大連灣海底隧道工程沉管安裝中的管節(jié)浮運(yùn)現(xiàn)場。經(jīng)濟(jì)日報(bào)記者蘇大鵬攝  

南有港珠澳，北有大連灣。重大工程項(xiàng)目的建設(shè)牽引有效投資、穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)增長，是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)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(yàn)日臻成熟。在超級(jí)工程的跨地實(shí)踐中，建設(shè)者們克服了哪些困難？又有哪些技術(shù)創(chuàng)新？經(jīng)濟(jì)日報(bào)記者近日深入大連灣海底隧道施工現(xiàn)場展開采訪調(diào)研。  

海上，抓斗船、挖掘機(jī)等設(shè)備聯(lián)合作業(yè)，機(jī)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(jié)，記者在大連灣海底隧道工程現(xiàn)場看到一片熱火朝天的施工場景。  

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(yù)計(jì)2023年竣工通車。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(xiàng)技術(shù)難度大、施工工況復(fù)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)沉管安裝開啟了我國跨海沉管隧道施工的新紀(jì)元。2021年，在大連灣海底隧道施工現(xiàn)場，我國已完成50余個(gè)“航母級(jí)”沉管的安裝。從96個(gè)小時(shí)安裝一個(gè)管節(jié)的探索到10余小時(shí)即可完成，8年來，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(jí)工程中持續(xù)探索與創(chuàng)新。  

短短數(shù)年，我國在跨海沉管隧道領(lǐng)域何以實(shí)現(xiàn)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什么？  

精準(zhǔn)對接創(chuàng)紀(jì)錄  

位于黃渤海交界的大連，老城區(qū)呈“C”字形海灣結(jié)構(gòu)，南北交通干道僅有東聯(lián)路和東北路兩條通道，車流量早已遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)通行量。大連亟需緩解主城區(qū)南北交通瓶頸問題，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題，以PPP模式建造的遼寧省重大工程項(xiàng)目。  

“海底隧道建成后，將為大連新增一條縱貫?zāi)媳钡目焖偻ǖ?，過去繞行大連灣需要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(qū)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(shè)具有重要意義。”大連灣海底隧道有限公司黨工委書記、總經(jīng)理李進(jìn)說，項(xiàng)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(shè)。  

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(yù)制的重達(dá)數(shù)萬噸的沉管密封管口后，依靠浮力一節(jié)節(jié)運(yùn)到海中，再沉入海底，對接成為隧道。在這一過程中，面對復(fù)雜的海底地形和水文條件，施工需要借助海洋氣象預(yù)報(bào)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雙“管”齊下的歷史性時(shí)刻——世界最長最寬的鋼殼沉管隧道深中通道E12管節(jié)與E11管節(jié)順利對接，建成隧道長度突破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(jié)成功安裝，沉管安裝施工任務(wù)過半。  

此次安裝的E9管節(jié)是大連灣海底隧道年內(nèi)安裝的第8節(jié)沉管，也是今年第三季度完成的第4個(gè)管節(jié)，跑出國內(nèi)沉管安裝“新速度”。  

大連灣海底隧道和光明路延伸工程主線全長12.1千米，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為城市快速路，設(shè)計(jì)時(shí)速每小時(shí)60千米，雙向6車道。其中，大連灣海底隧道全長約5.1千米，海底沉管段全長3035米，共需安裝18節(jié)大型沉管。單節(jié)標(biāo)準(zhǔn)沉管長180米，寬33.4米，高9.7米，重約6萬噸，相當(dāng)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，給沉管施工帶來極大挑戰(zhàn)。9月15日當(dāng)天，大連灣海底隧道E9管節(jié)安裝于清晨6時(shí)啟動(dòng)，在先后完成拖輪編隊(duì)、浮運(yùn)、系泊、安裝等工序后，于當(dāng)日晚20時(shí)08分順利安裝完成?！皻夂驐l件對沉管安裝影響大，E9管節(jié)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(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)隱患等充足準(zhǔn)備下確保沉管順利對接完成的?！贝筮B灣海底隧道有限公司總工程師潘立文說。  

對于海底沉管工程而言，氣候影響只是“小插曲”，真正的挑戰(zhàn)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(xù)作業(yè)，重約4.1萬噸的首節(jié)（E1）沉管成功沉放海底，與北岸暗埋段實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)對接，實(shí)現(xiàn)了我國寒冷地區(qū)首條海底沉管隧道建設(shè)零的突破。  

