如此看来,建造海底隧道似乎也并不复杂嘛,的确,如果海底隧道都能用沉管法建造,自然会轻松很多。但是为什么说「沉管技术」是世界难题呢?它究竟难在哪里?
因为,沉管技术的局限性很大。它要求建造施工地段的水文环境能够长期保持稳定,对海水深度、海况强度、海底泥沙层和岩层的强度都有着一定的限制,如果区域海况又或者海底地质状况恶劣,又或者海水深度过高,是不能使用沉管法来进行隧道的建造的。
而很多地方都达不到这一要求。尤其是水流湍急的伶仃洋海域,更不具备这些条件。这些还要包括对地震、海啸、台风的考量、对白海豚的栖息地的考量。
海底隧道建设,要做到滴水不漏,在高温、高湿环境下,大型集群工程的混凝土结构耐久性是工程建设面临的重大挑战。
在港珠澳大桥建设之前,全球最长的韩国釜山沉管隧道长 3.4 公里,是荷兰提供的技术支持。外海沉管隧道建设的核心技术都是掌握在荷兰、德国等少数的几家国外公司手里。
虽然素有「基建狂魔」之称的中国建筑工程师们非常厉害,但是在沉管隧道这方面却是经验不足,以前只建过内河沉管隧道,并且这些沉管隧道都很短,只有几百米而已。
中国队从来没有在外海建过沉管隧道,可以说是毫无经验可言,差不多是从零开始,摸着石头过「海」。
港珠澳大桥沉管隧道被设计为全球最长的沉管隧道,长 6.7 公里。隧道上方远期规划通航 30 万吨轮船,隧道需要埋入水下 20 多米,世界并无这种深埋沉管隧道的建造经验。
这也就是说,港珠澳大桥项目,不仅水文环境不达标,技术也不达标,甚至没有可以参考的先例。
开工之前,林鸣带领他的团队与荷兰某世界顶级隧道工程咨询公司接触。就出现了开篇的那一幕——对方同意提供沉管浮运安装施工技术咨询,但狮子口一开就是 1.5 亿欧元的咨询费,并且只派出 26 名咨询人员。
林鸣想取一个最省钱的方案,就是花 3 亿元人民币买它部分重要技术,但还是被拒绝。再后来,荷兰人就要送给林鸣一首「祈祷歌」,并预言,中国人会像韩国人那样回来找他们的。
荷兰公司吃定:中国凭自己,不可能建成港珠澳大桥。
而其他国外咨询公司给的建议是按照常规方式建设,这意味着在未来整个运营期,大约每两年就需要在海上进行一次维护性疏浚作业,不断清除隧道上方的淤泥以减轻荷载,对海洋环境影响很大,还影响船舶通航。
林鸣西方「取经」的遭遇,引发了中国科研人员你的斗志,他们深知,天价买不回核心技术,只有走自我创新之路,才能掌握核心技术。2010 年 2 月,交通部汇聚国内外相关领域著名专家成立了港珠澳大桥技术专家组,开始啃这块「硬骨头」。
岛隧工程的攻克点,分别散布于在于海底地基、沉管的生产、运输和安装。哪一个环节出错,都会导致满盘皆输。
第一先说「海底基床的铺设」。世界上大多数已建成的沉管结构都发生了渗漏水,主要原因是基础发生了沉降,造成了结构损伤。
那么,究竟什么是「沉降」?容易懂的一句话就是,因为海水的压力,还有沉积物的覆土厚度,导致受力不同,产生沉管管段开裂、漏水,直接影响隧道的寿命和安全。
不良地质体及结构界面的稳定性及其与海水的连通状况都会影响到施工技术难度和工程风险,而且也是隧道埋置深度等参数的控制性因素。港珠澳大桥下方的软土地层最厚超过 40 米,软土地层到密实砂层过渡段长达 1.5 千米,局部沉降的风险极大。
根据设计方案,海底沉管隧道工程要在伶仃洋海面 40 多米深的地方,开挖一条长 5664 米的海底隧道基槽,海下的最大挖掘深度为 48.5 米,误差不超过 0.5 米。但是由于港珠澳大桥地质环境是厚软土地基,而且厚度在 30 米到 50 米之间,这就使得沉管基础的沉降控制变得非常困难。
