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三征伶仃洋 港珠澳大桥建设者攻克世界级回淤难题

珠海特区报  作者:廖明山  2015-03-30 09:17

[摘要] 珠江口伶仃洋海底浮动的泥沙,颗粒直径仅有0.001至0.05毫米,几乎相当于粉笔灰的大小。

珠江口伶仃洋海底浮动的泥沙,颗粒直径仅有0.001至0.05毫米,几乎相当于粉笔灰的大小。

港珠澳大桥海底隧道E15沉管,长180米、宽38米、高11.4米,重达8万吨,几乎是一艘航空母舰的体量。

港珠澳大桥建设者攻克回淤难题

在世界长跨海大桥的建设现场,两者在变幻莫测的洋流里邂逅。没有任何人意料到,前者会牵绊住后者穿越天堑的步伐。这是超级工程自建设以来面临的大挑战。

150多天时间里,建设者们携E15沉管“三度出征”,在数百平方公里的壮阔大海奏响一曲曲伶仃长歌。

基础不牢地动山摇

岛隧工程迄今为止为惊心动魄的一次战斗

3月14日,港珠澳大桥管理局副局长余烈再次走访桂山牛头岛沉管预制厂,他惊异地发现,静静停放在深坞中的E15沉管长“毛”了:沉管一侧,翠绿的苔藓犹如地毯一般,经海水荡漾形成细密的纹路。

港珠澳大桥建设者攻克回淤难题

“时不我待!预祝3月下旬E15管节成功安装。”深有感触的余烈将图片发至微信朋友圈,并赋诗一首:“同是东风吹过山,桃李芳菲管生苔。一雨一晴日渐暖,月底功成人尽欢。”

在此之前,E15管节两度安装受阻,两度撤回坞内,已在深坞里“沉睡”百余天。“命途多舛”的E15管节,不只让大桥建设者日夜难眠,也让关心超级工程进展的国人牵肠挂肚。

为满足通航需要, 港珠澳大桥中间6.7公里采用沉管隧道方案,由33节巨型沉管对接组成。堪比航空母舰体量的沉管管节,要实现对接精度控制在4厘米以内,被建设者们喻为“在大风中穿针!”在数十米深漆黑一片而暗流汹涌的深海里,巨型沉管的“海底之吻”,工程复杂程度堪比“嫦娥”与“天宫”对接。2013年5月以来,中交港珠澳大桥岛隧工程建设者已陆续完成前十四节沉管的安装,一次次刷新中国海洋工程的纪录。

去年11月15日,在十余艘拖轮牵引、数十艘警戒船只护航下,E15管节浩浩荡荡向伶仃洋深处进发。十几个后,沉管被浮运至沉放区域,正进行各项安装准备时,潜水员下水检查后回报的一个消息,让安装船指挥室的气氛瞬间凝固:

意外发生了!E15管节基床出现一股从未有过、来历不明的超强回淤,平均厚度达4厘米,潜水员用手拨都拨不开。此前,E15基床12日刚刚做完,13日通过监理验收,也就是说,在短短的24内,一股强烈的回淤覆盖住了整个E15管节的基床。

E15管节能否继续安装?中交联合体港珠澳大桥工程岛隧项目部总经理、沉管浮运安装总指挥林鸣火速召集专家、技术人员开会商讨决策。有人提出继续安装,“数百人的团队,数十艘拖轮,花了如此大的成本,怎么能拖回去?”现场决策组力排众议,作出了停止E15管节沉放,将沉管撤回坞内的决策。“基础不牢,地动山摇!”林鸣说,如果强行安装,万一基床上的淤泥让沉管发生滑移,对于设计使用寿命120年的港珠澳大桥来说,未来可能是致命的隐患。

港珠澳大桥建设者攻克回淤难题

“将已经出坞的巨型沉管往回拖,全世界还没有先例。”林鸣说,相比往外浮运,往回撤更加困难。一旦回拖过程中出现任何意外,不止价值上亿的沉管报废,更加危及伶仃洋航道的安全。

11月17日18时,E15管节正式回撤。这是岛隧工程迄今为止为惊心动魄的一次战斗。当天气象预报显示,珠海全年冷的一个夜晚来临,现场作业海区风力持续5—6级,有效波高0.8米,甚至有两名施工人员被巨浪打翻。

管节归航回坞之前,林鸣特地找来一台摄像机,将关键岗位的负责人一一叫来,让他们对着镜头宣誓:“保证完成任务!”“有没有信心?有信心!”事实上,沉管安装受阻往回撤,意味着数百人此前的日夜辛劳付诸流水,当时整个浮运安装团队士气低落,压力巨大。林鸣只能用这种在镜头前“立军令状”的方式,给团队提升士气增加信心。

