伶仃洋上“蛟龙”出海

    在建设港珠澳大桥前，我国已经有了6座跨海大桥的建设经验，再建一座横跨伶仃洋的大桥并不是十分困难的事情。然而，在综合环保、造价、交通影响等多重因素后，工程师们给自己出了道世界级的难题，选择了全新的建设方案——桥隧组合。

    留给工程师们的时间并不多。为了保证工期，他们要用1年的时间，在伶仃洋中建造起两座各10万平方米的人工岛，以便对接第一节沉管隧道；他们还要数次直面海底淤泥的挑战，在保证工期的同时，又能保证人工岛的稳固。

    如今，两座小岛已经在伶仃洋中安稳度过了两年，经历过数次超强台风的考验。工程师们调动着大脑风暴，完成了这项看似不可能完成的任务。

    ■港珠澳大桥简介

    港珠澳大桥工程路线起自香港国际机场附近的香港口岸人工岛，向西接珠海/澳门口岸人工岛、珠海连接线，止于珠海洪湾，路线总长为55公里。其中，从珠澳口岸到香港口岸全长约41.6公里（包括香港接线约12公里），珠海连接线约13.4公里，工程全部投资为1050亿元。

    工程建设条件复杂，涉及台风、航道、水文、工程地质、航空限高、防洪等多方面要求；工程内容复杂，囊括跨海桥梁、海底隧道、离岸人工岛填筑等多个领域。

    港珠澳大桥主体工程采用双向六车道高速公路标准建设，设计速度为100公里/小时，桥梁总宽33.1米，隧道宽度为2×14.25米、净高为5.1米，使用寿命为120年。

    海中人工岛基坑围护结构采用120组直径为22米、高40.5—50.5米大直径钢圆筒，插入不透水层，圆筒间采用两道弧形钢板副格连接。

    沉管隧道管节采用节段式柔性管段，标准管节长180米，砼（混凝土）用量约2.7万方，重达6.9万吨。120年的设计使用寿命对沉管结构自防水、混凝土耐久性都提出极高要求。

    桥梁工程长达22.9公里，深水区非通航孔桥采用110米跨径整幅整墩钢箱连续梁桥方案，浅水区非通航孔桥采用85米跨径钢混组合梁方案。桥梁工程上部结构用钢量达40多万吨。

    为满足珠江口水利防洪、阻水率要求，非通航孔桥全部采用埋床法预制基础，共有约200个桥梁承台需埋入深达8—15米的海床面以下。

    最终胜出的建桥方案

    桥隧组合是港珠澳大桥最佳建设方案——在非航线的区域建造可供一定级别油轮通航的大桥，在有上下限规定的区域用隧道保证通航和航班安全

    夜晚的珠海市九州港，附近洋面灯火通明，一排亮着的轮船排着整齐的队列，伸向伶仃洋深处。这里是港珠澳大桥的珠海施工段，2009年12月15日开工建设，数万名工程师和工人已经在这片繁忙的海域上奋战了1000多个昼夜。

    他们将用6年的时间搭建起横跨伶仃洋的港珠澳大桥，将珠海、澳门和香港从海上联系起来。

    “这个设想早在上世纪80年代就有了，最早是想做‘伶仃洋大桥’。”港珠澳大桥总设计师刘晓东10年前就参与到港珠澳大桥项目中。他说，随着三地经济飞速发展，2003年7月，香港政府向中央提出了建设跨海通道的建议，并被采纳。

    当年10月，三地协调小组成立，并迅速启动了跨界工程可行性研究。“首先是研究造桥需求性、必要性的预可行性报告，批准通过后再进行技术层面的工程可行性报告”。这份工程可行性研究报告前后修改了5稿，直到2009年才最终完稿。

    如果要建立跨海通道，无外乎三种选择——全隧道、全桥梁或是桥隧组合。

    “这里有全中国最繁忙的港口，每天4000多艘船只穿行，伶仃洋航道通航等级要求也非常高，广州港、深圳港现在是按10万吨考虑，远期将考虑30万吨的油轮通行。”刘晓东表示，为了满足30万吨通航的标准，如要采用全桥梁的方式，桥梁的通航孔跨度将达到648米，桥面高度72米，桥塔高度达到200米，成为名副其实的超级大桥。

    对于中国目前的造桥技术而言，这个要求并不是做不到。但除了80米的下限，大桥还面临一个建筑高度的上限。“港珠澳大桥靠近香港机场，根据机场安全的要求，大桥高度不能超过88米。在80—88米中间做一个跨度648米的大桥，目前技术解决不了”。

    全隧道看上去也是个不错的选择，对通航造成的影响能降到最低。但是横跨伶仃洋，建造约40公里的海底隧道要花费天文数字的资金，暂不说技术难度，仅从成本控制考虑，全隧道方案都会被毫不留情地否定掉。

