“海底繡花”為世界隧道工程提供中國方案

編者按

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在浩瀚的伶仃洋底，一條長約6.8公里的海底隧道如潛龍入海，首尾牽起深中通道的東、西兩座人工島，成為珠江口兩岸聯(lián)通的重要一環(huán)。

深中隧道，世界首例雙向八車道鋼殼混凝土沉管隧道。在整個工程施工中，技術(shù)含量高、難度大，采用多項(xiàng)創(chuàng)新舉措，豐富了世界跨海沉管隧道的“中國標(biāo)準(zhǔn)”，為世界跨海通道工程貢獻(xiàn)了“中國方案”。

工程團(tuán)隊攻克了哪些技術(shù)難題，讓沉管完成“海底初吻”？又采用了什么創(chuàng)新方式，將沉管“悄無聲息”地安放在海底？近日，記者采訪了深中通道海底沉管隧道建設(shè)者，聽他們說說沉管隧道背后的“中國智慧”。

“一航津安1”應(yīng)運(yùn)而生

深中隧道為雙向八車道鋼殼混凝土沉管隧道，由32節(jié)“航母般”大小的沉管連接而成。單個標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)長165米、寬46米、高10.6米、重約8萬噸。在水下40米安裝這些龐然大物，難度堪比“天宮”對接。

從建設(shè)立項(xiàng)開始，就面臨一個又一個亟需解決的世界難題：鋼殼結(jié)構(gòu)新形式、尺寸超寬、浮運(yùn)距離超長、航道封航時間長……欲善其事，先利其器，現(xiàn)有裝備無法滿足施工要求，研發(fā)新的方案和裝備，成為必由之路。

世界首艘沉管浮運(yùn)安裝一體船“一航津安1”。中交一航局供圖

回想起攻關(guān)克難的建設(shè)過程，中交一航局深中通道項(xiàng)目部常務(wù)副總工程師寧進(jìn)進(jìn)歷歷在目：“沉管造出來以后，是從50公里以外的桂山島拖過來，如果開車在高速公路上，50公里一腳油門就過去了。但是拖著8萬噸的沉管，這50公里就很費(fèi)勁，所以我們又造了一個新船叫‘一航津安1’?！?/p>

科研工作者歷時3年自主研發(fā)建造的“一航津安1”，是世界安裝能力最大、沉放精度最高、施工作業(yè)最高效、性能最先進(jìn)的海底隧道沉管施工專用船舶，集沉管浮運(yùn)、定位、沉放和安裝等功能于一體。船長190.4米，寬75米，甲板面積相當(dāng)于兩個足球場，是海底隧道施工領(lǐng)域又一劃時代的技術(shù)創(chuàng)新之作。

“一航津安1”需要把重約8萬噸的沉管從桂山島安全運(yùn)送到50公里外的深中通道施工海域并不是件容易的事，如何讓一體船始終保持安全前進(jìn)呢？

中交一航局港研院深中通道項(xiàng)目部總工寇曉強(qiáng)介紹說：“我們研發(fā)了一種專門針對沉管浮運(yùn)的動態(tài)監(jiān)測技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)主要的核心點(diǎn)是在浮運(yùn)的過程中，重點(diǎn)關(guān)注沉管的姿態(tài)和受力情況，實(shí)時反饋給浮運(yùn)指揮。”

“深海智眼”為海底施工保駕護(hù)航

巨型“一航津安1”拖帶著“航母般”大小的巨型沉管，若在茫茫大海中失去定位信號，無異于失去“眼睛”，風(fēng)險不堪設(shè)想。

“沉管隧道測量是一個很大的難點(diǎn)之一，因?yàn)樵诤５卓床灰娒恢覀円獪?zhǔn)確的定位，這就是我們測量界的一個難題。”據(jù)中交一航局深中通道項(xiàng)目測管中心主任鎖旭宏介紹，為了給“一航津安1”安裝一雙明亮的眼睛，項(xiàng)目團(tuán)隊花費(fèi)了18個月，研發(fā)了一套智能化的測控系統(tǒng)。“整個一條鏈的都是有一雙‘眼睛’在指導(dǎo)安裝，讓我們施工過程中時時都能知道它的三維姿態(tài)的位置，這樣就方便了整體任務(wù)的執(zhí)行。”

