建設北方首條跨海沉管隧道

文/潘祚聲 欒兆鵬 馬建東 張作鸞

2020年12月，由中國交建投資，中交一航局、中交四航局負責施工的大連灣海底隧道首節沉管成功安裝，實現了我國寒冷地區沉管隧道施工“零”的突破。2021年3月9日，第二節沉管成功安裝。大連灣海底隧道工程是我國北方首條大型跨海沉管隧道集群工程，中交建設者積極融入“全面振興東北老工業基地”國家戰略，依托自主研發的系列精良裝備和成套核心技術，打造一條縱貫大連市南北兩岸的跨海快速通道，推動大連灣兩岸一體化建設。

第四套主梁焊接作業

“報告總指揮，根據測控系統數據顯示，各項指標均滿足設計要求。”歷經17小時的連續作業，2020年12月9日凌晨，大連灣海底隧道首節沉管安裝工作全部完成，項目四工區經理王殿文大聲宣布。一時間，掌聲、歡呼聲、禮炮聲匯集在一起，唱響勝利的“交響曲”。

大連灣海底隧道是繼港珠澳大橋建設完成之后，又一項技術工藝復雜、環保要求高的大型跨海沉管隧道集群工程，也是我國首個采用PPP模式投資建設的跨海沉管隧道。隧道全長3035米，由18節大型沉管連接而成。隧道結構外包寬度43.6米，單孔跨度17.55米，是國內單孔跨度最大、結構外包尺寸最大的沉管隧道。

因地制宜升級核心裝備

“能夠順利、精準地完成對接安裝，得益于沉管上‘長了眼睛’。”王殿文神秘地說。

王殿文口中的“眼睛”，便是安裝的拉合磁致位移傳感器、兩船四角吃水集成可視化專用監視器、沉管水箱液位傳感器等監控元件以及相應的專用軟件，這些傳感器通過信號傳輸到電腦，再通過量身定制的軟件集成系統進行分析，最后通過可視化的形式投放到一航局沉管安裝船組“津安2”“津安3”的控制室大屏上，實現實時監測沉管的水下動態，給現場技術人員下達相應指令做參考。

“在港珠澳大橋建設的時候，不少工作要靠人在對講機里喊。一個沉管安下來，好多人的嗓子都啞了。港珠澳大橋完工后，項目團隊總結施工經驗，結合大連灣海底隧道施工實際，對核心裝備進行了全面升級。有了這些監控元件和集成軟件，能夠實時查看安裝船位置變化，創新讓施工變得科學高效，還能保護嗓子。”王殿文笑道。

除了在智能化設備上進行改造升級，面對惡劣的自然環境，項目部也進行了有效應對。與伶仃洋常年穩定在20攝氏度以上的氣溫不同，大連地處中國東北，低溫給施工帶來諸多不便。安裝船“津安2”“津安3”在設計時未曾考慮低溫作業條件，而大連灣海底隧道首節沉管須在12月份進行，寒冷天氣對機械和人員都是極大的考驗。

為此，曾“參戰”港珠澳大橋的系列功勛船舶都針對冬季施工進行了適應性改造，加裝鍋爐、暖氣等保暖設備，更換低溫標號齒輪油、液壓油，絞車液壓站移至機艙，甲板設備定制了防寒篷布等措施，確保船舶在冬季寒冷施工條件下具備優越性能。

為確保沉管順利對接，研發團隊歷時6年時間攻關，開展科研立項25個，完成專項施工方案140項，并組織了1次浮運空載演練、5次沉放重載演練、8次系泊演練，確保首節沉管運輸安裝萬無一失。

沉管預制廠

攻克沉管預制難題

“這是我國首次在北方低溫環境下進行沉管預制，國內沒有現成的經驗可供借鑒，施工期間更需要拿出‘攻山頭’的干勁，而混凝土的配置成為了沉管預制的首個難題。”望著在纜繩拖拽下徐徐出塢的首批沉管，二工區總工申昌洲感慨萬千。

北方優質河沙資源匱乏，沉管隧道的預制需使用機制砂配制的混凝土進行預制，這是國內首次使用這種材料，為此申昌洲帶領技術團隊做了126次模型試驗。隨著試驗的進行，申昌洲團隊發現模型試驗體積小，各項參數不能直接應用于標準管節高達2700立方米的混凝土澆筑上，必須進行足尺模型試驗。而就在大家準備澆筑足尺模型的時候，新問題出現了。

