深中通道首節沉管在伶仃洋水下安家

來源：中交四航局發布時間：2020-06-21 20:44:29 分享至：

通訊員：蘭志成、林文琪

首節沉管在西人工島對接

6月17日11:45，深中通道首節沉管與西人工島的暗埋段在海底完成精確的對接安裝，完成了首次“海底初吻”，這標志著深中通道關鍵線路取得重大進展。

回到6月15日15：20分，今年第2號臺風“鸚鵡”過后，位于珠海牛頭島的中交四航局深中通道沉管預制基地，首節沉管在運安一體船的拉動下，平穩駛出預制工廠，開啟其水下安裝里程碑時刻。

首節沉管抵達卸駁碼頭

6月16日早晨4時，排水量達6萬噸，兩端密封的首節沉管，堪比大型航母，在安裝船守護下開始水上15個小時， 50海里的長距離漂移，來到他將要入住的新家，深中通道西人工島施工現場的水下基床。

6月16日22:30，管節完成系泊作業工序后，正式進行沉放對接工作。首節沉管水下對接，這是繼港珠澳大橋沉管隧道后，中國建設者第二次挑戰首節沉管的“海底之吻”。

首節沉管浮運至塢口

6月17日11:45，建設者們在伶仃洋上反復校驗安裝數據，順利完成出塢、浮運、系泊、安裝等所有環節，深中通道首節沉管對接順利完成。

至此，深中通道首節沉管，從中交四航局牛頭島沉管基地開始生產，歷時10個月工藝技術準備，經歷36個小時的不舍晝夜的浮運安裝作業，終于在伶仃洋水下新家安家。

在伶仃洋水下為沉管修筑新家

西人工島效果圖

6月17日11點45分，深中通道所處的伶仃洋波光粼粼，水天一色。深中通道的建設者們完成最后一道沉管施工工序，沉管安裝環節，將6萬噸重的管節放到他將要駐扎100年的新家。據悉，深中通道沉管最深達40多米，有一條是為沉管修筑的巨大基槽。這個新家，建設者約用時兩年打造，從疏浚、鋪基礎到裝修，都采用中國最先進的工程智造技術。

與港珠澳大橋海底隧道沉管相比，深中通道工程受地質條件、水流條件等因素的影響更為嚴重，它所在的位置是珠江口回淤區，對這種地基的處理是一個世界級的難題。

傳統的海底基礎處理，通常在土層里打下幾根樁作為加固，或者采用置換法，挖走軟土填充石料。深中通道沉管的新家，地處珠江入口處，水下土層不深不淺，無法按照傳統工藝按部就班施工，需要智造新的裝備，解決技術難題。

中交四航局DCM四航固基號船長郭宏光介紹：施工海底表面淤泥含水量高達60%多，石頭拋上去基本都陷在泥湯里。不做處理的海底，隧道沉管根本沒法安置在上面，要使沉管安放在固定的基礎上，并減少沉降和避免不均勻沉降，技術難度非常大。為了做好海底隧道的地基，首先在要伶仃洋40多米深開挖一條海底隧道基槽，如同在地下13樓作業。

DCM三維模型

挖完基槽后，還要對水下基層進行基礎加固，需要一種特殊的裝備——DCM（深層水泥攪拌樁）。DCM法加固水下軟基的應用及研究在我國處于起步階段，工藝技術尚不成熟，且深中通道地基處理施工區域內地質復雜，特別是西人工島斜坡段的采砂坑極不利于成樁，以及最深處達海面以下40米的地基處理深度，是四航工程師前所未遇的新挑戰，難度不言而喻。

之前，DCM裝備的智造技術被日本和韓國壟斷和封鎖。中交四航局結合港珠澳大橋施工和造船經驗，自主研發出中國首艘水下水泥攪拌船——“四航固基”DCM船。 “四航固基”號打破技術封鎖，填補了國內DCM施工技術空白，該設備可直接硬化深海淤泥形成水泥攪拌樁，解決了跨海通道深海淤泥疏浚環保難題。

這個中國首艘擁有完全自主知識產權的核心裝備，創下了單日完成36根DCM長樁，單日完成2300立方米的基床建設的高記錄，為深中通道首節沉管建設筑就了一條水下長城，堅固而又平整，6萬噸沉管沉放上去，紋絲不動。安裝成功的沉管，可以從此安全平穩地沉放在海底基礎上，在此安家。

牛頭島智造100年滴水不漏的沉管

深中通道沉管在我國首次采用鋼殼混凝土結構，標準管節長165米，寬46米，高10.6米，比港珠澳大橋33節的沉管隧道少1節，采用的是工廠化標準預制的生產方式，22個標準管節在距施工海域50海里外的珠海牛頭島上完成，然后從海上浮運到施工現場，再沉入海底對接。四航局深中通道項目工程部部長周林說：“這些沉管隧道是在我國首次大規模采用鋼殼沉管結構，每個標準管節大體積采用自密實混凝土達3萬方，總方量達70萬方，每節沉管要用1.2萬噸鋼，相當于搭建1.6個埃菲爾鐵塔所使用的鋼材量，這是我們經歷港珠澳大橋建設之后，遇到的又一個重大考驗。”

“深中通道鋼殼沉管生產，我們在港珠澳大橋工廠法預制工藝基礎上，再次進行技術升級，單個標準管節的排水量約80000噸，比遼寧號航母的排水量還要大”，中交四航局深中通道項目設備部部長趙國臻自豪地說。作為完成港珠澳大橋建設的團隊，中交四航建設者們如今繼續扎根珠海牛頭島，夜以繼日地攻克深中通道沉管技術難題，提升深中通道建設速度。

