港澳珠大桥创新篇

 

　　2.突破“盲区”

　　10月18日，港珠澳大桥岛隧工程第14节管节成功安装，2385米长的海底隧道在珠江口粤、港、澳三地之间的海域成型，超过国内目前已建成沉管隧道长度的总和，已跃居世界沉管隧道长度前十。

　　沉管安装的旅程从未一帆风顺。从施工方案的敲定，到全新工艺的创造;从深水深槽的攻关，到各类风险的突击。港珠澳大桥岛隧工程开创了国内乃至世界数个外海沉管“第一”。

　　建设者们犹如在黑夜摸索，正突破一个个技术“盲区”，铺设着铭刻“中交一航”的海底通途。

　　第一道关——海底铺床

　　基床就像在海底铺一层由碎石组成的“床垫”，高差不能超过4厘米，精度极为苛刻，岛隧工程V工区用更加严苛的手段实现了这一目标。

　　核心装备的运用是关键。“津平1”的建造、使用是公司为该工程建设专项投入的核心设备，国内只此一件。四条桩腿插入海底，首先保证作业平台稳定的结构。工区将其视作“掌上明珠”，成立设备、安全、物资和综合部门联合的“VIP”保障团队，手把手、口对口地从上海振华建造团队学习、掌握并熟悉船舶性能，让每一个零件都发挥应有的效能。

　　随着水深的加剧，桩腿插入淤泥层的深度逐渐变浅，意味着外界的“风吹浪动”都将对平台稳定性构成威胁。工区进行专门的技术立项，在局和公司两级技术专家组的指导下，用两个月时间攻克了“整平船插拔桩”技术，掌握了国内唯一的技术资源，又通过航区限速、巡航等措施，有效避免了往来大型轮船船行波对平台的扰动。

　　E13管节——具有0.098%的超缓坡要求，自主创新发挥了功效。

　　碎石铺设厚度要求为1.3米，工区发现了问题：石料供应受系统程序控制，基床容易出现“浅点”。整平团队跟系统创新较上了劲，一方面，通过调整供料速度、抛石管行走速度，计算需要的石料;另一方面，对抛石管的声纳系统进行改进，让抛石动作听命于系统和人力双重命令，从而有效解决了“浅点”难题。

　　不仅如此，为确保精度，施工人员宁可“自找麻烦”，增加施工步骤，将原本校准2次自觉改为3次，原来一人测量标高增为2个人核查才能过关。

　　认真的态度确保每一次基床整平未出过一次差错，E13管节基床精度更是精确到了“2毫米”。

　　第二道关——深海之吻

　　沉管隧道的核心突破在于安装。清华大学教授、国家“十二五”规划专家咨询委员会委员胡鞍钢曾说：“海底无人对接的难度，堪比航空航天技术。”

　　自然水深10米，基槽水深35米，“深水深槽”区沉管安装达到了45米的“无人之境”，接近人工潜水探摸的极限。建设者们借助航天科技和小窗口海洋预报之力，创造了一大批科技创新巅峰之作。

　　一组数据曾引起建设者们的关注：在2012年对珠江口主航道海流流速进行测量的时候曾发现过一个反常现象——一组测量数据显示沉管安装基槽里的海流流速大于正常流速。

　　这是否就是深水深槽区沉管安装的盲点?V工区在总部的统一部署下，开展了3个月的专项攻关。大项包括沉管安装期间的海水流速监测和沉管运动姿态监测，小项则包含了关键系统改造、沉放流程细化、船舶操作提升等42个内容。

　　沿着问题的线索，建设者们逐渐摸索出“深槽紊流”这一突破口。“我们的目的不是为了改变规律，而是充分认知没有发现的规律，壮大我们的头脑”，岛隧项目提出了这一重要概念。流速监测、槽底紊流观测、管节姿态监测等一系列技术措施上马，成为“深海之吻”的重要保障。

　　技术背景搞清楚了，关键操作部分更加严苛。在两级专家组的驻点指导下，工区编制出完整的沉管沉放对接标准化流程，24套表格是“主要武器”，沉放过程分步实施，每一步之间都有沉管姿态监测和潜水探摸检查，指令的发布严格依托船舶数据与探摸数据的校核，有效杜绝了“盲区”的未知性。

　　在程序背后，工区又开展了“八大系统革新”，对导向系统、拉合系统、水力压接系统等八个各自为战又息息相关的程序进行创新改造，这几套设备大多采购自国外，通过先引进后创新、先学习后改造的实践，沉管安装的核心系统基本实现了自有化。工区常务副经理宿发强感叹：“这不啻为一次全新的产业革命，依托全方位的技术保障，实现了外海深水的无人安装作业，下一步，我们必将从‘自有化’迈向‘自主化’。”

　　第三道关——深海之眼

　　测量，这一传统工程建设中的辅助手段在岛隧工程被称为“深海之眼”。2014年10月，E14管节沉放途中，最佳窗口即将过去的紧要关头，GPS信号突然失锁，指挥团队临危决策：等信号来。测量数据的风险为何大过错过最佳窗口的风险?

