曾经,人们渴望穿江过海连接隔岸相望的不同地域。1910年,美国底特律河沉管隧道建成,以沉管隧道一体互通的方法正式诞生。上世纪90年代,沉管隧道技术开始在我国内河使用,但规模均比较小。21世纪,港珠澳大桥岛隧工程动工,中国人开始在外海大规模使用沉管隧道技术。

从港珠澳大桥岛隧工程到大连湾海底隧道再到深中通道,十余年间,中交人建成了我国三大外海沉管隧道。从曾经到国外考察学习技术,到坚持打造原创技术策源地,中交人一步一步构建起我国沉管隧道现代产业链体系,在推进技术国产化进程中,实现一个又一个里程碑式的奇迹。

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破而后立,“中国智慧”填补空白

浩瀚的伶仃洋上,迄今世界最长的跨海大桥——港珠澳大桥宛如长龙卧波,将香港、珠海、澳门三地紧密相连。港珠澳大桥沉管隧道是世界最长公路沉管隧道和唯一深埋沉管隧道,被誉为桥梁界的“珠穆朗玛峰”“新世界七大奇迹之一”。

建设伊始,如何保证沉管隧道在深海中精准安装?如何确保沉管连接处滴水不漏?没有任何经验可以借鉴的建设者们走出国门,希望能够得到国外成熟技术的帮助。然而,荷兰咨询公司开出了数亿元的天价咨询费,并扬言没有他们的帮助,中国人绝对不可能在深海建成沉管隧道。

何以破局?唯有自立自主,掌握核心技术,才能不再受制于人。

“港珠澳大桥不仅对我们,对世界而言也是超级工程,没有可借鉴经验,只能多动脑多实践,集思广益大胆创新,所有压力才会变成动力。”全国水运工程建造大师、一航局总技术顾问李一勇回忆道。港珠澳大桥采用“桥+隧道+人工岛”设计方案,人工岛岛身填筑最早采用抛石斜坡堤方案。茫茫外海、凭空造岛,这种技术至少要三年才能成岛。经过一次次方案研讨,一航局首创的“超大直径钢圆筒液压振动锤联动振沉”的筑岛方案逐渐明了。锤组组装调试、振沉系统空载试振、运输船驻位、钢圆筒振沉管理系统,一个个难题被相继“拿下”。

2011年5月15日,8台动力站和8台振动锤同时启动,一航局研发的当时世界最大振动锤组正式亮相。大锤一响天下知,首个钢圆筒成功入泥21米,达到设计标高,取得“开门红”。仅用7个月,一航建设者就成功将120个钢圆筒沉入海底,顺利实现了“当年动工,当年成岛”的目标。

为了应对超大型沉管海上浮运和水下45米沉管沉放对接安装等世界级难题,一航局还自主研发建造投入使用了世界最大外海抛石整平船“津平1”和国内首套沉管浮运安装专用船组“津安2”“津安3”,为的就是将33节巨型沉管安稳沉入海底,实现无缝对接。

2013年5月2日,世界岛隧工程史上首个真正意义上的外海深水安装沉管——港珠澳大桥首节沉管开始浮运安装。按照预计时间应该在30个小时内安装完成,但实际上却用了五天四夜。由于首次施工缺乏经验,海况、基床状态等存在很多不确定因素,首次沉放后检测结果显示管节安装出现了较大误差。

“从头再来!”决策组迅速分析情况,查明了基床上的淤泥是造成沉管安装误差的主要原因,并立即组织潜水清淤工作,而这时距离沉管出坞已经过去足足80个小时。2013年5月6日上午10时,首节沉管终于顺利安装就位,鏖战96小时完成“海底初吻”,建设者们用一往无前的勇气和精益求精的态度顺利实现了中国沉管隧道建设领域零的突破,揭开了我国沉管隧道建设历史的新篇章。

2013年9月13日,E4管节安装完成,长达12.6公里的浮运拖带距离,却创造了最快浮运拖航纪录;2015年3月26日,E15管节历经“两进坞门、三出外海”,顺利克服了回淤难题,最终安装成功……

“成功安完一节沉管,并不能使我们团队轻松。因为一节不能代表二节,始终要对工程保持敬畏。”一航局高级技术顾问宿发强回忆。“每一次都是第一次。”一航人用精益求精的态度顺利实现了中国沉管隧道建设领域零的突破。