沉管水密性是整個隧道的生命。2020年4月11日，兩端密封的首節沉管第一次潛入15米水深，5月27日，首節管節再次潛入40多米水深，反復檢測鋼殼沉管的水密性，為沉管沉入海底100年進行實體質量檢測，也為首節沉管安裝的安全性進行技術驗證。

深中通道沉管隧道采用鋼殼混凝土組合結構形式，該結構為國內首次應用，國際上首次大規模使用。該結構形式類似‘三明治’結構，不易產生裂縫漏水現象。在施工工藝上，鋼殼混凝土沉管隧道是鋼板隔倉內封閉式澆注，澆注隔倉多，每個標準管節由2250個約4-16立方米封閉隔倉構成，牛頭島預制廠需要完成4萬個不同規格隔倉施工，高流動性自密實混凝土總用量達70萬立方米。

設計師對深中通道隧道100年壽命提出了苛刻的要求，每一個倉格里鋼殼和混凝土間的縫隙只能有5毫米的脫空。最嚴格設計標準，最強有力的執行，沉管預制工藝流程不能有任何閃失。技術難題和工期倒逼項目團隊特別注重“每一個隔倉都是第一個隔倉”。要在這樣一個“龐然大物”里頭完成混凝土澆筑工作，既看不見，又要求混凝土澆筑完成后與面板緊密貼合，難度可想而知。

在鋼殼中大規模應用自密實混凝土的成功經驗和技術，百分之九十都掌握在美國和日本手中。在項目策劃之初，中交四航局技術團隊就前往日本學習，卻被拒之門外，只能遙遙一瞥對方沉管預制廠的外貌。那時，牛頭島團隊就決定，必須走自主研發道路。

中交四航局技術團隊為直觀獲取混凝土在鋼模中的流動狀態，按沉管倉格尺寸1：1打造出全透明的有機玻璃模型，進行全方位模擬，還拍攝錄像反復研究，在實踐中研究能滿足鋼殼質量標準的混凝土材料。

“光是為了找到最好的原材料，我們就跑遍了這方圓數千公里，晚上做夢都是混凝土。”中交四航局深中通道項目試驗室主管孫帥說道，“解決了影響混凝土性能的單個敏感因素后，還要繼續研究溫度、時間、澆筑泵管、設計性能指標等多因素耦合對混凝土的作用，必須確保混凝土性能萬無一失。”

智能澆筑機

面對傳統澆筑設備適用性差、沉管預制工期緊和工人操作誤差等問題，中交四航局技術團隊突破傳統工程思維，整合工程和機械的的技術資源，自行設計一款智能化澆筑設備——智能澆筑機，工程師稱它為建筑界混凝土施工首臺機器人。自主研發制造的智能澆筑機，具有越障能力，可靈活移動，還能實現澆筑速度、下料高度等因素的穩定控制，精細化控制每個倉格的混凝土飽滿度，最終實現隱蔽工程可視化、傳統工程智能化、土木作業精細化目標。

8萬噸沉管的陸上搬家神器

2018年10月23日，習近平總書記宣布港珠澳大橋正式開通，中交四航局牛頭島建設團隊牢記總書記提出“逢山開路、遇水架橋”奮斗精神，重整行裝再出發，只爭朝夕，不負韶華，肩負起建設深中通道沉管隧道的重任。

四航建設者面向首節沉管宣誓

此前，在牛頭島，港珠澳大橋單節沉管預制需75天，采用了國際先進的無源支撐頂推系統，一節沉管每天最多頂推30米，完成單節轉運需要7天。

現今深中通道項目要保證每月交付一節沉管，必須一日之內完成165米的超級沉管轉運，否則不僅延緩工期，而且會造成隧道作業被迫停工。中交四航局深中通道沉管預制廠擔負22節沉管預制的艱巨任務。按照原有移動技術和預制周期，一條生產線需要4.5年才能預制完成，兩條生產線也需要2年多時間，無法實現原有工期履約。

深中通道沉管是目前世界上最寬的海底沉管隧道。沉放最大水深達40米，沉管結構的受力非常復雜，預制完成的8萬噸鋼殼沉管，如何提速移動，一開始就是四航工程師的必答題和挑戰題。“起初，我們找了業內共11家高規格、實力雄厚的設備制造商，但由于項目規模大、難度高、技術復雜，沒有一家單位能保證完成，我們便決定自主研發。”四航局技術中心總經理陳偉彬表示。

自港珠澳大橋島隧項目以來，中交四航工程師對沉管移運工藝及設備進行了深入研究。“當時我們經過了巨大革新才使港珠澳大橋頂推系統實現從30天到15天再到7天的提速，這已經到達了極限，”陳偉彬說，“但是現在用這套頂推系統做深中通道項目，難以滿足功效要求。”研發一套“專業化”鋼殼管節移動系統，成為了項目團隊的唯一出路。

智能臺車

沉管移運裝備是四航局自主研發制造、由200臺單個載重最大達800噸的電動輪軌式液壓臺車組成的世界最大智能臺車編隊。項目團隊靈活運用三點成面的原理，將4條軌道的200臺臺車串聯成3個支撐點，控制鋼殼沉管的水平面穩定，并對臺車進行智能化改造，實現200臺臺車同步前進、升降和自動糾偏的智能控制與管理，最終創新研制出適合深中通道鋼殼沉管的移動系統。