大风大浪里,数十艘船舶组成的浮运舰队,仍然渺小得如一叶孤舟。拖航过程中,浮运指挥团队严密盯防,技术人员通宵达旦,预防每一个细微的风险点;海事部门亦启动应急预案,全程提供安全保障;国家海洋环境预报中心11名专家进驻现场,担负气象窗口预报和现场服务保障。

11月18日9时,E15管节历经62的艰难海上旅程返回坞口。沉管无恙!那一刻,奋战数十个的硬汉们纷纷留下热泪。

 

泥沙攻关 挑战“玄学”

中国海洋泥沙领域从未有过的科学研究

“我们做海洋工程的人,不怕风,不怕浪,怕的是泥沙。”中交四航院副总工程师梁桁,是负责沉管基础监控的负责人。他解释说,泥沙环境受人为干扰大,有很多边界条件,“我们甚至调侃它是一门玄学。”

港珠澳大桥建设者攻克回淤难题

那么,E15管节遭遇的神秘莫测的突然回淤究竟来自哪里?找不到这一答案,沉管隧道安装便迈不过去眼下的这道难关。

这还得从港珠澳大桥岛隧工程的设计说起。

在国际上,海底沉管隧道有先铺法和后铺法两种工法。先铺法施工,是指先在海底开挖基槽,然后在基槽内抛掷块石和碎石形成平整基床,后逐节安装沉管,在基床上实现对接。而后铺法施工,则是开挖基槽后,先将沉管对接好,然后下沉悬空固定在基槽上方,后通过在沉管下方浇筑混凝土来构筑沉管基床。

港珠澳大桥岛隧工程是国内例、世界第二例先铺法施工的外海沉管隧道工程。之所以选择这一方案,一方面是在前期可行性调研中,珠三角伶仃洋海域是国内泥沙环境好的海域之一,“丰水少沙”。同时,港珠澳大桥沉管隧道为深埋式沉管隧道,深处超过45米,沉管安装后上部回填负土厚达十几米,其载荷是一般沉管的数倍,先铺法更能保证基床的密实坚固。

港珠澳大桥建设者攻克回淤难题

在此前十四节沉管的安装中,基槽回淤都在设计精度容许范围内。但一夜之间覆盖整个E15基床的回淤,前所未有。那么,它究竟来自哪里?

在交通运输部的协调下,天津水运工程科学研究院、南京水利科学研究院、中山大学河口海岸研究所、中交四航院等国内25位对珠江口泥沙、潮汐和气象方面有研究的专家,成立技术攻关“国家队”,开展基槽回淤专题研究。

几个月时间里,专家组先后召开数十次专题会,8次集体会诊施工现场。为测量水体含沙量,专家们在施工现场周边120平方公里海域布设6组固定监察基站、24组监测仪器。为弄清楚上下游泥沙的因果关系,技术人员开展每天18公里长距离巡测,即每隔一公里取样检测一次,每天取样18个点。在完成200组地质取样普查、30多次密度检测后,专家组得出了统一的结论:海底突然出现的回淤,主要来源于上游海域采砂船采砂洗砂产生的悬浮物。

在探明原因的基础上,专家们给出了两大系、五大类、数十条突淤处置意见。更进一步,他们则通过更大范围的巡测以及遥报手段,探索建立回淤预警、预测机制的可能性。

这是我国中国海洋泥沙领域从未有过的深度研究。中交联合体港珠澳大桥工程岛隧项目部副总工尹海卿介绍,此前,我国的泥沙研究,大都以年或者月为时间单位,研究的淤泥厚度都以米为单位。如今,专家们研究的时间单位缩小到天,研究的淤泥厚度单位缩小到厘米。

在中央相关部委、港澳办以及广东省政府的大力支持下,今年2月上旬,为确保港珠澳大桥海底隧道建设的顺利施工,省海事、海洋与渔业等部门联合在施工海域采取采砂区临时关闭专项行动。

让建设者感动的是,上游采砂企业也对大桥建设给予高度支持,在不到两天的时间里,现场100余艘船舶全部停止采砂作业。受采砂停止影响的珠三角城市建设,也都在为超级工程让行。

专家们的研究成果很快得到了数据验证。上游采砂企业停止作业后,经过持续观测,E15沉管基槽的回淤回复到正常水平,满足了沉管安装的条件。

 

