“海底长城”是怎样建成的

  6月11日，世界最长最宽的钢壳混凝土沉管隧道——深中通道海底隧道最终接头顺利推出，与东侧E24管节精准对接，“海底长城”正式合龙，深圳和中山两市在伶仃洋海底“正式牵手”。

  深中通道是国家“十三五”重大工程，是世界首例、最宽双向八车道海底钢壳沉管隧道。与港珠澳大桥沉管隧道相比，深中通道沉管隧道建设面临钢壳新型结构形式、尺寸超宽、浮运距离超长、航道封航时间长等许多新难题，设计建造再创多项世界第一，为世界跨海沉管隧道建设提供了新的“中国方案”。

  航母级沉管实现毫米级精度

  深中通道是粤港澳大湾区核心交通枢纽工程，全长24公里，集“桥、岛、隧、水下互通”于一体，是当今世界建设难度最高的跨海集群工程。其中，海底隧道长约6.8公里，包含沉管段约5公里，由32个管节及1个最终接头组成。沉管重量达8万吨左右，和一艘中型航母重量相当。

  如此庞大沉重的部件，在海底连接后要做到高承压、不渗漏，需要有极高的装配水平和安装精度，对施工的要求十分严苛。

  经过反复研判分析，深中通道海底钢壳沉管隧道的最终接头，采用整体预制水下管内推出式，为世界首创全新结构装置。最终接头重约1600吨，套置于E23管节扩大段内。6月10日，E23管节浮运安装完成后，从一侧推出与E24管节进行对接。

  “此前完成海底沉管隧道合龙，最终接头多以吊装方式施工，而这种创新的推出式接头具有安全性好、施工快速、不需要大型装备、经济性好等优点。”中交一航局深中通道项目部常务副总工程师宁进进说。

  10日14时，最终接头顶推作业准备就绪，在世界首创“千斤顶推出+水压推出”双系统作用下，以每分钟5毫米至10毫米的速度缓慢推出。11日8时最终接头实现E24管节精准对接，“海底长城”正式合龙。

  “为保障高精度的最终合龙段对接，深中通道利用北斗定位系统和沉放安装控制系统，实现了此前多个管节的毫米级安装精度，创造了先决条件。”宁进进介绍，中交一航局与广东交通集团、设计单位、海事等多家单位通力协作，攻克龙口流场复杂、作业空间受限、管节浮运安装难度大、推出段姿态控制难度大等世界级难题，在世界范围内首创沉管整体预制水下推出式最终接头新工艺。

  创造快速成岛世界纪录

  深中通道不仅有海底部分，海上部分也具有相当大的难度。作为海上大跨径桥梁与特长双向八车道海底沉管隧道的重要过渡，西人工岛是整个深中通道的先行工程。海面以上岛体面积相当于19个标准足球场。

  “西人工岛的地质水文条件比港珠澳大桥更复杂，给振沉、清淤、填砂等关键施工环节带来巨大技术挑战。”中交一航局深中通道项目部副总经理刘昊槟说。

  在充分借鉴港珠澳大桥建设经验的基础上，项目团队提出了全新的大型深插式钢圆筒快速成岛工艺，采用的直径28米钢圆筒创目前世界施工领域之最。

  由于施工区域水下普遍分布硬质夹层，钢圆筒振沉精度极难掌控。为此，中交一航局科研团队研发了钢圆筒基础DSM预处理核心技术，降低硬质土地层强度，使钢圆筒工艺适用于软硬不均的地质条件。专家指出，DSM技术为在外海软弱地基上修筑人工岛等建筑提供了崭新、快捷、可靠的施工方法，达到了世界领先水平。

  为了在半年时间里将57个重量超过20架空载波音737客机的“巨无霸”成功打入海底，中交一航局团队自主研发制造出拥有智能化控制系统的世界最大十二锤联动液压振动锤组，让钢圆筒的沉放像插入平整的“豆腐”中一样，实现了钢圆筒振沉正位率100%，创造“一日打设四筒”的纪录。最终，团队仅用了4个半月就在茫茫外海建成一座巨大的人工岛，创造了快速成岛的世界纪录。

  深中通道管理中心副总工程师陈越介绍：“目前，东人工岛堰筑段隧道已全部完成，正在开展最后的围堰拔除工作；岛上主线隧道主体结构已经全部完成，计划于本月中旬全面封顶，届时东人工岛全部主体施工完成，为明年的通车奠定基础。”

  施工进入智能化时代

  深中通道钢壳沉管隧道是国内首次采用钢壳混凝土结构的沉管隧道，也是目前世界上最宽、体量最大的钢壳沉管隧道，对施工装备提出了更高的要求。仅靠方案和工艺创新无法满足施工需求，必须制造出一艘功能更强大的沉管施工专用船舶。

  “为了攻克这一世界级难题，中交一航局迅速组建了包括设计、研究、装备、施工等专家和工程师的专题研发团队。历经3年研发设计出世界上安装能力最强、沉放精度最高、施工作业最高效、性能最先进的海底隧道沉管施工专用船舶——‘一航津安1’。”一体船研发团队负责人李一勇介绍。“一航津安1”主船体采用双体船船型设计，集沉管浮运、定位、沉放和安装等功能于一体。

  “合龙施工时，‘一航津安1’就像一只巨大的长方形钢铁夹子，把最后一节沉管和最终接头牢牢抱在船底。”中交一航局副总工程师李增军说，“一航津安1”最大的亮点是配备了无人驾驶系统。它具有自航能力，可减少随行辅助船舶，保证航道通畅，能够大大缩短沉管浮运和航道封航时间，降低对经济的影响。还解决了沉管长距离运输的安全风险和航道疏浚等难题，减少沉管拖航航道疏浚挖泥量超千万立方米。

  李增军介绍，相比传统管节浮运安装方式，“一航津安1”可满足8万吨级沉管50公里超长距离安全浮运安装作业，减少伶仃航道占用时间80%以上，减少临时航道挖泥70%以上，安装效率较传统工艺提升一倍以上。

  “沉管浮运安装一体船系统性革新了世界沉管浮运安装工艺，也将世界沉管安装的厘米级标准提升到中国的毫米级标准。”深中通道管理中心副主任钟辉虹说。

  “我们在‘一航津安1’集合了沉管姿态控制系统、测量与监控系统等的数据和信号。”中交一航局深中通道项目副总工程师寇晓强说。依靠北斗卫星信号，“一航津安1”上的新型测控系统实时计算沉管三维动态，通过显示屏，指挥人员精准掌握沉管在海底的具体位置；同时，利用动态信号采集信息系统，实时监测沉管姿态。