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历时7年 港珠澳大桥海底隧道如何交出完美答卷

这个月初,历时7年多的港珠澳大桥海底隧道迎来了历史性时刻。国内首例“三明治”结构的最终接头由世界最大单臂全旋回起重船“振华30”吊装,在海底29米深处与两侧沉管精准对接。只待最后的深海焊接成功,大桥便将全线合龙。对接成功当晚,伶仃洋海面烟花绽放,举世瞩目。“‘最终’两字分量太重,它决定了此前7年多建设长跑的成败。”港珠澳大桥岛隧工程项目总工程师林鸣说,安装成功前,建设团队一直如临深渊。而最终,大桥建设者们交给世界一张完美的答卷。重达6000吨的最终接头,在世界沉管隧道建设史上首次使用“整体预制安装式”施工工艺,在国内建设历程中首次使用钢混“三明治”结构设计,开启了沉管隧道最终接头的新工法。最后12米,凝聚了整个团队的智慧与心血,仿佛港珠澳大桥海底隧道的点睛之笔。这“关键一笔”是如何造就的,背后有着怎样的故事,笔者深入工程一线进行“解密”。●南方日报记者 梁涵 通讯员 陈立通破旧立新放弃日本技术 走自主创新之路“最开始构思最终接头是在2012年,”林鸣对当时的情景记忆犹新。那时工程刚动工不久,林鸣带队去日本调研考察后,带回了两个思路,“一个是用传统的海底现浇的方式,另一个是创新的整体式结构。”据林鸣回忆,为了敲定最终接头方案,他们在会议室“吵架”吵了四五天。而后是10余次专家咨询会、50多项专题研究、百余次攻关会议、数十次验证试验和调试演练。项目副总工兼总工办主任高纪兵说,三年的艰辛历程中,推翻了十几个方案后,项目成员终于达成共识,决定采用新型整体安装方案。2014年初,这个全世界独一无二的最终接头开始进入筹备阶段。实际上,从20年前开始,随着日本大量沉管隧道的建设,最终接头施工相关技术得到了丰富和发展,已经拥有3种最具代表性的工法。但港珠澳大桥最终接头没有沿用日本现成传统的施工工艺,而是独辟蹊径、走自主研发的道路。“其实我一开始有过一点点疑虑。到了工程最为关键、也是临近结束的时候了,给日本交点专利费,借鉴过往的案例、成功的经验,让工程保险一点不就行了吗?”项目设计负责人梁桁起初和外界许多人看法一样,“后来我想明白了,虽然有难度、有挑战,但经过这么多年的实战经验,团队有这个信心。”2016年8月初,最终接头施工图设计通过技术专家组审查。创新研究、方案优化、环境分析、技术深化、特殊设备研制,变水下施工为工厂预制和管内干施工,减少水下作业时间,实现窗口期可控、安全可控……项目副总经理刘晓东介绍:“为了解决技术问题,原来我们一个礼拜开一次会,开了一年多。后来几乎是一天开一次会。”有着30多年隧道工程经验,曾参与过厄勒海峡、博斯普鲁斯以及釜山海底隧道施工的日本技术顾问花田幸生(Hanada Yukio)这样评价:“我认为这是非常难的。从最初的现浇混凝土到整体预制的方式,采用了一个非常先进的工艺,这是技术的创新和进步,值得称赞。”雏形初现全队奋战134天 蓝图变成现实设计方案敲定之后,如何将蓝图变为现实?将图纸变为实体?这是建设团队面临的新挑战。“我们先得把最终接头的钢结构做出来,然后再在里面浇筑混凝土形成实体。这个跟我们原来桥梁里面做的钢箱梁、钢材完全不是一回事。”负责最终接头设计的刘晓东感受颇深,“最终接头钢壳就像一个大房子,这个大房子里面分为一间一间的小房子,小房子里面填充混凝土。整个钢筋焊接的工作量是一个相同体积钢箱梁的四倍。”最终接头钢壳本体结构横截面同标准管节相同,但内部设置诸多横纵隔板,结构复杂。本体结构形状的不规则性及其内部结构的复杂性,加之作业空间狭小等因素,致使整个钢壳本体结构成形难度极大。“一、二、三……”随着上海振华重工集团副总裁刘建波和港珠澳大桥岛隧项目副总经理吴凤亮同时按下数控切割机床的按钮,2016年10月14日,最终接头在江苏南通正式投入生产。入冬的江苏,从长江吹来的寒风刺骨。最终接头钢壳本体制造期间,受强冷空气影响,南通基地最低气温骤降至—6℃,严寒风雪天气给现场施工带来了极大的挑战。为了抢抓延误了40多天的工期,数十个班组多兵种作战,同步推进各项作业工序。“一分一秒都不能浪费,一分一秒都要全力以赴”。