南有港珠澳，北有大連灣。重大工程項目的建設牽引有效投資、穩定經(jīng)濟增長(cháng)，是實(shí)現經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展的重要支撐。從祖國南端的伶仃洋，到向北2000公里開(kāi)外的大連灣，我國在跨海沉管隧道施工領(lǐng)域的技術(shù)、裝備、經(jīng)驗日臻成熟。在超級工程的跨地實(shí)踐中，建設者們克服了哪些困難?又有哪些技術(shù)創(chuàng )新?記者近日深入大連灣海底隧道施工現場(chǎng)展開(kāi)采訪(fǎng)調研。
海上，抓斗船、挖掘機等設備聯(lián)合作業(yè)，機器轟鳴;陸地上，工人們在進(jìn)行混凝土澆筑等工序，緊張忙碌。入秋時(shí)節，記者在大連灣海底隧道工程現場(chǎng)看到一片熱火朝天的施工場(chǎng)景。
2017年，遼寧省大連市啟動(dòng)重大民生工程——大連灣海底隧道和光明路延伸工程，預計2023年竣工通車(chē)。其中，大連灣海底隧道是我國北方第一條大型跨海沉管隧道工程，也是繼港珠澳大橋之后又一項技術(shù)難度大、施工工況復雜、環(huán)保要求高的跨海交通工程。
2013年5月6日，港珠澳大橋島隧工程首個(gè)沉管安裝開(kāi)啟了我國跨海沉管隧道施工的新紀元。2021年，在大連灣海底隧道施工現場(chǎng)，我國已完成50余個(gè)“航母級”沉管的安裝。從96個(gè)小時(shí)安裝一個(gè)管節的探索到10余小時(shí)即可完成，8年來(lái)，我國跨海沉管隧道施工技術(shù)在港珠澳大橋、大連灣海底隧道、深中通道等一個(gè)個(gè)超級工程中持續探索與創(chuàng )新。
短短數年，我國在跨海沉管隧道領(lǐng)域何以實(shí)現突飛猛進(jìn)?有哪些技術(shù)創(chuàng )新與突破?又遇到了哪些意想不到的困難?對下一個(gè)海底隧道工程又意味著(zhù)什么?
精準對接創(chuàng )紀錄
位于黃渤海交界的大連，老城區呈“C”字形海灣結構，南北交通干道僅有東聯(lián)路和東北路兩條通道，車(chē)流量早已遠超設計通行量。大連亟需緩解主城區南北交通瓶頸問(wèn)題，拓展城市發(fā)展空間。大連灣海底隧道和光明路延伸工程正是為破解該問(wèn)題，以PPP模式建造的遼寧省重大工程項目。
“海底隧道建成后，將為大連新增一條縱貫南北的快速通道，過(guò)去繞行大連灣需要1個(gè)多小時(shí)，以后10分鐘就可以穿越。這對于緩解大連中心城區交通擁堵、拓展城市發(fā)展空間、推動(dòng)大連灣兩岸一體化建設具有重要意義。”大連灣海底隧道有限公司黨工委書(shū)記、總經(jīng)理李進(jìn)說(shuō)，項目不僅方便市民出行，也將優(yōu)化城市功能，推動(dòng)大連灣兩岸一體化建設。
沉管安裝，是大連灣海底隧道的控制性核心工程，難度極高。首先要在陸地上將預制的重達數萬(wàn)噸的沉管密封管口后，依靠浮力一節節運到海中，再沉入海底，對接成為隧道。在這一過(guò)程中，面對復雜的海底地形和水文條件，施工需要借助海洋氣象預報找到精確的窗口期。
9月15日，中交第一航務(wù)工程局有限公司承建的我國南北兩條跨海沉管隧道再次迎來(lái)雙“管”齊下的歷史性時(shí)刻——世界最長(cháng)最寬的鋼殼沉管隧道深中通道E12管節與E11管節順利對接，建成隧道長(cháng)度突破2000米大關(guān);同日，我國北方首條大型沉管隧道大連灣海底隧道E9管節成功安裝，沉管安裝施工任務(wù)過(guò)半。
此次安裝的E9管節是大連灣海底隧道年內安裝的第8節沉管，也是今年第三季度完成的第4個(gè)管節，跑出國內沉管安裝“新速度”。
大連灣海底隧道和光明路延伸工程主線(xiàn)全長(cháng)12.1千米，建設標準為城市快速路，設計時(shí)速每小時(shí)60千米，雙向6車(chē)道。其中，大連灣海底隧道全長(cháng)約5.1千米，海底沉管段全長(cháng)3035米，共需安裝18節大型沉管。單節標準沉管長(cháng)180米，寬33.4米，高9.7米，重約6萬(wàn)噸，相當于一艘航空母艦的排水量。