如果基础出了问题,那么将近 8 万吨重的沉管铺在上面,就会造成沉管隧道漏水等更严等更严重的问题。
因此,经过无数次工法比选、理论计算和试验验证,沉管隧道的工程师们设计了一种新的复合地基与组合基床相结合的基础方案,简单来说,就是在沟槽的基床底部加铺一层 2 米到 3 米的大块石头并把它们夯平,然后再用碎石头把表面铺平。参与建造的工程师们纷纷笑称,这道工序感觉就像是给海底沉管铺上了一层「席梦思床垫」。
结果证明,这一方法是非常有效的。在整个岛隧工程中,运用组合基床的部分,隧道的沉降都可以控制在 5 厘米以内,这比计划中约定的 20 厘米沉降标准还要少上好几倍。既然找到了正确的方法,那么沉管基础的铺垫就变得顺畅很多,最终,我国工程师顺利完成了世界上首例深海基床的铺设工程。
基槽挖好后,还要进行加工,因为海床的泥土水分高,像嫩豆腐一样软,非常容易发生塌陷。于是抓斗式挖泥船的「好朋友」都来帮忙了,挤密砂桩船、清淤船、抛石船、整平船陆续登场,他们在海底各显神通,将基床打造得平整又坚固。
沉管地基加固的新技术叫挤密砂桩技术,即采用专用沙桩船,通过振动沉管设备和管腔加压装置,把沙强制压入水下的软弱地基中,迅速起到置换、挤密、排水、垫层的作用,增加地基的强度和刚度,加快地基的固结,减少沉降。
「这项技术起源于日本。」叶柏荣说。叶柏荣是国内最早研究挤密砂桩技术的人,谈起往事,他还是有些愤愤不平:「当时呢,我们跟日本进行洽谈,我们是想要购买这套东西。但是日本人说船可以卖,但里面的控制系统不卖,你们要做工程我们可以帮你们去做。这哪行呢,我们怎么能受制于人家?」
直径的控制,下砂量的控制,置换率的控制,标高的控制,都需要一套完备的控制系统去实现。中交三航局副总工程师、女博士时蓓玲和她的助手马振江带领研发团队,经过一年多的研究,终于研发出一套具有独立知识产权的控制系统,彻底打破了外国人对挤密砂桩工程技术的封锁。
之后,一大批中国自主研发的高性能「大国重器」横空出世:整平船「津平 1」、起重船「振华 30」、清淤船「捷龙」轮、抓斗船「金雄」轮……在港珠澳大桥你方唱罢我登台。
第二再说「快速成岛法」。
港珠澳大桥海底隧道所在区域没有现成的自然岛屿,需要人工造岛。一开始,工程采用的是传统的抛石填海筑岛方式。在修筑人工岛的地方有一层 15 米到 20 米的淤泥,由于淤泥的物理属性,如果在其基础上做抛石斜坡或常规重力式沉箱,抛石或重力沉箱就会因淤泥而打滑,地基不稳。最常规的办法是把淤泥全部清理掉,或者用排水固结的办法使淤泥变干,然后再抛石或用沉箱坐稳。
在海底排出 800 万吨淤泥并不现实。
如果把淤泥全部清理掉呢?不算不知道,一算吓一跳,要清理足足 800 万立方米淤泥,其挖掘量相当于堆砌三座 164 米高的胡夫金字塔,工期 3 年都未必拿得下来,要命的是在通航繁忙的伶仃洋航道附近水域安排大量船舶施工,必然堵船,不仅安全风险极高,而且还会对海洋环境造成很大污染。
工期、安全、环保……岛隧工程总工程师林鸣冥思苦想,他在港珠澳大桥隧道图两端「勾勒」出两座扁舟状的离岸人工岛,伫立在珠江口海面。
2007 年,在一次技术交流会期间,一个「突发奇想」的构思闪过林鸣的脑海:何不将一组巨型钢圆筒直接深插并固定在海床上,然后再填砂形成人工岛?
