中國工程師從未在外海建造過沉管隧道，然而，位處中國珠江三角洲的港珠澳大橋完成后，沉管隧道總長度達到6.7公里，將是世界最長沉管隧道，其深度達到45米，將成為世界最深沉管隧道之一。

　　把珠海和香港、澳門這兩個經濟發(fā)達地區(qū)連接起來，可以將原來的陸路交通三小時經濟圈縮短為半小時。這個想法已經提出了近20年，直到現在才付諸實施。港珠澳大橋毗鄰香港機場，領空有限制；經過最繁忙的水上航道，通航條件有限制；從淤泥層到硬土層，需要穿過不同土質，地質條件復雜。

　　臺風和外海風浪惡劣環(huán)境也帶來了施工風險。海上環(huán)境問題需要考慮防止珠江泥沙淤積堵塞，還要保護珍稀物種白海豚。此外，由于大橋由廣東珠海、香港、澳門三方參與建設，港珠澳大橋需要滿足三種不同的設計規(guī)范。

　　“這是一個非常困難的工程”，中國交建港珠澳大橋島隧項目副總經理羅冬介紹。中國交建匯集了眾多子公司，并聯合了相應的國際知名咨詢公司，正在建設沉管隧道、兩個人工島、 23公里的橋梁、兩個口岸人工島以及相關連接線。

　　留給中國交建完成工程的工期很緊。香港1997年回歸大陸，三地政府希望大橋2016年通車，作為香港回歸20周年的紀念。

　　可行性論證

　　2004年，經過多年的討論，中國大陸和香港進行了為期5年的可行性研究。“超過30家研究機構參與進來，研究內容包括環(huán)境影響分析、工程控制難點、對海洋環(huán)境的影響、經濟和金融等等”，華杰工程咨詢公司副總經理田豐介紹道。華杰工程咨詢公司和路易斯·伯杰集團以及中國交建下屬的公路規(guī)劃設計院共同組成了聯合體。

　　香港采用英國標準，澳門采用歐洲標準，大陸有自己的國家標準。港珠澳大橋的工程師們在三地標準中按“就高不就低”原則制訂最高標準。舉例來說，港珠澳大橋的混凝土采用了標準最高的歐標，承載量采用了大陸標準的6車道，設計使用年限采用了英標的120年。

　　工程主要由橋、島、隧組合而成，在某些施工區(qū)域，每天通航的船舶超過4000艘。選擇隧道工法時，在使用沉管隧道還是盾構隧道之間，經歷了很長時間的討論。相較于沉管隧道，盾構隧道更深，將深入海底60米，隧道也需要建得更長。沉管隧道則需要挖一個基槽。

　　在與丹麥科威公司、荷蘭TEC公司、艾奕康公司、莫特麥克唐納公司、英國奧雅納公司等國際公司的合作中，中國交建及其子公司于2009年開始準備投標前期工作。“沉管隧道施工與造價18億美元的釜山-巨濟工程相似：沉管在干塢預制和存放，浮運到安裝現場，放置于經特殊設計的碎石基床上，碎石基床的平整度要求很高�？仆�將它在韓國工程的經驗帶到了這個工程”，科威項目經理湯米·奧爾森介紹道。科威與中交公路規(guī)劃設計院共同參與了初步設計，隨后合作完成了施工設計。

　　“這個項目的獨特之處在于它的復雜性，因為隧道需要建立在兩個人工島之間，并且是在軟土地基上”，奧爾森補充道。為了將來給30萬噸的船只通航預留航道，深埋隧道需要被埋在海床下很深的位置。6車道的設計也導致隧道有著非同尋常的寬度。“這是一個高荷載的隧道，因此，管節(jié)混凝土配筋量非常高”，奧爾森稱。

　　林鳴

　　中國交建總工程師林鳴稱，對于中國工程師而言，“這是一個解決世界級工程難題的新體驗。在國際公司的有限協(xié)助下，我們不得不依靠自己的力量攻克了這些難題。這不只是創(chuàng)造新的紀錄的問題，它代表著整個行業(yè)的科技創(chuàng)新和水平提升” 。