海上風(fēng)浪、流速等不利氣象條件對海況影響大，給沉管施工帶來(lái)極大挑戰。9月15日當天，大連灣海底隧道E9管節安裝于清晨6時(shí)啟動(dòng)，在先后完成拖輪編隊、浮運、系泊、安裝等工序后，于當日晚20時(shí)08分順利安裝完成。“氣候條件對沉管安裝影響大，E9管節的安裝是在提前安排水深多波束掃測，實(shí)時(shí)測算海水密度，排除各項風(fēng)險隱患等充足準備下確保沉管順利對接完成的。”大連灣海底隧道有限公司總工程師潘立文說(shuō)。
對于海底沉管工程而言，氣候影響只是“小插曲”，真正的挑戰可謂“一個(gè)接一個(gè)”。去年底，大連灣海底隧道有限公司歷經(jīng)17小時(shí)連續作業(yè)，重約4.1萬(wàn)噸的首節(E1)沉管成功沉放海底，與北岸暗埋段實(shí)現精準對接，實(shí)現了我國寒冷地區首條海底沉管隧道建設零的突破。
“E1管節施工海域為巖石基礎，地質(zhì)狀況較差，無(wú)法采用全抬升式常規整平船插樁作業(yè)。”潘立文說(shuō)。為確保沉管精準對接，研發(fā)團隊歷時(shí)3年攻關(guān)，克服了巖石基礎條件下無(wú)法插樁的技術(shù)難題，采用了全國首創(chuàng )的整平船全漂浮式碎石基床整平工藝。
萬(wàn)事開(kāi)頭難，邁出了第一步，后期的沉管作業(yè)越來(lái)越熟練、越來(lái)越順暢。迄今為止，施工方中交一航局成功完成了54個(gè)航母級沉管的精準海底對接，也創(chuàng )造了世界跨海沉管隧道建設史上前所未有的新紀錄。
因地制宜破難點(diǎn)
“大連灣海底隧道工程存在地質(zhì)條件復雜、隧道曲線(xiàn)半徑小、寒冷海域考驗混凝土耐久性、通航條件復雜等諸多全新考驗，施工難度大、質(zhì)量要求高。”潘立文說(shuō)。
首先要解決的難題就是低溫。
在寒冷地區建設沉管隧道，是此前我國從未有過(guò)的施工經(jīng)歷。大連地處我國東北地區，冬季寒冷天氣會(huì )給施工帶來(lái)諸多不便，無(wú)論對船機設備還是施工人員都是極大考驗。冬天在室外吹半小時(shí)海風(fēng)，穿再厚的衣服也頂不住;低溫狀態(tài)下安裝設備是否會(huì )出故障，誰(shuí)也不敢保證。
大連灣的首節沉管安裝是在冬季進(jìn)行的，然而，我國首套沉管安裝專(zhuān)用設備“津安2”“津安3”在設計之初并未考慮低溫影響。于是，施工方針對冬季施工特點(diǎn)，對沉管基床整平船“津平1”、沉管安裝船“津安2”“津安3”等主要船舶進(jìn)行了一系列適應性改造：加裝鍋爐、暖氣等保暖設備，更換低溫標號齒輪油、液壓油，外露油管、水管用保溫棉包裹，絞車(chē)液壓站移至機艙，為甲板設備定制防寒篷布……這一切就是為了確保船舶在冬季施工不受影響。
大連灣海底隧道第四工區負責沉管安裝。工區經(jīng)理王殿文介紹：“我們結合北方寒冷地區的實(shí)際，因地制宜采取應對措施，對專(zhuān)用船舶的系統軟件進(jìn)行了自主升級和創(chuàng )新。不少技術(shù)之前未曾考慮過(guò)，可以說(shuō)是填補了部分沉管隧道安裝領(lǐng)域的技術(shù)空白。”以水下電纜插座安裝工藝為例，大連灣海底隧道干塢法批量預制的特點(diǎn)決定了插座數量增多，受疫情影響，從國外采購成套設備周期長(cháng)，勢必影響整體進(jìn)程，技術(shù)團隊經(jīng)過(guò)數月研究，水下電纜插座的安裝工藝由一次舾裝調整為二次舾裝，不僅克服了疫情影響，還將這項技術(shù)實(shí)現了國產(chǎn)化。
如今工程按照時(shí)間節點(diǎn)有序推進(jìn)，陸上施工最繁忙的當屬沉管預制。