在春节万家团聚的时刻,多年没回家的工人王学武,前些天家里来了电话,让他必须回一趟家。眼看着工期节点越来越紧迫,王学武没有跟任何人提起回家的事。“任务重、时间紧,兄弟们一个个都主动放弃休息时间,天气这么冷都始终坚守在现场,不能因为我而耽误了工作啊。”他想等最终接头制作完成后再作打算。在最终接头制造期间,林鸣数十次飞赴现场解决施工难题,经常是一大早出发,当天晚上飞回珠海。“您不是刚起飞吗?怎么又回来了?”林鸣笑称由于出入机场太频繁,空服人员都认识他了。止水是工程的生命线。2017年1月12日,林鸣飞赴荷兰,指导完成了Lip止水带摩擦试验、Lip止水带密封试验和Gina止水带压缩试验,最终的钢接头焊接所需的干施工环境问题得以顺利解决。1月13日,历时近3个月,最终接头钢结构本体制作完成;2月24日,经过1000多名建设者4个多月夜以继日地持续奋战,最终接头制造顺利完工;2月27日,最终接头从江苏南通起运,经过1600公里长途跋涉后,终于在3月7日抵达珠海桂山沉管预制厂。巧合的是,就在当天,最后一节沉管E30完成安装。独家秘方独一无二的最终接头 填补国内空白“王大德,王大德!再来一磅!再来一磅(混凝土)!好!停!”3月26日,第304个隔舱最后一磅高流动性混凝土,被大桥建设者注入最终接头钢壳内浇筑满舱,历时16天的高流动性混凝土浇筑工作全面完成。“一个长22.5米的标准沉管节段,需要浇筑3400方钢筋混凝土,正常来说30多个小时就可以做完。而最终接头只需要浇筑1400方钢壳混凝土,我们232名施工人员共浇了16天,这个难度大多了。”刘晓东说。和前33节预制沉管不同,最终接头的混凝土是“独家秘制”。“已沉放海底的33节沉管采用的是钢筋混凝土,而最终接头采用钢壳混凝土,一字之差,却是天壤之别。”Ⅲ工区一分区项目副经理兼副总工张洪介绍,“原来做沉管用的钢筋混凝土配合比对于最终接头不适用。”2015年11月至2017年3月,一年半来,试验室负责人张宝兰带领十几个技术人员开展专题技术研究与工艺试验,进行混凝土原材料选择及配合比研究。在长达5个月的现场工艺试验中,逐步确立了最终接头的混凝土原材料、配合比、工艺参数、验收标准、操作规程,研制出“独家秘制”混凝土配合比。“钢壳混凝土最早在日本试验成功,其配方至今是保密的。”张宝兰介绍说,“我们在相关资料的基础上,自主研发了无须振捣、高流动性的混凝土,而且这个高流动性混凝土的指标,绝不会比日本的差。这也将我国的混凝土工艺标准提升到了一个全新的高度。”浇筑也是一大难题。最终接头内部空间异常狭窄,浇筑管路布设复杂,进料口宽仅20公分,舱内施工极为不便。同时,最终接头的浇筑是唯一的、不可逆的。因此,每一次浇筑都是唯一的机会,“只许成功,不许失败。”狭小的方形隔舱内,作业人员头戴特低压的探照灯进行紧张地浇筑。从早上7点到傍晚6点,整整11个小时。黑夜中,冒着严寒风雨,一个个忙碌的身影在灯光照射下时而躬身细察,时而仰头呼应,时而奋力抬扛,浇筑完成已是凌晨2点,建设者们挺过了漫长的拉锯战。304个隔舱,浇筑总方量约1400立方米,需分五次施工。“这是全世界首次进行这么大规模的钢壳混凝土浇筑,也是国内首次采用高流动性混凝土工法。”林鸣说,港珠澳大桥这个独一无二的最终接头,从理论到具体实施环节,形成了完整高流动性混凝土设计与施工技术体系,填补了国内“三明治沉管结构”的技术空白。整“装”待发在钢壳上“绣花” 不让一丝隐患出坞门“我们现在胜利在望。但是,胜利在望不等于胜利,成功在即不等于成功。”最终接头发运前,港珠澳大桥管理局局长朱永灵的一句话高度概括了当时所面临的形势和战况。最后这一步举世瞩目,不容有失,一切准备工作必须精准到位。混凝土浇筑完成后,最终接头将完成最后的舾装任务,披上“盔甲”,远征伶仃洋。“没有任何经验可以借鉴,都是第一次做,而且整个结构非常复杂,舾装调试工期紧、要求高、安全风险大。”主管舾装施工的Ⅴ工区副经理王伟说,每一个步骤都是一套复杂程度极高、风险系数极大的体系。舾装现场,近200名工人在三四层楼高的脚手架上爬上爬下,进出单独通行的狭窄水密门,进行各种零部件的舾装。安装防撞块,焊接预埋件,切割焊接用的钢板……整个钢壳四周都是忙碌的身影。