滴水不漏!看港珠澳大桥沉管隧道怎么做

6月29日凌晨，被英国《卫报》誉为“现代世界七大奇迹”之一的港珠澳大桥主体桥梁宣告成功合龙。

这意味着，离港珠澳大桥最终“蛟龙出海”已为时不远。

作为连接香港、珠海和澳门的超大型跨海通道，从研究、设计、施工到最终接近完成，港珠澳大桥历经十余年的漫长的岁月。

在这过程中，中国的设计者、建设者们承担着难以想象的压力，遭遇过外国设计方案不符合实际情况、沉管沉放“三次回拖两次安装”等各种问题，也面临着新设计方案不被理解，外在因素导致需要多方沟通的局面。

最终，诸多问题被一一克服，中国的工程师们以脚踏实地、勇于创新、不断挑战自我的精神，让这一中国的“超级样板”工程，将于2017年正式向人们展示他的巍巍身姿。

在港珠澳岛隧工程项目中，应用惯例和标准组件包括：桥梁；人工岛陆域形成，软基加固，消浪结构等；沉管预制厂土木结构；沉管基槽开挖、沉管回填、沉管附属工程等约占比35%，涉及造价75亿元人民币。

需要实验及需突破界限部分是工程主要部分包括：沉管基础、沉管预制、沉管岛上段等，占比约50%。

而为应对特殊挑战部分，需要技术创新的，其中很多都是世界上第一次，比如深插钢圆筒、半刚性沉管结构、外海沉管安装系统、沉管最终接头等，占比15%，占投资30多亿元人民币。

最终，港珠澳大桥以64项创新技术，贡献予世界沉管隧道工程。

中国是沉管隧道工程的后来者，然而，“如积薪耳，后来者居上”，这背后是中国工程人员的勤奋、智慧和不屈的斗志。

滴水不漏的海底隧道2015年12月，港珠澳大桥岛隧工程有位特殊客人来访——香港土木工程署前任署长刘正光。

他曾主持设计建造了香港青马大桥、汲水门大桥和汀九大桥，这三座桥梁都被誉为世界级的大桥。

鉴于此，他荣获我国桥梁工程界的最高奖——“茅以升”奖，并在国际桥梁界享有盛名。

长期以来，这位获得英国桥梁硕士学位的第一位华人，一直对中国大陆工程界颇有微词，特别是在一些大型的国际会议上，批评大陆工程的质量，并不掩饰其观点。

在参观的前一天，他给岛隧工程总指挥林鸣打电话，询问参观隧道需不需要穿雨衣水靴。

林鸣回应说“并不需要”。

第二天，刘正光虽然没有穿雨衣，但还是穿了一双雨鞋。

随后，刘正光从西人工岛进入隧道，在Element1（以下element简写E）入口处乘坐电瓶车达到E24沉管。

出乎他的意料，24节沉管的192个接头没有一点点渗漏的痕迹，整个隧道内既没有“雨”更没有“河”，甚至没有水印的痕迹。

当他与林鸣见面时，第一句话是：“沉管隧道没有不漏水的，没有想到你们的隧道能够滴水不漏”。

第二句话则是“我们香港工程界要向你们学习”。

刘正光对港珠澳大桥沉管隧道不漏水感到诧异是有根据的。

“在全球范围来说，设计隧道时都要确保水密性。

但是，建造几公里长而且保证100%水密性的隧道又是另外一回事。

在许多国家，隧道所有者和设计师都明白建造100%水密的隧道意味着什么样的挑战。

”汉斯·德威特（HansdeWit）对记者说。

这位资深沉管隧道专家是荷兰隧道工程咨询公司（TunnelEngineeringConsultants，TEC）的运营总监，也是国际隧道协会国际沉管隧道工作小组成员。

