超級工程 必須堅持自主創新

文 / 中國交建總工程師、中交港珠澳大橋島隧工程項目部經理林鳴

超級工程 必須堅持自主創新

文 / 中國交建總工程師、中交港珠澳大橋島隧工程項目部經理林鳴

港珠澳大橋島隧工程除具有規模大、難度大、風險大和工期緊等特點外，還有一個顯著特點是“第一次”：外海大型深水沉管隧道施工在中國是第一次；大型鋼圓筒成島施工在世界是第一次；重達80000噸的混凝土預制構件工廠法施工在世界是第一次……

“第一次”意味著工程實施的每一步都需要去探索，讓最初的構思逐步清晰、逐步完善，同時必須考慮是否可行，是否能在施工中實施。工欲善其事，必先利其器。從初步設計開始，到著手研發大型施工裝備，通過高、新、尖的裝備來實現宏大的設計構思，支撐復雜的施工工藝，克服外海施工的困難，保障工程順利實施。

島隧工程先后研發新建或改造了十多項大型施工裝備，幾乎覆蓋了所有關鍵施工工藝。研發道路漫漫，曲折而又充滿傳奇故事。在這些故事中，振華重工幾乎參與了所有裝備的研發，成為島隧工程裝備創新的主力軍。

4厘米的精度

島隧工程沉管隧道基床面層采用碎石壟結構，需要在近50米深海底鋪設厚度為1.3米，頂標高精度達到4厘米的碎石壟。只有高精度的碎石基床才能控制沉管對接精度。碎石壟鋪設難度如同海底繡花，需要最先進的拋石整平船完成這一壯舉。

在拋石整平船的研發中，我們一開始寄希望從國外類似工程中找到答案。早在2006年，我帶領工程師來到韓國釜山，在施工單位安排下乘坐交通船在距離釜山沉管隧道拋石整平船數百米遠處繞了一圈，未能登船參觀。我們前后花費了一周時間，滿懷希望來到韓國釜山，最終卻是海灣一游，帶回一張整平船的遠景照片。

思索再三，我們決定放棄釜山沉管隧道工程拋石整平船的設計方案。伶仃洋海況比韓國釜山巨濟島海況更加惡劣，島隧工程隧道基床寬度和面積比釜山隧道更大，碎石壟精度要求更高。于是，我們轉而依托振華重工的研發制造能力。振華重工不負眾望，運用海工裝備技術設計制造出高性能平臺式拋石整平船“津平1”，很好地克服了水流波浪影響，成功滿足了沉管基床施工“毫米級”精度要求。“津平1”船體為“回”字形結構，凈重近5000噸，依靠四條直徑2.8米、長90米的“巨腿”撐起。“巨腿”采用齒條傳動結構，看似簡單，實則包含極高的設計水平和焊接工藝。每個樁腿上焊接兩根90米長的齒條，焊接時齒條加熱溫度和焊接溫度實時監控，確保加工直線度誤差不到2厘米。為了提高作業效率和精度，“津平1”工作部分集拋石、整平和檢測三道工序為一體，能夠不間斷作業。高水平的總體設計、高質量的建造技藝和高性能的設備配置，鍛造出高質量的拋石整平船。“津平1”于2012年10月19日運抵施工現場作業，在隨后兩年里完成了13萬立方高精度碎石整平施工。

“伶仃洋里嘆伶仃”，不同于文天祥的慷慨悲壯，此時卻嘆的是飛速發展。屹立的“津平1”經歷風浪洗禮，成為港珠澳大橋的一道靚麗風景。

如今，“津平1”屹立在伶仃洋上，經歷風浪洗禮，成為港珠澳大橋的一道靚麗風景。我每次登上“津平1”，如同見到老朋友一樣，倍感親切。從2006年到2012年，這7年時間里，數以百計的專家、設計師和工程師傾心打造這一沉管隧道施工的旗艦，船上每一處、每一個細節都飽含大家的智慧和汗水。

1億歐元的咨詢費

沉管隧道具有盾構隧道無法比擬的優點，從19世紀末誕生以來一直受到歐美和日韓建筑行業推崇。沉管隧道工程施工具有高風險、高難度、高技術特點，尤其是外海沉管隧道施工，堪稱基礎設施建設領域金字塔頂的明珠。

外海沉管隧道施工核心技術一直掌握在為數不多的幾家外國公司手里，他們在工法和裝備技術上處于壟斷地位。我們從2007年開始與歐洲一家頂級沉管隧道技術公司合作，希望引進他們的技術和經驗，解決港珠澳島隧項目的技術難題。在工程投標后期，我們與這家歐洲公司就具體合作事宜進行協商，他們同意提供20多人的團隊負責沉管浮運安裝施工技術咨詢，并要求我們承擔1億多歐元的咨詢費。這家公司擁有沉管安裝調節的EPS專利技術，并在中國進行了專利注冊。EPS專利技術是門架式管節對接調整設備及施工工藝，是沉管隧道施工關鍵核心技術，管節對接精度決定沉管安裝成敗，該項技術已成功應用在韓國釜山沉管隧道施工中。韓國公司在釜山隧道施工中曾想自己解決沉管對接施工難題，但未能突破技術難關，最終選擇了與這家歐洲公司合作。