記者在現場(chǎng)看到，工人將一根根鋼筋綁扎成一個(gè)個(gè)鋼筋籠。經(jīng)過(guò)混凝土澆筑后，這些火柴盒形狀的巨型管節將連接成一個(gè)重達數萬(wàn)噸的標準沉管。
在冬季澆筑管節在國內尚屬首次。“光是研究高強度混凝土抗凍抗滲，保證海水環(huán)境下百年使用壽命就用了兩年時(shí)間。”潘立文介紹，“最終，大連灣海底隧道創(chuàng )新采用干塢法沉管預制，并實(shí)現多個(gè)作業(yè)面同時(shí)進(jìn)行。”據介紹，這套專(zhuān)為大連灣海底隧道量身定制的沉管預制方法，經(jīng)過(guò)行業(yè)評定已經(jīng)達到國際先進(jìn)水平。
除了寒冷氣候，復雜的海域地質(zhì)條件也對施工提出了挑戰。與較多淤泥為主的單一地質(zhì)不同，地處北方的大連灣海底隧道施工海域地質(zhì)復雜多變，地質(zhì)管節遍布溶溝、溶槽、孤石、石筍，中間還夾雜著(zhù)豐富的紅黏土。
潘立文介紹，“施工海域海底溶洞溶溝多，巖基裂隙發(fā)育，18節沉管中有5節坐落在黏土層上。這一部分施工需要將黏土挖走，重新填上碎石，振實(shí)整平后才能安裝沉管”。
整平，是沉管安裝工作的重要環(huán)節。大連灣海底隧道有限公司副總經(jīng)理馬宗豪介紹，整平施工前，需要進(jìn)行基槽精挖，在巖基段基槽增加巖基爆破和清渣等工序，“我們采用了水下高精度爆破、水下精挖等先進(jìn)工藝，這都是國內領(lǐng)先的技術(shù)”。具備整平條件后，被譽(yù)為“海底3D打印機”的整平船進(jìn)場(chǎng)作業(yè)，為沉管鋪設一個(gè)能夠安睡的“床”。
然而，大連灣海域的基槽邊坡炸礁后會(huì )存在大量裂隙。這也意味著(zhù)曾經(jīng)采用的全抬升整平工藝將不適用于大連灣。
為解決這個(gè)困難，中交一航局研發(fā)團隊組織骨干力量集中研究，半漂浮式整平、半幅整平、降低平臺高度、整平船加寬、整平船設置定位樁……每個(gè)方案都經(jīng)歷了無(wú)數次技術(shù)論證和推演。3年籌備期間，百余次的專(zhuān)題技術(shù)研討，最終確定了全漂浮碎石基床整平工藝。
“為了確保漂浮狀態(tài)下整平的精確控制，GPS和聲吶都派上了用場(chǎng)。全漂浮的整平工藝在全國屬于首創(chuàng )。”大連灣海底隧道有限公司黨工委副書(shū)記田愛(ài)哲說(shuō)。
正是這樣一個(gè)個(gè)難題的解決和突破，讓跨海隧道工程技術(shù)不斷發(fā)展進(jìn)步。豐富的經(jīng)驗并不是一朝一夕就能擁有的，而是在艱難的實(shí)踐中不斷創(chuàng )新、不斷積累。
此外，大連灣海底隧道在最終接頭的考慮上，創(chuàng )新性地采用“頂進(jìn)節段法”工藝，全部工作均在干地作業(yè)環(huán)境下完成，具有結構制作簡(jiǎn)單、施工質(zhì)量有保證、施工周期短、建設成本低和安全性強等優(yōu)點(diǎn)。“這個(gè)工藝一方面避免了大型船的吊裝，更具經(jīng)濟性;另一方面是不受風(fēng)浪影響，安全性更高。最重要的是質(zhì)量方面的精度要更高。這一工藝是國內首創(chuàng )，我們也申請了專(zhuān)利。”潘立文說(shuō)。
值得一提的是，大連灣海底隧道未來(lái)還將實(shí)現“實(shí)體工程”+“數字化工程”雙產(chǎn)品移交。“所謂數字化工程，就是將BIM技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)協(xié)同技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)深度應用于工程設計、建造施工、運營(yíng)維護全生命周期。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，隧道所有的實(shí)體都將通過(guò)計算機建模形成數據庫。”潘立文說(shuō)，“比如預制沉管使用的鋼筋是哪里生產(chǎn)的，爐號是多少，批號是多少，哪個(gè)班組做的……這些內容都將實(shí)現數字化。”