“在全球范围，基于无数的案例研究表明，在隧道中出现一些漏水是很常见的。

”荷兰特瑞堡集团（TrelleborgAB，TEP）工程产品商业开发和市场部经理路德·波柯特（RuudBokhout）对记者说。

一位欧洲著名岛隧专家依据经验给出一个数值：全世界的节段式沉管漏水率平均值为10%左右。

也就是说，10个接头中有一个漏水。

这位专家认为，目前尚没有沉管隧道100%不漏水的纪录。

而港珠澳大桥隧道共要制造安装33节沉管，几百道工序不仅环环相扣，还要重复千百遍，只要一个环节出问题，漏水将不可避免。

创新：从防止过度沉降开始事实上，截至7月12日，港珠澳大桥已经完成27节沉管的安装，建成隧道总长度为4702.5米，是总长度的80%以上。

以每节沉管有8个接头计算，27节沉管约有216个接头，如果按照10%漏水平均值，一二十个接头漏水在正常值范围。

然而，这一切并没有发生。

打破沉管隧道漏水的“常规”，从工程开始就成为中国工程师的信念。

“沉管隧道为什么漏水？无论是哪个环节都是基础出了问题。

”岛隧工程总指挥林鸣说。

“举个例子，港珠澳大桥的地质环境是厚软土地基，所以沉管基础刚度协调及不均匀沉降控制非常困难。

合同规定港珠澳大桥沉降标准是20公分，而国外同类标准是30公分以上。

”为了实现沉降标准达标，中国工程师在如何使软土层变硬上做文章，进行了多项有价值的创新，用技术突破打破隧道漏水的玻璃窗。

他们在40多米深的水下为沉管基床底部铺上2到3米的块石并夯平，创造一种新的复合地基，使沉管的沉降值大大缩小，平均值在5公分左右；他们的沉管预制水准被国际同行评价“绝对是世界一流的”。

中国的工程人员完美的回答了一个问题，但这仅仅是开端。

汉斯·德威将定义港珠澳大桥岛隧组合工程是“全球最具挑战的跨海项目，其中岛隧工程是迄今为止最为复杂的一项工程”。

他列举岛隧工程面对的诸多挑战：比如，“海底隧道长度——它是当今世界最长的公路隧道；隧道沉管管节的制作——每个沉管大约重75000吨，是当今世界之最；要在规定时间和最深水下50米的海况条件下完成沉管的连续安装，并达到苛刻要求的安装精度！局部施工区域属于极为松软而且类型多样的土质，深埋隧道管节要承受20米深的覆土荷载！还有隧道极大的管节单幅跨度，等等。

这些都使得港珠澳大桥岛隧工程比其它要难得多”。

虽然上述诸多挑战前所未遇，但比设计施工更严峻的是中国工程师在此前没有外海深水隧道工程设计施工经验，甚至只极个别人见过桥岛隧组合工程。

这些注定了前方的困难重重。

重大挫折：第一次返航2015年12月22日，E24沉管水下对接，记者跟随海底隧道沉管浮运安装船队出海。

岛隧工程设计负责人梁桁、副总工程师刘亚平和第Ⅴ工区常务副经理宿发强，为记者讲述了E15管节沉管沉放“三次回拖两次安装”的故事。

2014年11月15日是E15节沉管沉放的“窗口期”。

出发前的2014年13、14日，粱桁和刘亚平带领团队用多波探测器对沉管基床进行三维扫测，13日垄沟轮廓清晰，而2014年14日再次扫测时发现垄沟出现了3-4公分浮泥。

而此时，E15沉管已经被拖出桂山岛坞区，原定浮运日期在2014年15日晚上出发，箭在弦上，发还是不发？此时，前方潜水员传来信息：较早之前的浮泥密度正在减小。

检测结果显示，泥的密度已经从之前的每克1.3-1.4立方厘米减少到每克1.26立方厘米。

项目部集体作出决策：出发！“浮运过程中人们还是忐忑不安。

到现场将要沉放前，林总要求潜水员再次潜水作业，这在之前是从来没有过的。

潜水员带来的坏消息：经过短短的八九个小时，基槽泥沙又增多了。

”梁桁说。

现在，面临两个选择：是安装，还是返航？总指挥林鸣比任何人更清楚返航意味着什么：基床回淤后要挖掉重新铺设，直接发生的费用以千万元计；沉管回拖一次也要几千万，加上海事部门配合浮运的近20条护航船以及拖轮的费用，都将对工程产生巨大财务压力。