　　依靠新的科學技術，2014年7月，33節(jié)沉管里已有11節(jié)被安裝到了3 %坡度的精挖基槽里。每節(jié)沉管重超過7.5萬噸，180米長，38米寬，10多米高。

　　基槽在海底深度不同，第11節(jié)沉管是安裝在深水深槽里的第一節(jié)。工程師們擔心基槽內紊流會給沉管帶來不可知的影響。槽內流速約1米/秒，而海面流速0.6 - 0.8米/秒，“我們一直在監(jiān)測沉管運動姿態(tài)”，中國交建港珠澳大橋島隧項目副總工程師尹海卿說。

　　第11節(jié)沉管安裝進展順利，這一團隊以傳統(tǒng)形式進行了慶祝。8月底，第12節(jié)沉管也成功安裝。

　　巨型樁

　　橋隧的轉換是通過兩個幾近相同的人工島完成的。每個人工島長625米，寬160米，共計10萬平方米，土層厚度30米。中交一航局和三航局分別建設了西人工島和東人工島。

　　一航局一公司副總經理彭立巖介紹，早在2009年，一航局與美國打樁設備公司APE合作，對施工工法進行探討，認為用鋼圓筒取代鋼板樁建立人工島圍堰結構，將節(jié)省2年工期。

　　“我們的團隊2003年在長江口項目跟APE公司有過合作經驗”，彭立巖說，“在長江口，我們打設過13. 4米直徑的混凝土大管樁，但還從來沒有遇到過用振動錘打設20多米直徑這樣大的混凝土大管樁” 。

　　中交第四航務工程勘察設計院是長江口大管樁的設計方，曾經設想過采用更大直徑的混凝土大管樁工藝，“但即使是13. 4米的大管樁，也用了將近一年的時間才說服政府” 。

　　風險是巨大的。APE在華銷售代表楊云福稱，“一旦失敗，APE在華聲譽也面臨著很大的考驗”，“完全沒有時間為防范失敗做準備，新型振動錘也幾乎沒有任何備用零件” 。

　　2011年，APE以2000萬美元的價格通過投標競爭，成為了港珠澳大橋東、西人工島鋼圓筒打設液壓錘組的設備供應商，鋼圓筒振沉采用了八錘聯動方案。“最需要解決的技術難題在于如何讓8個錘保持同步振動”，APE中國總經理大衛(wèi)·懷特介紹道。“即使只有1個錘跟其它7個運動不同步，產生的熱量在15秒內足以將鋼融化掉”。鋼圓筒的垂直度誤差需要控制在1 / 300以內。這個形似“八爪魚”的振動錘組需要9600馬力施打重達600噸的鋼圓筒。

　　APE為西島打設了61個鋼圓筒，為東島打設了59個鋼圓筒。巨型鋼圓筒由上海振華重工制造，通過長距離外海運輸到達現場。鋼圓筒高約40 . 5至50.5米，直徑22米，鋼板厚度最大達到25毫米，插入海底沙土深度達到29米，“從來沒有打過這么大的樁”，懷特說道。當人工島外部圍堰結構成形后，島內用排水板將水排干。海底地基潛在的工后沉降必須控制在30厘米內。從人工島到海底隧道的過渡通過暗埋段來實現。

　　高精度工廠法預制

　　桂山島是一個荒無人跡的自然島，中國交建帶來了發(fā)電機，建立了一個沉管預制工廠，1000多名預制沉管的工人生活和工作在這里。管節(jié)大約38米寬，11.4米高，180米長。每個管節(jié)由8個22.5米長的節(jié)段組成，一共需要生產33節(jié)沉管。生產標準很嚴格，裂縫誤差需要控制在0 . 2毫米之內。每立方米混凝土的鋼筋含量有300多公斤，是平均水平的2倍。自2011年底以來，工廠制造24小時運行從不停工，工人們工作處于3班倒的狀態(tài)。

　　混凝土攪拌采用加冰降溫處理，通過泵送工藝傳輸到安裝好的液壓模板澆注工位。這是一個巨大的生產線，預制好的節(jié)段將通過液壓頂推系統(tǒng)，沿著滑軌頂推出去，為下一節(jié)段騰出空間。接下來，完工的整個管節(jié)將被橫移到深塢，最后被深埋到海底。