    桥隧组合成为了最后也是最好的选择——在非航线的区域建造可供一定级别油轮通航的大桥，又能在有上下限规定的区域用隧道保证通航和航班安全。

    这不仅在我国是第一次，即使在国际上，规模如此之大的桥隧工程也十分罕见。港珠澳大桥岛隧工程项目副总经理罗冬说：“目前在建和建成的跨海通道里，港珠澳大桥都是世界第一。”

    “世界第一”的头衔背后往往是前所未有的挑战与突破。港珠澳大桥全长接近50公里，要求抗8级烈度地震、16级台风，设计使用寿命120年……全新的建造方案、严苛的建设标准、复杂的施工条件无一不考验着工程师们的智慧和能力，在这场规模浩大的“搭积木”进程中，他们调动着所有的脑细胞，与时间赛跑，完成着一项又一项看似不可能完成的任务。

    “整个工程由海中桥隧，港珠澳三地口岸及港珠澳三地连接线组成。”罗冬介绍，港珠澳大桥工程的主体是桥隧工程，由桥梁、隧道和东西人工岛组成，是港珠澳大桥工程中最核心也最艰难的部分。

    对比建造三地连接线或三地口岸，沉管隧道、建造外海人工岛、在外海建设超长距离的跨海大桥，对中国工程师而言是全新的挑战。

    “这将是中国桥梁史上的一个里程碑，标志着中国从桥梁大国走向桥梁强国。”罗冬说，大量新技术第一次在这个工程中应用，填补了国内空白，使我国的桥梁隧道建筑掌握了最尖端的核心技术与知识产权。

    钢圆筒快速成岛

    自首个钢圆筒振沉到位至2011年12月21日东人工岛合拢，双岛成岛共用200多日，实现了“当年动工，当年成岛”的预期目标

    港珠澳大桥工程从珠澳口岸人工岛的建设开始。这个近海人工岛采用的是浚挖式填海技术——这项技术在我国已有了多年成功实践经验。真正令工程师们头疼的，是如何在外海快速地建造连接隧道与大桥的东、西人工岛。刘晓东告诉记者，人工岛成岛方案从2007年开始研究，直到2010年才最终提出了钢圆筒成岛设想。

    “在整个伶仃洋的海底，有一层20—30米的淤泥层。打个比方，淤泥层就如同一块水豆腐。”刘晓东说，如果是直接用抛石做围堰的传统造岛方式，这些石头在“豆腐”上难以放稳，难免会滑落或沉入“豆腐”中。“要不就要把这些淤泥挖走，或者用排水固结的方法将它们变成‘豆腐干’，但这样，超过800万立方米的淤泥要被移走，这对海洋将是毁灭性的污染。同时，这种方式所需的巨大抛石量，也不知要挖空多少山岭。”

    经过反复论证，钢圆筒方案最终被确定下来。将巨大的钢圆筒挨个插入海底，可以将‘水豆腐’固定住，再往里面进行填砂、地基处理等。东、西人工岛长度均为625米，最宽处分别为225、183米，分别采用59和61个钢圆筒合围成蚝贝外形，面积为10万平方米。

    “人工岛体采用主格及副格仓围闭，主格就是钢圆筒，副格是有一定弧度的钢板桩，用来卡在两个钢圆筒之间，保证岛体紧密合围。”港珠澳大桥岛隧工程Ⅱ工区项目部副总工程师沈永兴说。

    这些即将被用来围成岛屿的巨大钢圆筒体量、高度均为世界第一：直径达22米，切面面积380平方米；高度从40.5—50.5米不等，相当于25层楼的高度；重量从450—515吨不等，约等于300辆小汽车的重量。

    负责施工的上海振华重工的工程师，用内胆定型的方式，在长兴岛基地里拼接出了这些庞然大物，然后通过8万吨级的远洋运输船从上海运抵建造人工岛的海域。

    人工岛建设的前期准备工作也早已开工。国内最大抓斗式挖泥船“金雄”号与它的同伴们一起，在西人工岛选址的海域进行基槽挖泥，在人工岛及其围护结构范围内，挖掉6米左右的海底淤泥层。

    2011年5月15日，整个岛隧工程建设者们的心都牵挂在了西人工岛的首个钢圆筒上。这个直径22米、高40.5米的大家伙，将以振沉的方式插入泥面下21米深的不透水层。首次振沉风险莫测，“当时最担心打不下去，又怕垂直度、位置有偏差。”负责振沉钢圆筒的港珠澳大桥岛隧工程Ⅰ工区副主任工程师刘昊槟说。

    振沉开始了。起重能力为1600吨的“振浮8号”浮吊船伸展双钩从运输船上吊起钢圆筒，运至指定位置；8台进口APE600型液压振动锤联动（简称“八锤联动”）彻底打散了工程师们“打不下去”的忧虑——8个液压锤通过液压杆同步动作振沉钢圆筒，激震力达3960吨。