在监控室参与决策会的人都经历了漫长、纠结且痛苦的过程。

有一种意见认为不妨尝试安装，“几百人干了一个多月，花了如此大的成本，总要试一试”；也有人以国外同类工程举例证明，沉管对接精度即使放宽到8厘米问题也不大，4厘米的回淤，不会给隧道安装质量带来根本性的影响。

然而，对林鸣来说，财务压力与工程的责任不能相提并论：如果对接出现误差，8万吨的沉管一旦沉到海底，目前世界上没有任何一台设备可以把沉管提起来。

隧道漏水是一定的，更严重的问题是必将影响航道的航运，珠江口是中国最繁忙航运水域，每天船舶流量达5000艘次。

“基础不牢，地动山摇！如果继续安装，沉管基础存在着极大的不确定性。

这是一条生命线，绝不能拿大桥质量和沉管安全作赌注。

中止安装，沉管回航！”林鸣和他的团队最后作出决策。

2014年17日18时，E15沉管正式回撤。

将已经出坞的巨型沉管重新拖回坞中，他们在作业海区顶着五六级大风以及超过1米高的海浪条件下返航。

约7海里的航程，回航编队小心翼翼地走了24小时的海上航行，E15沉管毫发无损地拖回沉管预制厂深坞。

这在世界建筑史上并没有先例。

分析与解决问题：停止采砂沉管被拖回坞后，中国工程师们并没有把失败归因于运气不好，而是立即组织，对失败进行认定和分析。

总指挥林鸣提出问题：为什么之前所装的14个沉管没有发生突然回淤？导致E15突然回淤的原因是什么？为了寻找问题所在，他们迅速集结国内对珠江口水情长期跟踪研究的知名泥沙专家到珠海，包括交通运输部天津水运工程科学研究院、交通运输部及水利部南京水利科学研究院、中山大学和中交四航院。

中交四航院副总工程师梁桁是港珠澳大桥岛隧工程沉管基础监控的负责人，他对记者说：“我记得特别清楚，第一次开会时，我国著名的泥沙专家、78岁的王汝凯大师说，我们不是来这里做科研的，而是要用大会战的方式解决工程遇到的问题”。

之后，“隧道基槽泥沙回淤专题攻关组”成立。

他们采用卫星遥感测量、多波束扫描与水体含砂量测定仪。

实测数据有三个重要发现：第一，这片海区的水体含砂量异常，从原平均值每立方米0.1公斤含砂量上升到0.5-0.6公斤每立方米；第二，海床表面物质发生了粗化现象，原因不明；第三，项目所在的伶仃洋部分水域呈微淤态势。

卫星遥感信息进一步证实，隧道基槽以北17-18公里范围海域有大面积浑水分布。

当工程师们到达这个区域时看到，有70-80条采砂船正在作业，珠江海域往日清澈的水面变得与黄河水一样，水面含砂量为1.58公斤每立方，而之前只是0.02-0.05公斤每立方。

随着国家提高对工程质量要求的标准，减少砂的含泥量首当其冲，这些采砂船直接在现场边采边洗，事实上形成上游有一群人在不断地搅和海水，使泥沙翻卷向下游袭来。

正是采砂船向南移动了15-16公里，而之前则在更北的30-40公里处采砂，直接改变了珠江口局部水域丰水少砂的规律。

在这个区域作业的采砂船都是持有政府批准的合法文件。

面对港珠澳大桥这个国家工程，广东省政府全力协调各方利益关系，果断决定：一定要确保国家重点工程——港珠澳大桥顺利施工，立即停止采砂，停止采砂时限从2015年2月11日到5月1日。

第二次失败的“出征”2015年2月24日大年初四，E15再次出征，距离第一次拖回沉管过去了4个多月。

之前收集的所有信息反馈未发生异常，当船队即将到达施工区时，前方传来消息：E15沉管碎石基床尾部突然发现2000平方米的淤积物。

“整个沉管管节长180米宽38米，总面积为8000平米，2000多平米约占1/4！且泥沙厚度有八九十厘米。

当看到潜水员从基槽捞出满满一箱泥巴样本，所有人惊呆了。

泥沙从何而来？”梁桁对记者说。