“E1管節(jié)施工海域?yàn)閹r石基礎(chǔ)，地質(zhì)狀況較差，無法采用全抬升式常規(guī)整平船插樁作業(yè)?！迸肆⑽恼f。為確保沉管精準(zhǔn)對接，研發(fā)團(tuán)隊(duì)歷時(shí)3年攻關(guān)，克服了巖石基礎(chǔ)條件下無法插樁的技術(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。  

萬事開頭難，邁出了第一步，后期的沉管作業(yè)越來越熟練、越來越順暢。迄今為止，施工方中交一航局成功完成了54個(gè)航母級(jí)沉管的精準(zhǔn)海底對接，也創(chuàng)造了世界跨海沉管隧道建設(shè)史上前所未有的新紀(jì)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(fù)雜、隧道曲線半徑小、寒冷海域考驗(yàn)混凝土耐久性、通航條件復(fù)雜等諸多全新考驗(yàn)，施工難度大、質(zhì)量要求高?！迸肆⑽恼f。  

首先要解決的難題就是低溫。  

在寒冷地區(qū)建設(shè)沉管隧道，是此前我國從未有過的施工經(jīng)歷。大連地處我國東北地區(qū)，冬季寒冷天氣會(huì)給施工帶來諸多不便，無論對船機(jī)設(shè)備還是施工人員都是極大考驗(yàn)。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(shè)備是否會(huì)出故障，誰也不敢保證。  

大連灣的首節(jié)沉管安裝是在冬季進(jìn)行的，然而，我國首套沉管安裝專用設(shè)備“津安2”“津安3”在設(shè)計(jì)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(yīng)性改造：加裝鍋爐、暖氣等保暖設(shè)備，更換低溫標(biāo)號(hào)齒輪油、液壓油，外露油管、水管用保溫棉包裹，絞車液壓站移至機(jī)艙，為甲板設(shè)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(qū)負(fù)責(zé)沉管安裝。工區(qū)經(jīng)理王殿文介紹：“我們結(jié)合北方寒冷地區(qū)的實(shí)際，因地制宜采取應(yīng)對措施，對專用船舶的系統(tǒng)軟件進(jìn)行了自主升級(jí)和創(chuàng)新。不少技術(shù)之前未曾考慮過，可以說是填補(bǔ)了部分沉管隧道安裝領(lǐng)域的技術(shù)空白?！币运码娎|插座安裝工藝為例，大連灣海底隧道干塢法批量預(yù)制的特點(diǎn)決定了插座數(shù)量增多，受疫情影響，從國外采購成套設(shè)備周期長，勢必影響整體進(jìn)程，技術(shù)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過數(shù)月研究，水下電纜插座的安裝工藝由一次舾裝調(diào)整為二次舾裝，不僅克服了疫情影響，還將這項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化。  

如今工程按照時(shí)間節(jié)點(diǎn)有序推進(jìn)，陸上施工最繁忙的當(dāng)屬沉管預(yù)制。  

記者在現(xiàn)場看到，工人將一根根鋼筋綁扎成一個(gè)個(gè)鋼筋籠。經(jīng)過混凝土澆筑后，這些火柴盒形狀的巨型管節(jié)將連接成一個(gè)重達(dá)數(shù)萬噸的標(biāo)準(zhǔn)沉管。  

在冬季澆筑管節(jié)在國內(nèi)尚屬首次?！肮馐茄芯扛邚?qiáng)度混凝土抗凍抗?jié)B，保證海水環(huán)境下百年使用壽命就用了兩年時(shí)間?！迸肆⑽慕榻B，“最終，大連灣海底隧道創(chuàng)新采用干塢法沉管預(yù)制，并實(shí)現(xiàn)多個(gè)作業(yè)面同時(shí)進(jìn)行?！睋?jù)介紹，這套專為大連灣海底隧道量身定制的沉管預(yù)制方法，經(jīng)過行業(yè)評定已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平。  

除了寒冷氣候，復(fù)雜的海域地質(zhì)條件也對施工提出了挑戰(zhàn)。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(fù)雜多變，地質(zhì)管節(jié)遍布溶溝、溶槽、孤石、石筍，中間還夾雜著豐富的紅黏土。  

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(jié)沉管中有5節(jié)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(jié)。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(nèi)領(lǐng)先的技術(shù)”。具備整平條件后，被譽(yù)為“海底3D打印機(jī)”的整平船進(jìn)場作業(yè)，為沉管鋪設(shè)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(tuán)隊(duì)組織骨干力量集中研究，半漂浮式整平、半幅整平、降低平臺(tái)高度、整平船加寬、整平船設(shè)置定位樁……每個(gè)方案都經(jīng)歷了無數(shù)次技術(shù)論證和推演。3年籌備期間，百余次的專題技術(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。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記田愛哲說。  