    第一个钢圆筒被顺利打入指定位置花费了近10小时。有了第一次的经验后，后面的振沉越来越顺利，最快时10分钟就能将巨型钢圆筒“敲”进海底。

    为了实现钢圆筒位置误差不能超过30厘米、垂直度控制在1/200的精度要求，工程师们还自主研发了一套“钢圆筒施工定位监测系统”。

    手持利器，钢圆筒振沉计划顺利进行。自首个钢圆筒振沉到位至2011年12月21日东人工岛合拢，双岛成岛共用200多日，实现了“当年动工，当年成岛”的预期目标。

    填砂成陆筑隧道

    填埋砂土只是地基处理的第一步，难题在于如何将满含水分的海底软土压成陆地一般结实，拧干这块“海绵”的技术要求很高

    钢圆筒振沉只是成岛的第一步，在钢圆筒振沉至设计标高、钢圆筒和副格打设完毕后，还要采用皮带运砂船回填工艺立即进行回填，保证安全稳定。

    “填进去的砂子下面的软土就像水豆腐，如果要在人工岛上建造其他建筑物，就必须把这块水豆腐榨干。”沈永兴说，填埋砂土只是地基处理的第一步，难题在于如何将满含水分的海底软土压成陆地一般结实。

    5万多根塑料排水板、89口降水井被用来拧干这块“海绵”。通过5台插板机，5万多根塑料排水板被打入砂土内40多米深，然后用砂土填埋，对地基进行堆载预压。“打入的塑料排水板起到一个排水的作用，软土中的水就通过塑料排水板和降水井排出，岛内地基也就被压实了”。

    岛隧结合的实现则要通过在人工岛岛头的现浇隧道实现连接，这段隧道的一端与海底沉管隧道对接，另一端在人工岛上渐升至地面与桥梁对接。

    为了保证工期，尽快完成现浇隧道暗埋段，工程师在成岛时先在岛头位置用钢圆筒隔断出一个“西小岛”，预先完成了小岛内地基处理。

    地基处理完毕后，现浇隧道暗埋段紧锣密鼓地向前推进。人工岛上的现浇隧道被分为三段完成，其中CW1段要与沉管隧道对接。几百名工人在人工岛上日夜赶工，在西岛上捆扎钢筋、浇筑混凝土，建成与海中沉管隧道规格一模一样的隧道。

    “仅CW1段混凝土浇筑量就达到了2400立方米，为了保证均匀冷却防止开裂，我们在钢架结构中安装了一整套冷却循环水管，该技术应用在隧道结构中也是国内首次。”刘昊槟告诉记者，做CW1段时气温较高，为了实现冷却，每天都会通过大型船只运送巨大的冰块来到岛上。“其实不光是冰块，这里所有的建筑材料，一砂一土，都是通过船只从陆地运送而来，十分不易。”

    CW1段隧道完成后，钢封门将一端密封，岛头的3个钢圆筒随即被拆掉，使钢封门的接口淹没在海面下，以便实现沉管对接。同时，为了连通隧道，西岛整体地基处理完成后，横隔出西小岛的钢圆筒也被切割掉了上半部的15米。

    至此，娇小的人工岛已站立在大海中，两个人工岛中间则是伶仃洋中最繁忙的伶仃西航道和铜鼓航道。工程师们必须考虑如何在密集的船只中，保护裸露在外的钢圆筒。沈永兴说，最后，他们还在钢圆筒外建设了一个岛壁护岸结构，通过抛石、放置扭工字块来防撞及防浪。

    要在钢圆筒外抛石和放扭工字块，让工程师们又一次直面“水豆腐”的挑战。对此，他们想出了挤密砂桩的方式：通过砂桩船将直径达2米的砂桩打入海底淤泥二三十米深，砂桩周围土层通过砂桩排出水分。这样提高了软土地基的承载力，抛石下去也不会滑开了。

    为此，工程师们设计制造出了专门的砂桩船，通过船舶上的振动设备和管腔增压装置把砂强制压入水下软弱地基中，经过振动拔管、回打、挤密扩径，形成大直径密实砂柱体的步骤，达到置换软土地基的目的，置换率可达到70%。

    挤密砂桩设计与施工技术成果，最后不仅运用于海中人工岛和沉管隧道过渡段基础设计与施工，还成功申报了我国水运工程行业标准。

    人工岛的建设到此并没有完全结束，岛上配套设施仍在建设中。3年后，如果你有机会走一趟港珠澳大桥，你将看到两个绿树成荫的人工岛，上面建有观景台、管理处、救援码头等各类配套设置，运气好的话，你还能在这里看到跳跃的白海豚。

    （本版图片由受访者提供）

    ●南方日报记者 张婧 李秀婷 向松阳

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