Ⅲ工区一分区工程部主管杨振说:“最终接头的几十项舾装任务有4个单位在施工,其中止水带安装、顶推小梁安装以及伸缩带的姿态调试,都如同在钢壳上‘绣花’,误差只允许控制在1—2毫米之内。”“E30侧M型止水带压板紧固工作今天已经全部完成,我们安排施工人员全面检查了一遍。”Ⅲ工区二分区副经理陈聪汇报着施工进度。“你们再安排人把所有压板都再检查一遍,每一块压板、每一颗螺栓都要检查到位。”这已是林鸣连续第5天到最终接头舾装调试现场办公。为了及时解决各式各样的施工难题,在装载着最终接头的“振驳28”船上,一间不到10平方米的会议室里挤满了各单位的负责人。在这里,每天下午4时准时召开施工协调会,总结当天工作进度,探讨分析存在的问题。4月8日—9日,由国内6名权威院士及30多名国内外知名专家组成的专家组对最终接头安装方案进行了咨询把关,提出了100多条意见与建议。为了确保“不让隐患出坞门”,紧张的工期下,建设团队带着专家组的意见,紧锣密鼓地赶到最终接头施工现场,又排查出100多个风险点。“一定要做到100%,一定要确保万无一失。”在狭窄的最终接头本体结构舱内,林鸣也在几米高的扶梯上爬上爬下,穿过只容得下一个人经过的通道,拿着手电筒一条一条地检查焊缝。舾装完成的最终接头停靠在碧波荡漾的深坞里。两侧一块块经过涂装的白色挂版宛如战士身上的盔甲,而顶部量身定做的双人孔、双翼型结构测量塔气势磅礴,静待出征。5月4日晚,为深海“巨龙”点睛的最终接头交出了一份完美答卷。精调后的贯通测量数据显示,最终接头对接的东西向偏差只有0.8毫米,南北向偏差也仅2.5毫米。此刻,在海底30米深处的最终接头内,200余名工人正在进行最后的钢板焊接。本月下旬,完成“点睛”最后一笔的港珠澳大桥将实现全线合龙。■延伸200人南下3000里,只为完成一场深海焊接港珠澳大桥底下的“水火之战”5月14日,笔者从东人工岛隧道口进入港珠澳大桥最终接头内焊接现场,狭小的作业空间里异常忙碌,焊接的火花在烟尘中飞舞,切割打磨声呲呲作响。最终接头安装前后,一支200余名的焊接队伍陆续从江苏南通赶赴大屿山旁的东人工岛,他们南下3000里,只为完成这场深海30米下的艰难焊接,打通港珠澳大桥海底隧道的最后一道脉络。5月底,焊接工作将全部完成,港珠澳大桥也将实现全线合龙。从E30沉管的安全门进入,管节的钢封门中间开了一个高约1.5米、宽约0.6米的小门。越过小门就进入了沉管与最终接头的结合舱。这个高约9米、宽约4米的狭窄空间,就是工人们打磨、切割、焊接钢板的施工现场。空间密闭拥挤,焊接让现场温度变得更高,工人们个个汗流浃背,每个人都准备了2升的水杯,时不时补充水分。港珠澳大桥岛隧工程最终接头合龙焊接项目部主管惠悬告诉笔者,整个焊接工程的工作量非常大,需要焊接的钢板有492套、130多吨。光焊接所需的焊丝就达到20吨,整圈焊缝的长度达到2400多米,每一条焊缝需要重复焊接30次。200多名焊接人员24小时三班轮换连续作业。“最难的是仰斜焊,焊接流下的铁水很难‘听话’,虽然防护到位,1000多度的铁水,掉下来隔着厚厚的手套也不好受。”现场有焊工介绍,干他们这行被烫过都不稀奇。作为项目部主管的惠悬比焊接大部队更早来到现场,为的是方便做准备工作。据他介绍,刚进入最终接头与两侧沉管结合舱时,舱内都是未完全排尽的水,沉管端壁长满了贝壳、海草等海生物,伴有阵阵刺鼻气味。舱内大部分水都被他们用小水泵排出,另一部分排不到的,他们就用水瓢舀出,再用水桶拎出施工区域。而沉管壁的海生物,则是用铲子刮去。前期准备工作让惠悬和队员们吃了不少苦头,除了清理工作,更困难的是设备的搬运。惠悬说,因为可供进出的小门还不足一人高,运输设备无法进出,焊机、焊丝、冷风机、通风管和各种物资都只能靠人力搬运。在深海30米处焊接,还要承受巨大的心理压力。港珠澳大桥岛隧工程项目总工办主任高纪兵告诉笔者,临时止水环境能够提供的安全期限只有30天,必须越快越好,工人们必须抢时间。也是因为如此,一次进入作业的工人要尽可能多。作业舱内,同时容纳的人数将近百人。截至笔者交稿,焊接作业已完成约三分之一。惠悬说,后期进度会更快,预计到本月底,焊接工作将全部完成。  【采写】梁涵 【通讯员】陈立通
来源: 南方日报
 

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