林鸣说:「灵感来自东京湾横断工程,我那时经常到日本去,我就到博物馆,在里面看到一幅图,一张建设当中的图,用的就是圆筒,不过是香港人工岛现在用的那种,当时我就非常震撼。我就想,哎呀,我们中国什么时候能做这样一个工程就好了,就成了一个梦,特别想做。」
简单来说,这种「快速成岛法」就是:在陆地上预先制造 120 个直径 22.5 米、高度 55 米、重量达 550 吨的巨型圆形钢筒,通过船只将其直接固定在海床上,然后在钢筒合围的中间填土造岛。这种施工方法既能避免过渡开挖淤泥,又能避免抛石或沉箱在淤泥中滑动。岛上建筑采用表面平整光滑、色泽均匀、棱角分明、无碰损和污染的新型清水混凝土,施工时一次浇注成型,无任何外装饰,有效应对外海高风压、高盐和高湿度不利环境。
用钢圆筒作为海上人工岛的岛壁结构,也成为港珠澳大桥岛隧工程的一项创举。
第三再说「沉管结构设计创新」。
自 1928 年人类工程史上修建第一条钢筋混凝土沉管隧道以来,所有沉管结构只有刚性(A)和柔性(B)两种结构体系,这似乎是一个非此即彼颠扑不破的真理。但现有工程记录显示,这两种结构体系沉管隧道都是浅埋隧道,沉管回填及覆土厚度约在 2—3 米;而港珠澳大桥隧道是世界上唯一深埋沉管隧道,最深沉放水下 44.5 米,上有 20 多米覆盖层,超过浅埋沉管 5 倍的荷载。
刚性结构好比一块长条积木,而柔性结构好比将小积木块拼接成积木条。如果采用传统的结构体系,沉管结构得不到安全保障。
困扰着岛隧工程设计师们的难题迟迟无解:如果采用 A 结构设计——33 节长达 180 米的刚性管节在海底复杂的环境中很有可能因为受力不均而开裂。要知道,倘若 200 多个水下接头中有一个接头遭到破坏,后果不堪设想;如果采用 B 结构,即使允许其发生小规模扭转,但在深埋式沉管占据 2/3 的情况下,120 年运营期内控制回淤物厚度,必须隔几年进行一次清淤回填,维护费数十亿元人民币,这将产生巨大的成本。
面对问题,国外权威隧道专家给出「深埋浅做」的两个解决方案:其一是在沉管顶部回填与水差不多重的轻质填料,这需要增加十多亿元人民币投资,工期也将延长;其二是在 120 年运营期内控制回淤物厚度,进行维护性疏浚,维护费数十亿元人民币。
选 A 还是 B?这种单项选择和昂贵的代价让中国工程师心有不甘。
能不能另辟蹊径找到另一个 C 答案?
