超级工程的“天津滨海力量”

2018年10月25日11:20  来源:津滨网
 
原标题:超级工程的“天津滨海力量”

中国南部,香港、珠海和澳门,一项具有国家战略意义的世界级跨海集群工程,正在将它们连为一体。这就是港珠澳大桥,当今世界最长、规模最大、标准最高、技术最先进的跨海大桥。

来自中交一航局的建设者,用九年的执着与坚守,参与缔造了这座超级工程,用双手与智慧将中国桥梁推向了世界的顶端。

重锤一响天下知

面对前所未有的“第一次”,一航人高扬创新精神,勇闯“无人区”,再攀“新高峰”,成功打响了进军港珠澳大桥核心工程的第一枪

每一项超级工程,不仅汇聚了国内外顶尖技艺,还蕴含着历史的积淀与传承。

在一航局前总工程师李一勇的办公室里,珍藏着这样一本书——《日本沉埋隧道技术手册》。这是他的前任留下的宝贵财富。

早在上世纪90年代,一航局便组织人员系统翻译日本沉埋隧道施工先进经验。2005年,一航局组织各单位总工程师,赴日本东京湾跨海通道、明石海峡大桥参观学习。学习成果汇编成《赴日技术考察报告》,其中的许多关键技术都应用到了港珠澳大桥施工中。

港珠澳大桥,是一个跨世纪的构想,几经波折才得以立项。早在2007年,一航局便受中国交建委托,编制了一套《港珠澳大桥工程专用施工规范指南》。2009年12月,珠澳口岸人工岛开始填海施工,拉开了港珠澳大桥建设的序幕,一航局参与了南标段建设(工程包括东西南护岸,陆域形成和地基处理)。2010年,中国交建中标岛隧工程设计施工总承包项目,经严格比选,将西人工岛土建工程、东人工岛岸壁工程交由一航局施工。

港珠澳大桥的岛隧施工方案,被称为“中国跨海大桥历史上最具想象力的方案”。在这片海域,要建成一条6.7公里的海底隧道和一条22.9公里的跨海大桥。要想贯通海底隧道和桥梁,首先需要找到一座岛屿,将二者连接在一起。但在苍茫无际的大海上,根本没有现成的岛屿可以利用。唯一的办法,就是自行建造两个人工岛。

人工岛岛身填筑,最早采用抛石斜坡堤方案。但这种技术,至少需要三年才能成岛,而整个岛隧项目的总合同工期只有六年。在和专家的一次次交流中,岛隧项目总部产生了用钢圆筒筑岛的想法。设计专家经过半年的研究论证,给出的答复是:方案没有硬伤,就看有没有施工能力。

大圆筒结构在上世纪80年代引入我国,一航局曾有过两次振沉经验(长江口深水航道整治二期工程,广东番禺护岸施工),但当时的数量和尺寸都比较小。港珠澳大桥东西人工岛需振沉钢圆筒120个,且每个钢圆筒直径22米,截面几乎和篮球场一样大;最高50多米,相当于18层楼高,最重达550多吨,可谓当之无愧的“世界第一筒”。

要振沉“世界第一筒”,就需要“世界第一锤”。一航局向全球发出了联合开发振沉系统的邀请。很快,美国APE公司、荷兰ICE公司等世界振动锤巨头递交了精细的实施方案。经过近半年的技术论证和严格比选,一航局最终决定与美国APE公司开展合作,并首次采用8台振动锤组同步作业。

2011年5月15日,在自主研发的管理系统引导下,1600吨起重船吊着振沉系统和钢圆筒,缓慢进入设计位置。完成入泥自沉后,随着现场指挥孟凡利发出“开始振沉”的指令,8台动力站和8台振动锤同时启动,世界最大振沉系统第一次负载运转。仅用了10分钟,钢圆筒就顺利达到入泥深度21米的设计标高,且垂直精度控制在千分之一以内。钢圆筒首振告捷!