　　原因在于45米深海对接的难度犹如“盲人摸象”，8万吨沉管的每一步动态都精确到“厘米”，并受到航道、基槽限宽的影响。没有精确的定位，每一步都是闭着眼睛在做。

　　沉管安装轴线首先倚重的是“测量塔法”测控，同时，引进“深水测控系统”，通过声呐法进行管节对接端的偏差控制。

　　近6公里的沉管隧道由33节沉管在海底次第对接而成，任何一节沉管出了问题，都是致命的。在槽深30米处对接，在全世界还是第一次，这两种测控方法的同时应用，更是第一次。

　　每个月安装窗口期来临，是测控组负责人刘兆权最为紧张的时候，他肩挑沉管浮运导航和对接安装测控双重任务：“冷空气、台风、强对流天气都会对大气中的电离层产生扰动，导致GPS信号失锁，会对施工操作构成极大风险。”

　　突破信号难题势在必行。工区联合高等院校，开发出专门的浮运导航软件，并积极采纳拖轮船长的应用建议，在数据采集、程式结算、画面呈现等多个方面不断改造，10艘拖轮的船长从原各自船上集中到安装船指挥舱内，根据卫星图像下指令，浮运效率大大提升。

 

　　在测控系统的改造上可谓“大刀阔斧”。工区专门建造一套海中测量平台，用以对测量塔、深水测控等数据的校核，“用我们自己的话叫‘不自信’，三套系统相互校核，准确率大大提高”，刘兆权说。

　　与其说是“不自信”，不如说是“不信自”，用“连环扣”的方式进行逐级检验，不因某一套系统的数据而忽视风险。深水测控系统引自日本，但仅在东京湾浅水区有过成功尝试，进入岛隧工程后，“声纳”变得扑朔迷离，时而精确，时而跳跃。测量队与日本专家软磨硬泡，要来了系统建造的原始图纸，从文字翻译到组装原理，逐一摸透，用半年时间攻克了声纳信号难题。

　　2014年，在深水整平、无人对接、沉管拉合等国内空白领域，诞生了近百个技术创新立项和国家技术专利，形成了自主创新、引进创新、集成创新以及协同创新交叉重叠的格局，为一航局在外海实施大型构件的出运安装逐步开辟一条崭新的航路。
 

　　3.一切为了深海相拥

　　五公司负责施工的港珠澳大桥CB03标桥墩类型最多，分为9大类，最难的要数其中28座分段式桥墩的预制。分段预制，使单件墩台预制的体积变小了，但因为分段之后还需要再“合”上，所以，这看似简单的一分一合，却使建设者们经历了极大的考验。

　　挑战“三高”

　　这考验，被项目总工孙业发总结为“三高”，即：高精度，高难度，高风险。

　　高精度。分段式桥墩需通过预应力粗钢筋和竖向干接缝匹配工艺实现对接。粗钢筋的垂直度、同心度、位置的精确性必须控制在0-5毫米，才能保证上、下节对接的0误差，精度要求极高。高难度。施工中应用的直径75毫米预应力粗钢筋和竖向干接缝匹配工艺都是国内首例，没有经验可以借鉴，加之精度极高，施工难度巨大。高风险。由于精度之高，容不得出现任何闪失，一旦出了问题，后果不堪设想，会对施工造成巨大影响。此外，由于分段式中、上节墩身不带承台，截面小，高度大，海上船运稳定性差，安全风险突出。

　　巨大的压力面前，技术人员加班加点，研讨方案、组织试验、优化方案……展开了一系列的技术攻关活动。

　　精度!精度!