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(yàn)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(jié)段法”工藝，全部工作均在干地作業(yè)環(huán)境下完成，具有結(jié)構(gòu)制作簡單、施工質(zhì)量有保證、施工周期短、建設(shè)成本低和安全性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)?！斑@個(gè)工藝一方面避免了大型船的吊裝，更具經(jīng)濟(jì)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(nèi)首創(chuàng)，我們也申請了專利?！迸肆⑽恼f。  

值得一提的是，大連灣海底隧道未來還將實(shí)現(xiàn)“實(shí)體工程”+“數(shù)字化工程”雙產(chǎn)品移交?！八^數(shù)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(yīng)用于工程設(shè)計(jì)、建造施工、運(yùn)營維護(hù)全生命周期。簡單來說，隧道所有的實(shí)體都將通過計(jì)算機(jī)建模形成數(shù)據(jù)庫?！迸肆⑽恼f，“比如預(yù)制沉管使用的鋼筋是哪里生產(chǎn)的，爐號(hào)是多少，批號(hào)是多少，哪個(gè)班組做的……這些內(nèi)容都將實(shí)現(xiàn)數(shù)字化?！?nbsp; 

協(xié)調(diào)合作保工程  

重大工程的建設(shè)過程中，除了要針對當(dāng)?shù)貤l件突破各類技術(shù)難題，還要有應(yīng)對不同場景、工況下的應(yīng)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(yàn)著項(xiàng)目的組織、協(xié)調(diào)與執(zhí)行能力。  

大連灣水域狹窄，通航條件復(fù)雜，客輪、貨船等往來頻繁，海上施工高峰期時(shí)船舶可達(dá)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極大考驗(yàn)。  

大連港客運(yùn)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路，恰好與許多重要船舶行駛線路特別是航運(yùn)線路交叉。這意味著在建設(shè)海底隧道的同時(shí)，還要確保航運(yùn)通暢。  

“大連灣沉管隧道水上施工主要有基槽開挖、碎石基床整平、管節(jié)浮運(yùn)安裝及回填等工序，均需較長時(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，我們專門開挖了與主航道同等通航能力的臨時(shí)航道?！崩钸M(jìn)說。  

據(jù)介紹，海底隧道項(xiàng)目在香爐礁航道與甘井子航道北側(cè)，專門開挖設(shè)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。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(xiàng)目施工不影響通航。此外，項(xiàng)目還聯(lián)合研究機(jī)構(gòu)開發(fā)了海上船舶管理平臺(tái)，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警。施工期間通過多次航道轉(zhuǎn)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(fù)雜的通航情況，對工程的考驗(yàn)遠(yuǎn)不止新挖一條航道這么簡單。  

項(xiàng)目四工區(qū)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(xiàng)沉放準(zhǔn)備工作就緒。就在此時(shí)，“津安2”突然鳴笛，原來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(cuò)綜復(fù)雜，一旦漁船碰到纜繩，后果不堪設(shè)想。好在此時(shí)，警戒的海巡船接近漁船并進(jìn)行了驅(qū)離?！耙?yàn)楫?dāng)天有霧，再加上傍晚光照條件差，漁船就沒有看到我們，幸虧有大連海事局的海巡船護(hù)航。”李竹堂說。  

事實(shí)上，為全力保障海底隧道項(xiàng)目，大連多個(gè)相關(guān)部門與施工單位進(jìn)行密切協(xié)調(diào)合作，保障水域安全，研究制定通航保障方案，確定現(xiàn)場管制、臨時(shí)封航、區(qū)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(tǒng)籌協(xié)調(diào)項(xiàng)目存在的問題和困難，定期或不定期召開工程推進(jìn)協(xié)調(diào)會(huì)，深入現(xiàn)場辦公解決問題，采取一切有利于工程順利推進(jìn)的措施，確保工程項(xiàng)目全速推進(jìn)。  

投資規(guī)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(qū)投資規(guī)模最大的單體PPP項(xiàng)目，大連市城市管理局局長梁春波說：“一方面要熟悉項(xiàng)目的基本情況，掌握項(xiàng)目進(jìn)展，明確項(xiàng)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(diào)市、區(qū)各級(jí)政府部門，相關(guān)企業(yè)單位為項(xiàng)目建設(shè)創(chuàng)造便利條件?！?nbsp; 

據(jù)介紹，僅大連市城管局一家單位就已協(xié)調(diào)當(dāng)?shù)?0多家政府部門和20余家涉及管線遷改的企業(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(shè)手續(xù)方面等大小困難事項(xiàng)近1000件。