由于准备充分,钢圆筒施工势如破竹。2011年12月7日, 120个钢圆筒全部振沉,顺利实现了东西人工岛“当年动工当年成岛”的目标。合围成岛后,岛外还进行了挤密砂桩及斜坡堤抛石施工,形成最终岛壁。大规模采用挤密砂桩加固外海深厚软基施工技术,在国内尚属首次,填补了我国人工岛建设领域的又一项技术空白。

东西人工岛的声声巨响,使一航局以敢为人先、不辱使命的姿态展现在世人面前。面对前所未有的“第一次”,一航人高扬创新精神,勇闯“无人区”,再攀“新高峰”,成功打响了进军港珠澳大桥核心工程的第一枪。也因此,就在两个人工岛如火如荼施工时,一项更为复杂、更为艰巨的任务交到了一航人手中。

入海堪比上天难

全体参建员工以每一次都是第一次的执着和对百年品质的苛求,在惊涛骇浪中寻求突破,在龙潭虎穴中创下奇迹,创造了“一年十节”的中国速度和“滴水不漏”的世界记录

桥岛隧是港珠澳大桥的核心工程,而核心的核心,是5.6公里的沉管隧道。沉管隧道由33根管节和最终接头组成,是世界首条深埋沉管隧道和最长公路沉管隧道。

投标之前,一航局特意到在建的韩国釜山-巨济跨海通道学习。随后,将一本详细的考察报告递交给岛隧项目总部,同时递交的,还有针对沉管隧道施工的技术准备情况。

鉴于一航局主要领导多次表达请战意愿,加之东西人工岛钢圆筒成功振沉展示的企业实力,最终,项目总部将沉管安装任务也交给了一航局。

此前,我国仅建过几个数百米的江河沉管隧道。沉管浮运安装,在国内近乎空白。一开始,岛隧项目总部曾向荷兰一家公司寻求合作,结果对方要价1.5亿欧元,还仅仅提供技术咨询,既不负责安装,也不提供设备。合作最终没有成功。面对技术垄断,每名技术人员都深感压力巨大。

创新成为唯一的出路。

珠江入海处的伶仃洋海域,常年受泥沙冲击,软土层厚达几十米。要将几万吨重的沉管安放在这种不牢固的地基上,并安全度过120年,首先要有一个安稳的“家”。

最初的沉管地基设计方案,参考的是国外案例,即先开挖基槽后铺设碎石,直接安装沉管。但由于珠江海域回淤大,沉管安装前,开挖的基槽内势必造成大量泥沙淤积。如此一来,沉管基础的地基刚度依然难以保证。为此,岛隧项目总部提出了增加块石夯平工序的设想。

对于这项从未有过的工艺,许多专家开始并不认可。况且传统抛石夯平经常使用的重锤工艺,在40多米的海底,效率根本无法保证。讨论过程中,一航局专家组根据钢圆筒成功振沉的经验,提出使用液压振动锤夯平的设想。随后经试验证明,液压振动锤每次夯实面积达20平方米,是传统施工效率的几十倍。

2012年7月,经过改造的抛石夯平船正式进驻施工海域。一公司技术人员和30多名船员奋战在孤船之上,这一坚守,就是四年光阴。2016年1月,抛石夯平圆满结束,软土隧道沉降难题得到有效控制。抛石夯平班也因此被项目总部授予“铁打的团队”称号。

块石之上的碎石铺设,要求精度更高。项目部曾考虑引入专业设备,但国内外现有的施工船工作水深无法满足大桥施工需求。自行投资建造新的碎石整平船迫在眉睫。

当时可供参照的,仅有一张韩国整平船的照片。为突破国外的技术垄断,一航局只能依据施工要求,不断提出参数构想,并汇集国内前沿造船工艺,联合振华重工进行设计建造。无数次尝试后,国内首艘、世界最大外海自升平台式深水抛石整平船“津平1号”成功问世。经过大半年的磨合,施工团队逐渐掌握了碎石整平工艺。

已经安好的“家”,时刻等待着沉管这个庞然大物的到来。每节标准管节长180米,宽37.9米,高11.4米,重约8万吨,体量相当于一艘中型航母。建设者需要将它们从预制场地拖运到施工现场,并在15米至45米深的海底,实现无人对接。