2012 年 11 月 17 日凌晨,总设计师刘晓东的手机上收到一条短信:「尝试研究一下半刚性。」短信是岛隧工程总工程师林鸣发来的。
林鸣回忆:「那一夜我几乎没睡,凌晨 5 点左右,我的脑海中闪现出了半刚性这个概念,它能够提高接头的能力,可能是从结构上解决 40 米深埋沉管的一条出路,我于是给团队发了那条信息。」
林鸣所提出的半刚性结构设想,就相当于用小积木块拼成积木条的同时,在每两节积木块中间用松紧带连接起来,让它们实现既分离又相互间有联系。这能有效增强深埋沉管的结构安全性。
一次提出这个概念,立即被外国专家批得体无完肤。外国专家毫不掩饰地表达了他们的反对:「没有经验,你们有什么资格来创造一个新的结构?」
为了证明「半刚性」结构,从 2012 年底到 2013 年 8 月,项目部邀请国内外 6 家专业研究机构进行「背对背」的分析计算,从模型试验及原理上验证「半刚性」的结构。研究论证结果趋同,证明「半刚性」是从结构上解决沉管深埋的科学方法,最终得到了各方面的一致认可。
经过两年的努力和坚持,「半刚性」只花费了极小的代价就把沉管深埋的构想变成了现实。事实证明,采用半刚性结构预制完成的沉管隧道基础沉降、水密性都达到了世界最好水平。在 4 年多的施工中,半刚性沉管结构也证明了它的确「不可一世」,33 节沉管安装完毕,沉管隧道硬是滴水不漏。
2016 年 3 月,林鸣应荷兰某世界顶尖隧道工程咨询公司的邀请,再次来到阿姆斯特丹。令他惊愕的是,就在他们走进集团大门时,一面鲜艳的五星红旗在雄壮的中国国歌声中缓缓升起,这家公司以一种特别的方式来表达对港珠澳大桥建设者的致敬。
「中国,了不起。」举起大拇指的正是当年开出 1.5 亿欧元天价的那家曾经不可一世的「百年老店」。
愿赌服输,这也是荷兰人的可爱之处。
第四来说说「沉管安装」。
港珠澳大桥预制的大节段大部件体量之大十分「唬人」——有 8 万吨体量的隧道沉管、有插在海底 10 多层楼高的钢圆筒、有近 4000 吨重的预制钢箱梁……
撼山易,撼这些「庞然大物」难,大标段的大部件要拿什么样的大装备去安装?
譬如,那每只 8 万吨的 33 节沉管绝不是「一放了之」。还记得那个铺满碎石的出现海底「席梦思床」吗?海底基床平整,是沉管安装的先决条件,一旦碎石基床出现不平,将影响整个隧道的质量。
但是,只有高精度的基床,才有高精度的沉管对接。
一开始,中国的工程技术人员也曾经考虑引进专业设备来提高铺设效率。放眼全世界范围内,当时只有两艘施工船能担当沉管碎石基床的平整重任,一艘在丹麦,曾在建造厄勒海峡沉管隧道中使用过,另外一艘就在韩国,用于釜山海底隧道。
寄希望从国外类似工程中找到答案,中国的工程师们于是又一次踏上「取经」的旅程。
那是 2006 年,韩国釜山。
林鸣带着工程师风尘仆仆赶到釜山某知名公司。接待单位非常热情,但他们乘坐的交通船在距离釜山沉管隧道抛石整平船数百米远的水域绕了一圈、两圈、三圈……就是不停船登录。
「抱歉!」正当他们十分纳闷时,陪同考察的韩方人员这样告诉考察团的成员。
「施工单位不允许登船参观。」
本来兴致勃勃的「取经」之行,成了灰心丧气的「海湾一日游」。
「也不是完全没有收获。」林鸣说,后来发现,这两艘船其实都不符合港珠澳大桥建设海底隧道的要求,港珠澳大桥最深水深为 48.5 米,那两艘船工作水深分别只是 25 米、40 米,根本就「够不着」。
而且,伶仃洋海况比韩国釜山巨济岛海况更加恶劣,岛隧工程隧道基床宽度和面积比釜山隧道更大,碎石基床精度要求更高。思索再三,中交港珠澳大桥岛隧工程项目部决定自力更生建造一艘碎石整平船,他们把目光转投到上海振华重工。
在研发的过程中,工程师们发现,韩国的整平船采用的是漂浮作业方式,船体在水里受到波浪的干扰直接影响铺设精度,但港珠澳大桥隧道的整平精度要求控制在小于 40 毫米,这样韩国的整平船毫无参考价值,必须另起炉灶。研发曾一度陷入胶着。