“足尺模型試驗澆筑預計時長達25小時，如果按常規方法進行養護，澆筑的混凝土肯定會因為內外溫差過大導致出現裂縫。”二工區副經理連建龍提出的養護難題讓大家心頭一緊。大連冬季室外溫度經常在零下10攝氏度以下，而混凝土在澆筑兩天后內部溫度最高可達60攝氏度，六七十度的溫差必然導致混凝土產生裂縫。

為此，工區搭建“育嬰箱”進行養護，一方面在側模頂桁架上鋪設蒸養篷布，并將四周垂下部分貼合棚架，臺座接觸面用沙袋壓腳，從而使篷布形成相對封閉的空間；另一方面，利用高溫蒸汽進行蒸養，直至養護結束。新方案的提出，提高澆筑時的環境溫度，減小了溫差，避免了沉管凝固時發生裂縫。

沉管預制廠

當養護人員將最后一塊篷布從足尺模型上掀開，從綁扎鋼筋到拆模養護用時整整80天的足尺模型呈現在大家面前。“足尺模型沒有溫度裂縫，混凝土質量等各項指標均滿足設計要求，試驗取得成功！”現場響起一片掌聲。

給沉管建造百年“安樂窩”

“大連灣地處黃海北部，海域地勢錯綜復雜，大量溶洞、斷層和石筍充斥其中，這樣的地質條件下，建造百年品質的安穩基床不容易。”首節沉管安裝在即，沉管基床基礎施工負責人李義彬眉頭深鎖。

浮運支航道施工是沉管安裝的第一塊硬骨頭。當挖斗深入海底之后，卻碰到了硬質粘土和孤石，挖泥船傷退而歸。項目部只得變更設計，增加爆破工序。然而，水下爆破施工，雖能瓦解堅硬巖層，但航道下方有硬有軟的夾心地質又給爆破作業帶來新麻煩。

“雖然炸礁任務不到20萬立方米，但堅硬巖石內部暗藏溶洞，充斥大量粘土，使用鉆孔投放炸藥，有時候孔沒成型就直接塌方了；有時候是鉆成了，孔內的泥水混合物卻使炸藥包無法投放到底，不能釋放最大能量。”李義彬介紹說。為此，技術團隊決定增大鉆孔直徑，同時改良下藥方式——以尼龍繩系在藥柱尾端輔助下藥，在遇到下藥不順暢時，通過尼龍繩將藥柱提出，通孔后重新裝藥，保證到位率。新的辦法使水下爆破施工效率提升近一倍，同時使95%的基床標高一次性成型。

幾番“較量”下來，作業團隊逐漸摸清了這片海域和地質的脾氣秉性。面對E1管節的夾心地質，施工團隊一層一層抽絲剝繭，挖泥2030立方米、炸礁2.8萬立方米，按照設計標高絲毫不差地做好沉管基床，一次性通過交工驗收，為首節沉管搭建了安穩基床。

有驚無險成功安裝

2020年12月8日，大連灣海域晴空萬里、風平浪靜，但卻寒氣逼人，涌浪打上管頂很快結冰。上午10時30分，浮運編隊出征不久，一個突發狀況出現了。

“‘津安2’M6絞車出現故障，請緊急查看！”不到兩分鐘，項目四工區設備部副部長王富敬便到達“津安2”絞車變頻間。他運用絞車控制專用監視軟件在線診斷，迅速更換了變頻通訊控制板，絞車終于恢復正常，從問題出現到解決僅僅用了10分鐘。

好事多磨。23時30分，沉管沉放已進行了2個多小時，操作手發現沉管調坡過程中，主船“津安3”無法正常控制副船“津安2”上面的L4絞車。“我過去看看。”王富敬再次請纓。但此時沉管已下沉3米多，兩船之間布設的纜繩交織在一起，錨艇根本無法進入。在預判好風速和水流后，王富敬劃著浮排前去檢查。

王富敬2015年畢業后投身港珠澳大橋的建設，與這幾艘“功勛船舶”打交道5年多時間，對船舶的熟知使他信心滿滿。經過半個小時系統排查，成功找到了癥結所在。“是絞車系統出錯了，改過來就好了。”王富敬解釋道，問題迎刃而解。

歷經17個小時的連續奮戰，大連灣海底隧道E1管節終于順利完成安裝，2021年3月9日，第二根沉管安裝到位。中交建設者們再次在遼闊的大海上書寫下新的傳奇。