正式安装前,项目部用近一年的时间,编制了一套《外海沉管隧道施工成套技术方案》,并于2012年底开始演练。他们找了一个与沉管尺寸相近的半潜驳进行试验。一开始,八个拖轮拉着“疑似沉管”怎么也拖不动。后来,好不容易动起来了,拖轮却不知如何协同发力。

经过一次次的演练磨合,项目部不断完善拖运方案,并优化了自主研发的沉管浮运导航软件系统。有了这套软件,指挥人员就如同有了“千里眼”。工区在所有拖轮上也都安装了这套系统,为确保万无一失,主安装船上还配备了3套系统互相验证。

沉管每次出发,都如同一个航母编队般浩浩荡荡。

前面,两艘清障船,先行1公里,破除鱼漂、渔网等“拦路虎”;中间,10艘左右拖轮围城一圈,护卫着沉管,两艘自主研发的安装船也稳稳地“骑”在沉管之上;外围,12艘海事警戒船,2艘渔政船为整个编队护航。

历经千难万险,沉管终于抵达指定位置。

指挥船上,信息化技术又一次发挥了作用。涵盖8项专用技术的中央集成控制系统,可实现从窗口预报、海洋监测到测控定位、沉放控制等全方位数据化管理。

沉管开始分阶段小心翼翼地下沉,每个阶段都要进行很长时间的观测和校核。之所以这么谨慎,是因为项目部深刻认识到:沉管浮运安装,每次的水流、天气都不一样,所以每次都需要研究窗口期,寻找适合的气象、水流条件。

2013年5月,第一节沉管出运安装,前后持续了120个小时,船上人员练成了坐着也能睡着的本事。在指挥沉放时,总船长刘建港由于连续作战,大脑突然一片空白。他向岛隧项目总工程师林鸣请示,给他半小时的休息时间。30分钟后,刘建港满血复活,沉着地下达操作指令。首节沉管与西人工岛成功实现“初吻”,迈开了令国人扬眉吐气的历史性一步。

2014年10月,第15节沉管首次出运安装时,遭遇基床突淤,沉管被迫返航,所有人根本没有这个心理准备,都留下了委屈的眼泪。第二次安装时,基槽边坡又出现大面积滑塌,大家信心几近崩溃,现场指挥宿发强强忍泪水,下达返航命令。2015年3月,项目部顶住思想和舆论的巨大压力,重新铺设基床,最终三战伶仃洋,将E15沉管成功安装。

还有一次,在沉管安装到最深处时,监测人员发现一个严重违背常理的现象:水下40米处流速远远大于水下10米处。项目总部立即组织团队对沉管深水姿态监测进行研究。沉管这个庞然大物,就像一个大钟摆,需要精确测量其左右、上下以及倾角方向上的摆幅。深水又导致了沉管运动的超低频特点,如果传感器没有极高的灵敏度,压根无法监测。港研院监测团队为此咨询了多家权威机构,但都无功而返。一筹莫展之际,“天宫一号”的精确对接让他们灵机一动。他们找到了中航工业集团,利用航天领域传感器,解决了沉管姿态深水监测的难题。港珠澳大桥用上了航天技术。

2017年3月7日,33节沉管全部安装完成;5月2日,12米最终接头成功吊装。

全体参建员工,顶住巨大压力,攻克深水深槽、大径流、强回淤和曲线段等世界难题,以每一次都是第一次的执着和对百年品质的苛求,在惊涛骇浪中寻求突破,在龙潭虎穴中创下奇迹,创造了“一年十节”的中国速度和“滴水不漏”的世界记录。