百年大计 坚持标准

每一步都必须像走钢丝一样谨慎

2015年春节,对于大桥建设者来说意义深刻。一方面,受E15安装受阻影响,桂山牛头岛沉管预制厂暂时停工,部分建设者们极其难得可以回家团聚。而对于沉管浮运安装的团队来说,这个春节不仅时刻坚守在工地,而且比平日更加忙碌和焦虑。

春节前召开的广东省两会上,省发改委主任李春洪首次向媒体透露,原计划于2016年建成通车的港珠澳大桥或要延迟通车,并向公众披露了岛隧工程沉管安装遇到的难题。一时,E15沉管聚焦举国关注的目光。

港珠澳大桥建设者攻克回淤难题

真的是时不我待!大年初六,在解决了回淤问题并选择佳气象窗口后,E15管节再次启程,第二次出征伶仃洋。然而,就在一切有序推进的同时,深海之下的一个意外,让沉管安装再次受阻。

24日早上11时,浮运过半,正在指挥部紧张部署接下来的安装计划的时候,一个突如其来的消息打乱了既定计划:多波束测深系统在对机床进行扫描测量时,发现机床东北部有大面积堆积物,总量达2000方,厚处达到60公分。

经分析,这些淤泥是基槽边坡回淤物堆积过厚造成,近三分之一的基槽已受损。尽管数月的努力将从头来过,许多身经百战的工程师、专家都落下了痛惜的泪水,但为了世纪工程的质量,他们全力支持再次放弃沉管安装作业。

E15沉管再度被拖回牛头岛沉管预制厂。“我们面对的对象是海洋,我们是在和它共同完成这样一个超级工程。”林鸣说,自然界好多客观的东西,真的很难去改变它,“我们还要进一步地学会去适应,而且从心理上要承受对它的适应。”

尽管再度受挫,建设者们心里不再像此前一样没底。“如果说次突然回淤是神秘莫测,这次则完全是一个意外。”梁桁说,甚至可以说是福祸相倚,“幸好坍塌时沉管还未开始安装,如果再晚数个沉管已经安装,巨大的泥沙冲击下,沉管发生位移才是可怕的。”

这次,建设者们没有任何停留。在将沉管往回拖运的时候,对于受损沉管基槽的清理便争分夺秒展开。万方耙“俊海5”、清淤专用船“捷龙”等大型船舶先后进入施工海域,24不间断进行清淤作业,此后又对碎石基床进行了重新铺设。

“没有翻不过去的高山,没有跨不过去的大河。”正如建设者所说,仅仅一个月后,E15沉管迎来又一次安装窗口期,三征伶仃洋吹响号角。

3月24日凌晨,桂山牛头岛浓雾弥漫,又一轮冷空气正在袭来,但建设者们个个摩拳擦掌,激情满怀。此前两次安装遇阻时,不少专家、技术人员当场洒泪,仅仅一个月后,这支队伍面貌一新、士气昂扬。

林鸣仍然向麾下将士强调:“在40多米深的海底实现高精度对接,每一节都是节。”围绕来自多方面的困难和压力,建设团队展开了海洋环境分析、回淤监测预报等多项技术攻坚,开展了9大类300多项的风险排查。

26个,经浮运、系泊、数轮沉放、观测、调整,E15沉管姿态完全可控,缓缓沉入40多米深的海里,并和此前已安装的E14管节完美对接。三征伶仃终于告捷,安装船上建设者的掌声经久不息,绚烂的烟花照亮了伶仃洋的夜空。

“真的像走钢丝。每一步都必须如步一样谨慎,任何一步的失误都会前功尽弃。”至今回忆起来,林鸣神情动容:“真的是非常困难,但我们坚持了百年大计的标准!这样的困难我们都能克服,还有什么困难我们克服不了呢!”

同样让林鸣感叹的是他在此次沉管安装之前收到一个消息。天津水运工程科学研究所高级工程师杨树森,从去年11到今年2月,率领科研团队在珠海奋战四五十天。就在前两天,他被查出肝癌晚期。

多名建设者告诉记者,其实杨树森去年11月就查出肝部有问题,不过他没有对任何一个人讲。E15第二次安装时,他还跟随团队坚守在安装船上一天一夜。直到第三次安装前夕,他还从医院打来电话,同现场工程师在电话中沟通了一个。

“这就是我们的超级工程,无数的建设者为它无私付出的,不只是辛劳,更有感情和心血。”享受沉管安装喜悦的同时,林鸣再度动容:“E15沉管安装完成后的件事,我就是要去天津看看他。”

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