“龙潭虎穴也要闯过去”——港珠澳大桥岛隧工程深水深槽技术攻关侧记

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5月14日，在珠江口的伶仃主航道边上，一艘1000吨的浮吊船将重达760吨的荷载板缓缓沉入40多米深的海中，沉放海域的下方正是第15个沉管安装基槽。浮吊船上，工程师们正运用仪器观测基槽的沉降变化情况。一天后，预制块被吊起，港珠澳大桥岛隧工程第二批荷载板试验完成。观测数据移交设计部门分析验证，以判断后续沉管能否按照计划沉放安装。

据港珠澳大桥岛隧工程项目总经理部总工程师林鸣介绍，从4月下旬开始，基床荷载板试验已进行了多次，为的就是获取不同基础类型施工期隧道基础的沉降量。由于港珠澳大桥岛隧工程所独有的 “世界性”和“唯一性”，建设者以前所未有的勇气，向新的世界难度冲锋，向未知的海底探索。　　

一个全新的概念

目前，项目即将进行沉管浮运安装作业，施工区域水深接近50米，槽深30米左右，在世界沉管隧道建设史上都没有先例。正如林鸣所说：“这是一个未知的领域，我们是在摸着石头过河。”

为了满足30万吨级油轮和10万吨级集装箱船的通航需求，航道水深要求达到－29米，而隧道基础、沉管自身的高度和管顶回填，共计20米左右，因此基槽开挖至海平面以下50米左右。工程师们把槽深30米左右的区域定义为深水深槽区，港珠澳大桥岛隧工程一共有33个沉管，其中有3公里属于深水深槽区，是施工的重中之重。

在沉管安装施工过程中，工程师们采用了深水施工工艺，也考虑到了基槽里水流复杂，判断遇到的主要困难将是紊流。为此，工程师们精心选择作业窗口，沉管的安装施工都很顺利，在完成第10个沉管安装后，海底隧道已达到1665米。意想不到的是，第10个沉管发生了意外的偏差。

岛隧工程项目总经理部副总工程师高纪兵说：“以前我们只想到深水施工，没有想到深埋沉管还会有深槽的影响。于是，我们关联了海流观测的相关数据，结合当初的系列实验和施工海域小区域洋流观测情况进行了综合分析，发现基槽里面的水流确实跟最初设想的不一样。我们以为通过窗口选择，可以规避掉紊流的风险，但实际上对安装的影响还继续存在。”

挑战前所未有

第10个沉管安装完成后，工程师们连续召开了专题讨论会，研究深水深槽沉管安装将面临哪些问题。工程师们对沉管安装的所有细节进行了排查，没有找到原因。后来，工程师们在拆下来的导向杆和导向托架上有了新发现。“有滑移的现象，我们初步判断可能在深水深槽沉放过程中，沉管有较大运动。”现场工程师说。

工程师们关联到曾经委托大连理工大学和武汉理工大学做的物模试验。试验显示沉管在深水安装过程中，会产生低频微幅的震动，1分钟内会有10公分的摆动。上海交大所做的数模试验，得出的结论与之类似。国家海洋预报中心南海研究所对基槽里的海流观测，也显示基槽内有紊流现象，在中潮和大潮时，还要厉害些。

随着分析的深入，工程师们重新评估了深槽紊流的影响，同时也在考虑重达8万吨的大质量沉管，在海水浮力的作用下仅有1000吨的重量，随着沉放深度的加大，沉管锚固系统的刚度会不会发生变化。“安装时管节实际上靠缆系控制姿态，就好像吊铅球一样，吊得越高，线就越长，沉管越容易摆动，沉放水深又有紊流的影响，运动趋势可能加剧，导致导向杆和导向托架碰撞。”

答案逐渐明了，工程师们判断，深埋沉管面临的不仅是深水安装的问题，还存在深槽施工的一些新问题。“之前我们更重视深埋沉管的基础设计和结构设计，而对深槽安装特殊问题的认识不够。”高纪兵说。

除了深水深槽施工在世界范围内无经验借鉴和参考，工程施工区域位于全国三大水系的珠江口，潮流与径流叠加，工程区域水文条件极为复杂，目前正值洪汛期和台风多发季节，导致工程难度加大。同时，这里又是我国最繁忙的航运区域之一，海上航线交错，每天4000多艘船只穿行，通航安全和后续深水深槽区沉管施工面临极大的风险和考验。

“全世界100多条沉管，超过40米水深的很少，深水安装长度超过2公里的更少。港珠澳大桥沉管隧道槽深30米左右，这在全世界还是第一次；深水安装的长度超过3公里，在全世界也是第一次。伶仃洋过去没有槽，珠江带来的大量泥沙通过航道输送出去，现在为施工开挖了这个槽，相当于形成了一个沉淀池。基槽抛石后到现在的一年多时间，槽里的回淤超过2米，洪汛期间一天的淤积量可能达到5厘米，沉管安装准备时间至少需要3天，就是15厘米，沉管安装后的均匀沉降就不能保证。同时由于是深槽安装，槽内水流情况有了很大的变化，加上台风、洪汛、通航等多种因素的重叠影响，安装难度更大，风险更高。我们必须认真研究面临的各项困难，攻克深水深槽安装这一世界难题。”工程师们详细分析了工程建设面临的困难，吹响了深水深槽技术攻关的“集结号”。

为确保安全，工程师们决定在第11个沉管安装前，进行荷载板试验，以观察基床是否会因为晾槽时间过长产生不均匀沉降。

试验攻关解难题

接下来即将进行浮运安装作业的沉管，施工区域位于伶仃主航道区，水深接近50米，最大槽深30米左右，在世界隧道沉管建设史上都没有先例。工程师们成立了10多个专题组，开展一系列技术攻关，两座新增测量平台的建设也在加紧进行。新增的两座测量平台不仅能更好地控制沉管安装精度，改善后续沉管施工的测量控制条件，同时也将为其他工作的开展打下坚实的基础。“测量平台和荷载板实验就是攻坚深水深槽沉管施工攻关工作的开始。”高纪兵介绍说。

测量平台和荷载板试验仅仅是解决了阻碍深水深槽沉管施工的两个问题。深水深槽区碎石基床专项施工方案，沉管安装期间槽内海流实时观测方案，管节运动姿态实时监测方案等各项攻关工作也在同步进行。

开展流场观测，掌握了洋流变化规律。工程师们携手南海所开展了新中国成立以来最大规模的海洋洋流研究，进行多种数据分析，弄清海洋“脾气”。

进行了沉管安装过程槽内流场实时监控技术攻关，初步形成了从流态观测、信息传输到信息评估、施工决策及作业指挥一整套监控系统，选择合适的下沉和对接时机，避免在复杂流态下进行沉管对接。

制定了沉管安装期间管节运动姿态实时监测方案，搞清管节在深槽内安装过程中的运动规律，为深水深槽施工提供定量分析。

截至目前，在工程师们严谨有序的安排下，深水深槽沉管施工的各项科技攻关正在全面推进，沉管安装的相关准备正有序进行。“就是龙潭虎穴也一定要闯过去！”林鸣表达了建设者的勇气和信心。