協(xié)調合作保工程
重大工程的建設過(guò)程中，除了要針對當地條件突破各類(lèi)技術(shù)難題，還要有應對不同場(chǎng)景、工況下的應用和突破。只有不斷創(chuàng )新，才能推動(dòng)整個(gè)技術(shù)不斷成熟、完善。
海底隧道施工期間，如何保障施工與通航兩不誤?這考驗著(zhù)項目的組織、協(xié)調與執行能力。
大連灣水域狹窄，通航條件復雜，客輪、貨船等往來(lái)頻繁，海上施工高峰期時(shí)船舶可達百余艘，而工期僅50個(gè)月，這對施工安全和海上通航能力都帶來(lái)極大考驗。
大連港客運碼頭、大船重工、大船海工等我國重要船舶與海洋工程制造基地均位于大連灣腹地。從空中俯瞰大連灣海底隧道沉管工程線(xiàn)路，恰好與許多重要船舶行駛線(xiàn)路特別是航運線(xiàn)路交叉。這意味著(zhù)在建設海底隧道的同時(shí)，還要確保航運通暢。
“大連灣沉管隧道水上施工主要有基槽開(kāi)挖、碎石基床整平、管節浮運安裝及回填等工序，均需較長(cháng)時(shí)間占用原航道部分水域。為保障水上施工作業(yè)和社會(huì )船舶水上通航安全，我們專(zhuān)門(mén)開(kāi)挖了與主航道同等通航能力的臨時(shí)航道。”李進(jìn)說(shuō)。
據介紹，海底隧道項目在香爐礁航道與甘井子航道北側，專(zhuān)門(mén)開(kāi)挖設置一條與原航道通航能力相同的臨時(shí)航道，保證船只能順利通過(guò)。臨時(shí)航道有10多米深、200多米寬，這一大工程就是為了確保項目施工不影響通航。此外，項目還聯(lián)合研究機構開(kāi)發(fā)了海上船舶管理平臺，進(jìn)行實(shí)時(shí)監測預警。施工期間通過(guò)多次航道轉換，既保證了大連灣正常通航，又保證了海上施工安全。
大連灣海域復雜的通航情況，對工程的考驗遠不止新挖一條航道這么簡(jiǎn)單。
項目四工區副經(jīng)理李竹堂至今還記得那驚心動(dòng)魄的一幕。今年3月9日傍晚，E2沉管的各項沉放準備工作就緒。就在此時(shí)，“津安2”突然鳴笛，原來(lái)是一艘小漁船誤打誤撞駛進(jìn)施工海域。安裝船與拖輪、岸上連接的纜繩錯綜復雜，一旦漁船碰到纜繩，后果不堪設想。好在此時(shí)，警戒的海巡船接近漁船并進(jìn)行了驅離。“因為當天有霧，再加上傍晚光照條件差，漁船就沒(méi)有看到我們，幸虧有大連海事局的海巡船護航。”李竹堂說(shuō)。
事實(shí)上，為全力保障海底隧道項目，大連多個(gè)相關(guān)部門(mén)與施工單位進(jìn)行密切協(xié)調合作，保障水域安全，研究制定通航保障方案，確定現場(chǎng)管制、臨時(shí)封航、區域限速等保障措施。為提高這一備受矚目的重大民生工程實(shí)施效率，大連市城市管理局統籌協(xié)調項目存在的問(wèn)題和困難，定期或不定期召開(kāi)工程推進(jìn)協(xié)調會(huì )，深入現場(chǎng)辦公解決問(wèn)題，采取一切有利于工程順利推進(jìn)的措施，確保工程項目全速推進(jìn)。
投資規模大、跨越地域廣、動(dòng)遷難度大、技術(shù)難度高，對于服務(wù)這一目前我國東北地區投資規模最大的單體PPP項目，大連市城市管理局局長(cháng)梁春波說(shuō)：“一方面要熟悉項目的基本情況，掌握項目進(jìn)展，明確項目公司的訴求，有針對性地提出工作建議;另一方面要協(xié)調市、區各級政府部門(mén)，相關(guān)企業(yè)單位為項目建設創(chuàng )造便利條件。”
據介紹，僅大連市城管局一家單位就已協(xié)調當地30多家政府部門(mén)和20余家涉及管線(xiàn)遷改的企業(yè)，解決關(guān)于用海用地、方案、征地、遷改、文物、環(huán)境、通航、建設手續方面等大小困難事項近1000件。(蘇大鵬)