在天價咨詢費面前，我們決定自主攻關解決這一技術難題。1億歐元買不回核心技術，只有走自我研發之路才能掌握核心技術。

經過無數次研究、試驗和總結，我們摸索出更符合島隧工程實際情況的管節調整方案。這套調整方案得益于振華重工的電控專有技術。振華重工在管節沉放船上采用了最先進的變頻控制技術、集中控制技術和同步控制技術。主副船上的17臺卷揚機鋼絲繩能在2.5厘米的控制精度下同步作業，能夠控制管節在每秒不大于1厘米位移速度下移動，能夠方便地調整沉管在海中的運動姿態。沉放船上配備我們研發的沉管拉合系統、深水測控系統和沉管壓載水調節系統，實現集中控制，足不出艙就能掌控沉管浮運和安裝的每一個環節。

在2014年沉管安裝施工中，我們遇到深水深槽技術難題，沉管對接安裝水文情況異常復雜。我們研發建造的沉放船及全套安裝系統經受住考驗，在進行操作調整后圓滿完成數個管節安裝，再一次證明該項技術處于世界領先水平。

大型裝備研發的過程并非一帆風順，甚至是困難重重。

沉放船由主船和副船組成，分別配置了8臺和9臺沉放施工用的卷揚機，這些卷揚機如何布置？拉力如何選擇？與管節如何連接？系統如何控制？這些問題和沉管安裝工藝緊密銜接，和現場作業海況密不可分，難以通過理論計算確定。

從180噸到40噸

大型裝備研發的過程并非一帆風順，甚至是困難重重。沉放船由主船和副船組成，分別配置了8臺和9臺沉放施工用的卷揚機，這些卷揚機如何布置？拉力如何選擇？與管節如何連接？系統如何控制？這些問題和沉管安裝工藝緊密銜接，和現場作業海況密不可分，難以通過理論計算確定。我們咨詢過一家歐洲專業公司，他們根據現場海況和施工工藝要求給出的卷揚機拉力為180噸。180噸的卷揚機，設備外形尺寸如同一個大房間，12臺房間大小的卷揚機同時布置在安裝船主甲板上“非常壯觀”，難以實施。我們先后選擇了國內多家科研院所進行物模試驗，模擬施工作業海況，分析水流、波浪、風力對管節的影響，同時邀請振華重工對卷揚機選型進行優化。經過一次次的比較，卷揚機拉力從180噸調整到150噸，再到120噸。同時，我們對不同功能的卷揚機進行細化調整，最小卷揚機拉力僅為40噸。

當前，我國基礎設施建設行業規模已經躋身世界前列，在持續高速發展的同時，面臨著“中等收入陷阱”的挑戰。

尤其在海外市場的角逐中，當原有優勢逐漸弱化，唯有加強先進技術的研發，才能提高海外市場競爭力。

10000噸鋼結構的優化

回顧過去4年的工程進展，我深切感受到裝備研發只有依靠合作才能最大限度發揮各方優勢。

島隧工程沉管預制采用工廠法施工工藝，從原材料進廠、加工到混凝土澆筑采用全自動流水線，最終產品是重達80000噸的復雜預制構件。全斷面液壓模板成套設備是預制廠重要組成部分，如同預制廠的心臟，設備功能直接決定預制廠建設的成敗。2008年起，我們與總部位于奧地利的一家全球頂級系統模板公司進行了長達3年的合作與研究。這家公司具有雄厚的設計和制造實力，迪拜塔、小浪底水壩和大亞灣核電站等重大工程均采用了該公司的系統模板，其提供的設計方案可圈可點，但是，模板鋼結構重達10000多噸，總體造價極其昂貴。

預制廠建設迫在眉睫，雙方在系統模板方案優化和合作方式談判中舉步維艱。2010年12月中旬，我們召開沉管預制廠模板設計制造決策會，經過了十多個小時的緊張討論，最終決定次日早上6點通知奧地利模板公司到珠海進行合同談判。

當天晚上我輾轉難眠，想到剛聯系上的一家德國系統模板公司也是世界頂級模板專業公司，兩家公司的名稱在我腦海里翻騰。下半夜，我非常強烈地感覺到：假如德國公司與振華重工合作，也許能夠解決模板問題。不能再猶豫，我拿起電話要求設備部暫緩通知奧地利公司，并立即聯系德國公司到珠海商議與振華重工聯合進行模板設計建造的可行性。電話掛斷時已是凌晨4點。

在隨后一年里，德國公司和振華重工攜手完成了這一經典作品。預制廠系統模板采用全新設計方案，鋼結構重量僅數千噸，減重近一半。

當前，我國基礎設施建設行業規模已經躋身世界前列，在持續高速發展的同時，面臨著“中等收入陷阱”的挑戰。尤其在海外市場的角逐中，當原有優勢逐漸弱化，唯有加強先進技術的研發，才能提高海外市場競爭力。島隧工程裝備研發制造歷經10年，我們對裝備技術優勢的理解已經不再局限于擁有高新裝備的數量，也不局限于“拿來”或“引進”，10年的研發之路給我們帶來啟示：只有通過自我研發和創新，企業才能擁有核心的市場競爭力。在新一輪的全球制造業競爭中，中國交建唯有走自主研發之路，掌握核心技術，才能在激烈的市場競爭中制勝。

港珠澳大橋沉管隧道內部