长龙安卧水云间

一个个墩柱,犹如龙之肱骨,而架于其上的钢箱梁,犹如巨龙的身躯,一航局采用双大型浮吊抬吊工艺,设计了专用吊具及安装调位系统,确保安装精度偏差不大于5毫米

2012年,一航局和二公局组成联合体,成功中标港珠澳大桥主体桥梁工程CB03合同段。至此,一航局成为全面参与桥岛隧核心施工任务的唯一局级单位。

近十几年来,一航局参建了东海大桥、杭州湾大桥、长江隧桥、金塘大桥等多座跨海大桥工程,业务范围由桩基、承台逐步拓展到墩柱、上部结构,大桥梦在一步步接近现实。而这次,他们又要面临一项全新的挑战。

在这个区域,他们要预制安装国内首个整体埋置式墩台、国内最重墩台、多座分节式墩台和国内最重钢箱梁。

墩台的底座在水下11米处,安放止水无疑是第一道难关。工程最初采用胶囊止水工艺,但施工精度和工期都难以控制。早在投标阶段,一航局便根据人工岛快速成岛经验,提出了钢圆筒围堰干法施工工艺,这逐渐引起了业主的兴趣。这种工艺,先用振动锤组将钢圆筒振沉,抽水后形成干施工条件,待墩台安装完成后,将钢圆筒整体拔出,周转使用。

然而止水效果如何,大家心里都没底。一航局和四航院、天津大学、浙江大学等设计单位、科研院校展开合作,聘请国内外知名专家进行施工评审。2012年11月,钢圆筒围堰振拔试验取得成功。

这种全球首创的工艺,大大提高了墩台安装的安全和效率。项目部先后顺利完成了国内首个整体埋置式墩台和国内最重墩台的吊装。交通运输部原总工程师周海涛赞誉道:“这为桥梁结构基础施工开辟了新思路。”

在整体式墩台安装难题解决后,但面对全线分节式墩台最多的标段,项目部依旧面临着很大的压力。72座墩台中,有28座超高桥墩需要分成两节或三节预制拼装,常规做法是分节预制对接后,现浇湿接头,但湿接头部分很容易产生裂缝。

为确保大桥120年使用寿命,一航局开发了墩柱干接缝竖向匹配工艺,这在国内又是首例。这种工艺有两个关键点:一是上下节之间要形成一个完全匹配的干接缝平面及凹凸剪力键槽;另一个,要实现预应力粗钢筋毫米级精确控制,从而保证上下节段顺利对接。一航局技术团队没日没夜地研讨方案,最终研发出了“干接缝匹配模具”和“大直径预应力粗钢筋定位技术”两套创造性工艺,取得关键突破。2014年8月,首座分段式桥墩上、下节墩身在伶仃洋上实现完美对接。

一个个墩柱,犹如龙之肱骨,而架于其上的钢箱梁,犹如巨龙的身躯。68跨钢箱梁,最重达到3500吨,是目前国内最大最重的钢箱梁。一航局采用双大型浮吊抬吊工艺,设计了专用吊具及安装调位系统,确保了安装精度偏差不大于5毫米。2015年10月,CB03标钢箱梁全部架设完成;2016年9月,主体桥梁全线贯通;2018年2月,大桥主体通过验收。2018年10月24日,港珠澳大桥正式通车。

港珠澳大桥施工中,建设者经常面对的词汇是“首次”,经常碰到的语言是“创新”。他们每天都会遇到新问题,每天也都在创造新传奇。这是艰辛的九年,又是绽放的九年;这是坚守的九年,又是收获的九年!

这里,诞生了全国建造大师、大国工匠、80后小虎队、模范群体。这里,锻造了“不畏艰险、勇于担当”的创业精神、“不懈探索、勇攀高峰”的创新精神、“追求卓越、精益求精”的工匠精神、“忠诚履责、率先垂范”的敬业精神。这里,摘取了30多项省部级以上科技成果和工法,获得专利百余项。港珠澳大桥,是中国几十年来工程技术、装备、人才、管理的集成,凝聚了一代代工程师的技术强国梦。身为国家脊梁,一航局建设者缔造了一项世界级工程,开创了一个大桥时代。他们以敢为天下先的豪迈,向中国证明着自己,向世界证明着中国。(记者 张彦欣 通讯员 刘志温)

(责编:唐心怡、王浩)

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