5.6公里海底隧道“滴水不漏”
2017-03-09
（原標(biāo)題：5.6公里海底隧道“滴水不漏”）
3月7日上午8時40分許，港珠澳大橋海底隧道最后一節(jié)沉管成功安放。
全世界任何一個隧道所有者和設(shè)計師都明白，建造100%水密的隧道意味著什么樣的挑戰(zhàn)。一位歐洲著名島隧專家曾說，全世界的節(jié)段式沉管漏水率平均值為10%左右，目前尚沒有沉管隧道100%不漏水的紀錄。
“奇跡”在港珠澳大橋沉管隧道中出現(xiàn)了：這條5.6公里的海底隧道，在攻破重重技術(shù)難關(guān)之后，保證了40米水壓下的“滴水不漏”，打破了世界紀錄。
南方日報記者多方采訪，力爭解開沉管“滴水不漏”的密碼。
南方日報記者潘曉晨通訊員黃育波
海底鋪上“席夢思”
“沉管隧道為什么漏水歸結(jié)到底，都是基礎(chǔ)出了問題。”島隧工程項目總工程師、總經(jīng)理林鳴說。為了使沉降標(biāo)準(zhǔn)達標(biāo)，工程師在如何使軟土層變硬上做文章，進行多項有價值的創(chuàng)新，用技術(shù)突破打破隧道漏水的天花板，在40多米的深海底下，為沉管鋪上“席夢思”床墊。
作為沉管隧道基礎(chǔ)設(shè)計組分項負責(zé)人，設(shè)計師張志剛起初覺得這些工作應(yīng)該非常輕松簡單。隨著研究深入，張志剛逐漸認識到，一項前所未有的世界難題擺在面前。
經(jīng)過無數(shù)次工法比癬理論計算和試驗驗證，幾種在地基處理的教科書工程中耳熟能詳?shù)牡鼗幚矸绞奖怀晒σ浦驳竭@里。工程師們在40多米深的水下為沉管基床底部鋪上2米到3米的塊石并夯平，創(chuàng)造一種新的復(fù)合地基，使沉管的沉降值大大縮小，平均沉降值控制在10公分以內(nèi)，而國外的同等數(shù)據(jù)是20公分左右。
剛與柔之間
自1928年人類工程史上修建第一條鋼筋混凝土沉管隧道以來，沉管制作的“工具箱”里只有剛性和柔性兩種方法。
由于周圍環(huán)境和水陸空交通的要求，港珠澳大橋島隧工程成為了世界上第一個也是唯一的深埋沉管隧道。在教科書上，沉管隧道被定義為淺埋隧道。但港珠澳大橋隧道的最大特點和最大挑戰(zhàn)就在于深埋。
工程師們通過大量計算分析發(fā)現(xiàn)，在20多米的覆蓋層、超過傳統(tǒng)概念沉管5倍的荷載情況下，采用傳統(tǒng)的剛性或柔性結(jié)構(gòu)體系，沉管結(jié)構(gòu)安全得不到保障。在剛與柔之間，能不能知道一個平衡點
2012年11月17日凌晨，劉曉東收到林鳴的短信：“嘗試研究一下半剛性。”他所提出的半剛性結(jié)構(gòu)設(shè)想，是保留甚至強化串起小管節(jié)之間的鋼絞線，加強小管節(jié)之間的連接，使180米長、由8個小節(jié)段連接而成的標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)的變形受到更大的約束，增強深埋沉管的防錯位能力。
設(shè)計團隊用30多天完成《半剛性沉管結(jié)構(gòu)方案設(shè)計與研究報告》，為了證明“半剛性”結(jié)構(gòu)，工程師們又經(jīng)歷200多個備受煎熬的日子。此后，他們邀請國內(nèi)外6家專業(yè)研究機構(gòu)進行“背對背”的分析計算，從模型試驗及原理上驗證“半剛性”的結(jié)構(gòu)。研究論證結(jié)果趨同，“半剛性”被證明是從結(jié)構(gòu)上解決沉管深埋的科學(xué)方法，最終得到各方一致認可。
經(jīng)過兩年努力和堅持，“半剛性”花費極小的代價把沉管深埋的構(gòu)想變成現(xiàn)實。目前，港珠澳大橋海底隧道已經(jīng)是世界上最長的公路沉管隧道。
尋找混凝土配方
沉管試驗室主任張寶蘭與混凝土打了30多年交道，但面對近六公里的海底沉管隧道，要配置出強度、耐久性、施工性、抗裂性都符合設(shè)計指標(biāo)的混凝土，壓力前所未有。
為了尋找混凝土配方，張寶蘭帶著試驗主管李超等試驗人員一起進行多方位的試驗。沉管預(yù)制廠位于孤島上，島上氣候環(huán)境和陸地不同。相同的一堆材料，前一罐和后一罐的狀態(tài)相差都會較大。
在耗時近一年、用壞4個混凝土攪拌機進行海量試驗后，基礎(chǔ)配方終于出爐。試驗團隊再經(jīng)過上百次試驗調(diào)整，開展6次現(xiàn)場小尺寸模型試驗，2次足尺模型試驗，18個人工島沉箱混凝土驗證，最終配制出滿足沉管施工工藝性能要求、具有低水化熱低收縮的沉管施工混凝土配合比，提高了混凝土的抗裂性能，從而使沉管混凝土不出現(xiàn)裂縫具有可能性。
“奇跡和美麗都源自每一個工程師追求極致的態(tài)度，配合比秘方也成了我們試驗人員的傳家寶了?！睆垖毺m笑著說。
歷經(jīng)156道工序
位于珠海牛頭島的港珠澳大橋沉管預(yù)制廠，是世界上最大的沉管預(yù)制工廠。從一根鋼筋、一方混凝土到一個180米長的巨型沉管，需要經(jīng)過鋼筋加工、鋼筋籠綁扎、混凝土澆筑、管節(jié)一次舾裝、深淺塢蓄排水及管節(jié)起浮橫移等156道工序。每一道工序都關(guān)系著120年的使用壽命，每一個過程都充滿風(fēng)險，每一個環(huán)節(jié)都關(guān)乎產(chǎn)品質(zhì)量。
為了讓每個崗位上的人員都有操作標(biāo)準(zhǔn)，項目總部和工區(qū)共同制定出《港珠澳大橋島隧工程沉管預(yù)制質(zhì)量控制點管理》體系文件，文件包括6個大項、23個子項、116個小項。
2016年12月26日，隨著最后一方混凝土在港珠澳大橋珠海牛頭島沉管預(yù)制廠中澆注結(jié)束，港珠澳大橋使用的33節(jié)海底隧道沉管全部完成施工。6年時間，建設(shè)團隊創(chuàng)造了百萬方混凝土無裂縫、在40多米水壓下“滴水不漏”的奇跡。
(原標(biāo)題：5.6公里海底隧道“滴水不漏”)
本文來源：南方日報