創(chuàng)新團(tuán)隊在自主研發(fā)的新型測控軟件上實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)之間的穿透，可采集GPS和北斗兩種信號。哪種信號更穩(wěn)定，精度更高？隨之開啟的又是漫漫攻關(guān)之路。

“我們做了上百次甚至上千次的實(shí)驗(yàn)，從白天到晚上，從陸地到海上，全覆蓋的區(qū)域，都要測試。”鎖旭宏說，雖然過程艱辛，但最終測試的結(jié)果令團(tuán)隊喜出望外，因?yàn)樗麄儼l(fā)現(xiàn)北斗系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)非常穩(wěn)定。團(tuán)隊把北斗衛(wèi)星系統(tǒng)和自主研發(fā)的智能化的測控系統(tǒng)有效融合到一起，對模型進(jìn)行了迭代升級。

一切進(jìn)展按部就班，然而隨著全線最深管節(jié)E9安裝窗口期臨近，創(chuàng)新團(tuán)隊又開始思考一個新的課題。沉管沉放安裝，主要依靠在沉管頂部安裝9層樓高的測量塔來接收北斗信號，獲取定位數(shù)據(jù)，而E9將安裝到水下近40米的更深海域，超出了測量塔的高度。同時，深中通道沉管隧道最終接頭如“抽屜般”套制在E23沉管內(nèi)部，更是無法架設(shè)測量塔，傳統(tǒng)工藝也無計可施。

現(xiàn)實(shí)考驗(yàn)下，創(chuàng)新團(tuán)隊向困難進(jìn)軍，研發(fā)出水下雙目攝像定位系統(tǒng)。這套系統(tǒng)就像人的眼睛一樣鑲嵌在最終接頭上，被稱為“深海智眼”，可以實(shí)時提供最終接頭推出過程中的三維姿態(tài)數(shù)據(jù)，并顯示三維可視化界面，為沉管海底安裝對接提供了更加可靠、更高精度的定位數(shù)據(jù)。

創(chuàng)造“深中速度”和“深中精度”

2020年6月17日11時45分，深中隧道首節(jié)沉管E1成功對接，完成“海底初吻”，一體船首秀宣告成功。隨后，創(chuàng)新團(tuán)隊陸續(xù)完成沉管E1到E22的完美安放，也積累了22節(jié)沉管的施工經(jīng)驗(yàn)，但是E23管節(jié)內(nèi)置最終接頭，結(jié)構(gòu)特殊，大家絲毫不敢掉以輕心。

最終接頭的對接就像“海底繡花”，誤差要控制在“毫米級”。為了實(shí)現(xiàn)這一高難度目標(biāo)，建設(shè)者們歷經(jīng)2年技術(shù)論證、1年聯(lián)合設(shè)計，在世界范圍內(nèi)首創(chuàng)了沉管整體預(yù)制水下推出式最終接頭新工藝。

“最終接頭說起來很簡單，像一個抽屜一樣，你在家里把抽屜拉出來很簡單，可我這個‘抽屜’大概是1600噸，在水下很深的地方拉出來很費(fèi)勁。”寧進(jìn)進(jìn)介紹說，“所以我們提前做了一種聯(lián)合設(shè)計，用了平衡水壓加千斤頂推出的方式，這樣的話只需8個千斤頂就可以把中心軸推出來。如果沒有這種水壓平衡的話，要用大概五六十個千斤頂才能把它推出來，這是一種優(yōu)化設(shè)計?！?/p>

2023年6月10日，一體船“一航津安1”拖帶最后一節(jié)沉管E23及最終接頭完成了最后一次“深中之旅”， 深中通道沉管隧道正式合龍。創(chuàng)新團(tuán)隊創(chuàng)造了“一年9節(jié)”的深中速度和“連續(xù)7節(jié)沉管毫米級對接”的深中精度。

深中隧道建設(shè)過程中，創(chuàng)新團(tuán)隊面對難題，以“敢教日月?lián)Q新天”的奮斗精神攻堅克難，填補(bǔ)了多項(xiàng)行業(yè)空白，真正實(shí)現(xiàn)了跨海通道的智能建造。它如同一條潛行于伶仃洋下的巨龍，以其6845米的雄偉身姿，鑄就了世界工程史上的輝煌篇章。

審 核：

陳 越 深中通道管理中心副總工程師

陳煥勇 深中通道管理中心總工程師辦公室副主任