　　“预应力粗钢筋最少的有36根，最多的达64根，每根的精度都要控制在几毫米。”主办技术员小隋说。

　　为了保证预应力体系和干接缝竖向对接的精度，在局专家组指导下，研发了“大直径预应力粗钢筋及波纹管定位成套技术”和“预制构件的竖向干接缝匹配模具”，这两项技术的关键都是精度。

　　小隋说“工序多，精度就不好控制，每一个细节都必须到位，最关键的环节就是‘三次定位一次校核’。”三次定位，是对粗钢筋进行底部定位、顶部定位和中间部位定位，精度需控制在0-2毫米。“一次校核”是在混凝土浇注前，试安装干接缝顶模，利用顶模预留的精确孔洞，校正粗钢筋位置，校核精确后进行加固，再浇注混凝土。

　　而干接缝对接的关键之处，就是顶模和底模的精确匹配。施工时，下节墩身浇注完成后，立即安装顶模。中、上节施工前，先安装底模，控制平整度，混凝土浇注后，形成剪力槽。这样，通过上下节干接缝剪力键槽和连接粗钢筋，完成干法对接。”

　　“这两项技术都已经获得了国家专利授权”谈及这两项技术，最为自豪的还是总工孙业发。

　　深海相拥

　　预制完成后，下一个难题，就是运输。

　　由于分段预制，中、上节墩身不带墩台，稳定性极差。这样的大型高耸构件利用半潜驳进行海运，在一航局的历史上也是首次。为此，局专家组和五公司的建设者们，研发了“大型高耸构件钢平台辅助出运加固工艺”。

　　这一工艺，被技术员们称之为“12468工艺”。即通过“1个钢平台，2个抗倾覆外加固横梁，4条潜驳与平台加固杆，6组抗滑移顶杆，8组内加固”来实现细高桥墩的加固，保证海运稳定性。“钢平台，就是人为给桥墩制造一个‘承台’，通过加固件连成一体，能抗12级风。”孙业发解释说。

　　8月1日，首件上节墩身抵达施工水域。8月3日傍晚，经过16小时奋战，首座分段式桥墩上、下节墩身在伶仃洋深情相拥。标志着一航局在超大型桥墩预制及干法对接上取得关键突破。

　　港珠澳大桥管理局总工程师苏权科表示祝贺：“感谢一航局为港珠澳大桥建设的艰难探索，干接缝工艺必将以其高精度、高质量的无比优越性，广泛应用于今后同类工程。”
 

　　　　4.港珠澳大桥里的航空技术
 

　　如果有人问你，你见过1米、2米、3米以下的海水是什么颜色吗?或许会有很多人回答你，蓝色!但如果又有人再问你，那40米以下呢?有过潜水经验的人会回答你，黑色，一片漆黑……

　　2014年5月，港研院担负港珠澳项目监测工作的项目部接到总部要求，针对E10管节沉放中出现的问题，对水深四十米下的管节沉放运动姿态进行监测。四十米以下，这无疑已是深海监测，伸手不见五指的海底，想要看清沉管位置已不是易事，更何况它的运动姿态，而这项技术放眼国际仍是空白。

　　用摄像，用声呐，用激光，一项项方案被大家陆续提出，但要么是因为海水浑浊，要么是水深，要么是施工工序太复杂，又很快被一一否定，前路不通，唯有继续开动脑筋。

　　不多久，项目部的技术人员又提出测量加速度这一设想，然而这个方法一般仅运用在汽车、船舶、飞行器等运动速度较快，振动频率较高的物体上，放到这里可行吗?

　　不出所料，所有生产加速度传感器的厂家都直接给出了否定答案，就连国家地震局、清华大学等国内振动领域的权威，乃至日本这类对加速度测试需求非常高的国家，也对监测这么小的加速度无能为力，他们都表示沉管安装时的运动周期属于超低频范围，而对这类超低频振动下物体的运动姿态监测从未有接触。看来这条路又快走不通了。

　　说来也怪，港珠澳项目部一直有个传统，大家都不喜欢在屋子里讨论问题，而是在项目部的露天通道外进行头脑风暴，正是在一次饭后的闲聊中，院副总工高潮提出了一个新的想法，“我们国家的天宫一号都对接成功了，要往航空航天领域寻找解决办法。”一语点醒梦中人!大家马上进入新一轮的调研，很快方向明确了，中航工业集团一家单位提出可以试一试他们的传感器，至此，航空航天技术正式进入港珠澳大桥的技术储备，不过仅是传感器还不行。

　　由于沉管运动的幅度很小，就连加速度传感器的测试角度也会对结果产生很大影响，为了消除这种影响，技术人员在加速度传感器旁加上了角度传感器，对加速度结果进行角度修正，从而更准确的测试到沉管姿态。

　　不仅如此，为了验证整套系统的有效性，在下节沉管安装前，大家还利用沉管漂浮在水面上的间歇，在桂山岛预制场的深坞区组织现场试验，将沉管的动作与直接测量的结果进行对比，为最后的现场监测做好万全准备。

　　“报告，沉管首端横向振动幅度2mm，沉管尾端振动幅度5mm!”随着最后一次沉管姿态汇报完成，E11管节四十米水下的沉管运动姿态监测圆满完成，而这，在国际上也是第一次!