但成功,永远钟情于执着的人。
根据港珠澳大桥实际的施工工况,工程师们引入了石油钻井平台抬升系统的工艺,用四个桩把工作平台抬出水面强化稳定性,终于克服了水流波浪的影响,成功满足了沉管基床施工「毫米级」的精度要求。
这是中国首艘高精度深水自升式整平平台,名为「津平 1」。不过,工程师们还是乐意叫它碎石整平船。
不仅仅整平船早遇到技术封锁,深水高精度清淤设备、沉管调整装置 EPS、沉管安装船等设备也曾遭遇过类似的经历,它们的技术标准,无一例外要求「高精度」。但是这些,都被中国工程师们攻克了。
从 2006 年到 2012 年这 7 年时间里,数以百计的专家、设计师和工程师加入研发生产并实施众多新结构、新工艺、新技术、具有独立知识产权的大型新装备,除深水碎石整平船「津平 1」「津安 2」「津安 3」外,高性能大型专用装备还包括:
起重船「振华 30」。
清淤船「捷龙」轮。
抓斗船「金雄」轮……
这些大型海工装备之前在中国闻所未闻,在世界上也少有踪迹。没有它们,钢圆筒无法整体漂洋过海运抵伶仃洋并沉放至海底岩基,沉管无法在烟波浩渺的伶仃洋里浮运沉放安装和精确定位,钢箱梁无法在空中 180 度竖转矗立于桥塔之巅……
这些「大国重器」饱含着工程师们的智慧和汗水,为港珠澳大桥工程建设提供了技术保障,促进了我国工程建设技术装备水平达到国际领先。
2013 年 5 月 1 日,历经 96 个小时的连续鏖战,海底隧道的第一节沉管成功安装。
首节沉管长 112.5 米,宽 37.95 米,高 11.4 米,总重量为 44000 吨,光上部平面的面积就比 10 个篮球场还要大。这是中国土木工程界第一次组织外海大型深水沉管隧道施工,首节沉管「深海初吻」难度被媒体广泛报道为「堪比『神九』与『天宫一号』太空对接」。
沉管在浮运过程中风险是最大的,从沉管预制厂到安装现场,要经过 12.6 公里长距离沉管拖航,复杂多变的伶仃洋海域洋流,这需要深度分析并掌握海浪、海流、风速、海水盐度、海水浊度等复杂数据。由于珠江主航道只有 240 米宽,很窄,一旦搁浅,沉管就废了。
那天沉管浮运时,有 9 艘锚艇陪伴左右,12 艘海事船警戒护航,「舰队」总马力超过 5 万匹。在英国路透社的网站上,赫然有这样一条吓人的消息:据外电报道,今日,中国首艘航母「辽宁舰」编队赴南海训练……
呵呵呵,这幽默也逆天了。
然而,第一节的成功并不意味着后面 32 节安装都可以简单复制,严苛的外海环境和地质条件,使得施工风险不可预知。
林鸣每一次安装,离开房间的时候,他都会回头看看那个房间,因为每一次出发,都可能是最后一次出发。
2014 年 11 月,第 15 节沉管安装失败,基槽回淤专题研究组组长杨树森查出了肝癌,他没有说,依然坚守在安装船上一天一夜。
2015 年 3 月,林鸣和他的团队安装第 15 节沉管成功,这对于他来说,是有着重大的意义,他要告诉生命倒计时的杨树森这个好消息……
但是,第 33 节沉管,也就是最后一节沉管,才是这场布局中的大「BOSS」。为什么呢?因为它是一个曲线沉管。
E33 沉管安装让工程师们最头疼的是东人工岛岛头复杂的「挑流」,因为西人工岛与沉管对接形成的轴线与水流方向是一个正相交,而东人工岛与沉管对接形成的轴线与水流方向是一个斜相交。正是这个斜相交,使得安装过程中沉管姿态变得难以控制。
这个首个曲线段沉管的安装,工程技术人员们筹备了两年,进行了一年的专题科研、半年多的施工准备,在基床铺设过程中又多次受到强台风的影响。
8 日凌晨两点,施工区域的风力逐渐减小,E33 沉管正式开始沉放。经过 26 个小时的连续作业,E33 沉管与东人工岛成功对接。
33 次安装,每次都如履薄冰。世界级的工程,需要世界级的付出。