再攀顶峰,“中国标准”保驾护航

港珠澳大桥建设后期,建设者们奔向更高纬度的大连湾。作为我国北方寒冷条件下的首条大型跨海沉管隧道,大连湾海底隧道全长约5.1公里,其中沉管海底隧道长3035米,由18节预制管节组成,单节沉管重约6万吨。

面对大连湾高寒气候、水域、地质等制约因素,一航局团队坚持自主创新,继续走在技术国产化最前沿,在国际上首次破解寒冷地区大型跨海沉管隧道施工的核心技术,创新实践了大曲率沉管安装、最终接头顶进节段法、全漂浮碎石基床整平、水下电缆插座国产化等施工技术。沉管安装工作开展以来,一航建设者不断刷新“40天安装3节沉管”“12个月安装12节沉管”“20个月安装18节沉管”和“单节沉管安装时间最短”等多项行业纪录,创造了世界跨海沉管隧道建设领域的“中国速度”和“中国效率”。最终接头作为海底隧道段和陆上现浇段的过渡结构,是关键核心技术,一航局在国内首次提出并应用“顶进节段法”施工工艺,在顶推、止水、测控等关键核心技术上实现了自主自控,安装精度控制在3毫米以内。

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“这是在港珠澳大桥隧道工程‘巨人’肩上又迈出的重要一步,也使中国跨海沉管隧道产业在世界上的领先水平更进一步。”2022年8月,大连湾海底隧道沉管安装全部完成,中国工程院院士、桥梁隧道及近海工程专家林鸣在接受记者采访时如是说。如今,大连湾海底隧道已建成通车,大连人民海底隧道梦终于得以实现。

从有到优,“中国方案”誉满全球

在建设者们眼中,如果说港珠澳大桥意味着诸多“从0到1”的突破,那么深中通道就是在实现“从1到2”的升级。

人工岛是实现跨海桥梁和海底隧道转换的关键。一航局研发的“大直径钢圆筒快速成岛技术”在港珠澳大桥岛隧工程已经成功使用,但深中通道西人工岛钢圆筒直径更大、重量更大,施工地质和水文条件也更为复杂。

在8锤联动的基础上,一航局团队成功研发12锤联动锤组,联动激发、同频震动。2017年5月1日,首个钢圆筒振沉成功;9月18日,最后一个钢圆筒振沉完成。历时141天,“快速成岛”的施工纪录得以再次刷新。

与港珠澳大桥沉管隧道相比,深中通道沉管隧道为全球首例双向八车道钢壳混凝土沉管隧道,由32节“航母般”大小的沉管连接而成,也是世界上最宽的钢壳沉管隧道。面对新结构、新形式,现有装备无法满足实际需要。为攻克这一世界级施工难题,一航局组建涵盖设计、研究、装备、施工等专家和工程师的专题研发团队,历时3年成功研发出世界首制自航式沉管运输安装一体船“一航津安1”。

“相较于‘津安2’和‘津安3’,一体船体现出四个‘一体’。”李一勇解释说,“首先这是一艘船,船体结构一体;其次集沉管浮运和沉放安装两项功能于一体;三是动力一体,便于操作也更节能环保;四是船管通过刚性连接组合一体,体现了浮运安装一体化施工工艺。”

这又是一次重大的创新和跨越。“一航津安1”集沉管浮运、定位沉放和安装等功能于一体,且具有DP动力定位和循迹功能。此外,团队还成功引进我国自主研发的北斗卫星系统,高质量完成了深中通道23节沉管以及最终接头的安装任务,创下1年安装9节沉管、连续7节实现近乎零偏差的毫米级安装的世界纪录。“北斗定位测控系统在深中通道的成功应用,将‘一体船+沉管’免精调的中国方案变为现实。”一航局深中通道项目部总经理岳远征自豪地说。

十余年来,中交建设者构建起我国大型外海沉管隧道的三大版图。我国首支专注于中国沉管隧道匠心品质和科技内涵的卓越队伍逐渐走向成熟,一航局在打造沉管隧道原创技术“策源地”的道路上迈出坚实步伐。(中国交建)