築起「定海神針」——記港珠澳大橋島隧工程建設

【新華社12月8日電】2011年12月7日,珠江口外開闊的海面上,隨著第120個巨大的鋼圓筒同時被8只“大錘”穩穩“砸”入海中,舉世矚目的港珠澳大橋項目控制性工程——島隧工程人工島主體完美“收官”。

空中鳥瞰,120個鋼圓筒圍成的兩個“小島”,好似兩串珍珠嵌在海面上。據介紹,每個鋼圓筒均直徑22米、高約50米、重500多噸,面積相當於一個網球場,體積接近於一個完整的15層樓房。

深海築島,非一日之功。中國交通建設股份有限公司聯合體港珠澳大橋工程島隧項目部的設計、建設者憑著超越前人的大膽構思、精細嚴謹的敬業精神,正在構建一條連接香港、珠海及澳門的大型跨海高速通道。

大膽構思創新海外築島

港珠澳大橋是一個橋、島、隧一體化的工程項目。就是在海中建兩個人工島,其間用隧道連接;這兩個人工島又通過橋梁與香港、澳門、珠海相連。

港珠澳大橋項目設計總負責人孟凡超介紹,振沉鋼圓筒是海上築島的第一步,也是關鍵一步。這麼大體積的鋼圓筒在世界上沒有先例,八錘聯動精確入海也是世界首次。不僅是鋼圓筒本身身形巨大不便生產、運輸、吊裝。複雜多變的大洋,以及嚴苛的環保要求,都對設計、建設提出了極高的挑戰。

2006年,中交聯合體港珠澳大橋工程島隧項目部總經理林鳴和他的團隊就開始思考深海築島的方案。一個基本的著眼點是,深海築島,人工島面積儘量小,儘量少用船舶、簡化工藝,這是傳統的工藝難以實現的。而要實現環保、確保品質和進度,就要考慮大型化、標準化、預製化。

在一次技術交流會期間,一個大膽的構想閃過林鳴的腦海——用大直徑鋼圓筒圍成人工島。林鳴隨即掏出手機,向全國工程勘察設計大師王汝凱說出了自己的靈感,2009年,林鳴向王汝凱正式提出用鋼圓筒做人工島防護結構的方案。

幾輪分析比選之後,方案最終敲定:在上海生產大直徑鋼圓筒,運至珠海,然後用鋼圓筒快速形成人工島圍護結構。這樣不僅大大縮減海上作業時間,鋼圓筒良好的穩定性和止水性能,也會為後續工作提供一個穩定的環境。

港珠澳大橋是一個國際級工程,吸引了世界著名公司參與競標。日本一家企業向業主推薦了傳統的鋼板樁方案。在投標中,中交股份拿出鋼圓筒方案,讓日本人非常驚訝,但也帶著懷疑。

林鳴說,中交團隊的信心來自於企業強大的鋼結構製造、運輸、振沉施工一體化能力。綜合考慮,採用鋼圓筒造島無疑是最佳方案。

精細準備與颱風賽跑

把鋼圓筒打入海底,首先需要摸清海底地質情況,精確了解海底的詳細情況。

翻開島隧工程地質勘察圖紙,密密麻麻的標注著170多個鑽孔,400多個測試孔(CPTU孔)。每個孔都需要船舶駐位、鑽探測試、取樣分析等多個環節。只有這樣,才能徹底了解港珠澳大橋所在海底的詳細地質情況。

2010年12月,勘察團隊出海,高峰期超過20條船的勘察艦隊,開展了島隧工程的精細化勘察。

2011年1月,島隧工程首批設計圖提交。

此時遠在上海的長興島,鋼圓筒的製作也在齊頭並進。

6萬噸鋼材,要在7個月內完成加工、運輸,需要強大的生產基地和運輸能力,“在世界上能夠做到這一點的企業也不多。”林鳴說。

中交股份旗下振華重工的現代化大型裝備優勢得以體現:經驗豐富的焊工隊伍、寬闊的生產車間和總裝等都為一個月1萬噸的鋼結構任務提供保障,大型起重機、大型浮吊、種類多樣的海洋船舶,能夠確保振華重工完成鋼圓筒運輸任務。

製作完成,需要從上海長興島基地運輸到珠江口的工地,行程1600公里。7萬噸的運輸船,運送一個500噸的貨物不是難題,但效率必須提高。從第二船開始,一下裝載了9個鋼圓筒,總重4000多噸。運輸中,為了躲開颱風,運輸船根據移動路徑信息、氣象導航信息和海浪數據精確計算,和颱風展開了賽跑。

精確入海體現模式創新

整個振沉系統中,振動錘、同步裝置、液壓油管、液壓夾頭等從美國引進,共振梁、吊架等由中交上海振華重工製造。

共振梁是一個中心直徑22米、截面寬2.4米、高1.2米、重達120噸的圓環形箱梁,頂面安裝8個振動錘和同步軸,底面安裝24個液壓夾具。其技術要求是振動合力居中,能均勻、有效地傳遞到鋼圓筒底部。因此要有足夠的剛度和極高的製造精度。

振華重工3月初接到圖紙後,由曾在美國舊金山新海灣大橋等重大項目中擔任工藝骨幹的耿愛軍擔任主管。他和夥伴很快確定:共振梁分解成8個構件單體製造,單獨加工後再進行整體拼裝的創新方案。此方案能加快共振梁的製造進度,但對構件單體的製造加工精度要求更高,難度極大。

為確保8個構件單體加工平整度達到0.5毫米、粗糙度達到3.2微米,工藝團隊克服各種困難,在最短時間內將製造加工工藝下發到車間班組,共同解決技術難題。最後,整體尺寸完全達到圖紙要求。

5月15日,珠江口外伶仃洋海面上,1600噸起重船“振浮8號”吊著振沉系統和鋼圓筒,在自主研發的“鋼圓筒打設定位精度管理系統”的引導下,精確定位。隨著“開始振沉”指令的發出,中控計算機同時啟動8臺動力櫃和8臺振動錘,世界最大的振沉系統第一次開始負載運轉。

10分鐘後,鋼圓筒達到了入泥深度21米的設計標高,垂直度偏差控制在1/1000以上,創造了世界紀錄。

“人工島能高效成島,充分展現了設計施工總承包的優勢。在這種模式中,由於是超大型工程,沒有現成的經驗來套用,因此要初步設計確定框架,然後要根據整體要求配置資源,根據工程實施不斷優化。這對確保工程品質和推進工期起到了很好的效果。”林鳴說。