　　為了把管節(jié)拖放到距離工廠11公里外的大海，中國交建特別量身定制了沉管安裝船。復雜的海風和海浪對沉管作用力的影響，加上繁忙的航道以及嚴格的白海豚保護因素，使得每一次的沉管浮運安裝都異常緊張。第一節(jié)沉管浮運時，為了更好地控制沉管受力，施工團隊使用了6艘拖輪，管節(jié)浮運安裝花費了96個小時。然而，總結這次經驗后，第二節(jié)沉管浮運安裝使用了10艘拖輪，順著海流進行拖運，最終花費時間還不到第一次安裝的一半。

　　隧道全長6.7公里，其中沉管長度為5664米，其余部分為暗埋段和斜坡段。特制的沉管安裝船將吊放7.4萬噸的管節(jié)。特制疏浚船用來開挖基槽，開挖精度需要控制在0.5米以內，并且需要持續(xù)觀測地基沉降情況。

　　科威公司的奧爾森介紹稱，項目團隊研發(fā)了一套數模，處理厚度從1米和2米不等的碎石地基沉降�；�床土質多變，從軟弱土質過渡到硬石層，土質變化達到30 %。

　　科威工程師們希望有機會把這一數模系統(tǒng)應用到連接德國和丹麥的費馬恩海峽隧道。費馬恩海峽隧道的沉管隧道長度為18公里，建成后，將是世界最長的沉管隧道。

　　隔泥圍幕和格型鋼板樁

　　去年，中國交建完成了項目的另外一個主要組成部分：一項4億美元的填海工程，在拱北回填了209公頃的陸地，用于建設珠澳口岸人工島。人工島的設計可抵御300年一遇的風浪。項目的另外一邊，中國港灣正在進行一項9億美元的項目，在香港國際機場東北方向建一個150公頃的類似的口岸人工島，目前已完成了一半。該項目有一個6140米長的防波堤，包括134個長約34米直徑約30米格形鋼板樁結構。“這是香港首次不用挖泥而進行填海。”中國港灣的項目經理林金川介紹。他還補充說，每年的5月和6月是白海豚繁殖期，出于環(huán)境保護的考慮，項目規(guī)定在此期間禁止打樁施工。

　　林金川說，中國港灣定制的起重設備配合導承架能把圓筒結構轉動到位，再通過振動錘安裝。他說“我們曾用格形結構形成一個防波堤，但把導承架轉動270度還從沒嘗試過。 ”

　　艾奕康香港交通管理總裁伊恩·鐘說，格形結構內部及前部是碎石樁，采用拋石堤壓實、穩(wěn)固。在拋石堤的底部鋪一層覆蓋碎石的土工布，作為一個鋪在海床上的帷幕以進一步防止沉降。

　　中國港灣另外還與寶嘉（法國承包商布依格公司的子公司）、威勝利公司一起組成聯合體承建了一座9. 4公里的高架橋，合同額為17億美元。這座橋從口岸人工島穿過一個狹窄的航道，北向緊連機場，南向跨越一片未開發(fā)且不能觸碰的土地。由于距離機場跑道過于接近，機場高度限制對建設施工和結構都有影響。伊恩說，用于填海的設備高度嚴格控制在30-53米。

　　林金川說，一共預制接近5700榀梁，然而，由于必須穿過主航道，跨度達到180米的橋跨采用平衡懸臂的方法來安裝。他補充說，約20000根樁已就位，目前已經開始承臺和墩身的預制工作。

　　據說，這一54個月的橋梁合同是香港有史以來最大的設計施工合同。在橋的東部，中國建筑國際集團承建了1公里長的隧道和1.6公里的連接線。

　　隧道的西邊，主體工程的橋梁結構包括鋼梁和現澆混凝土橋跨。水上攪拌站和起重機也加入到繁忙的水上交通。30米高的墩身需要從臨時工作平臺將鋼樁鉆入硬巖100米來支撐�？缍葟臏\水區(qū)的90米變化到深水區(qū)的110米。

　　3個航道上將修建鋼箱梁斜拉橋結構以便通航。斜拉橋橋塔的高度會達到180米。

　　這里建設的一切，規(guī)模都很龐大。

　　（本文章摘自8月25日ENR雜志）

圖片來源：找項目網