大連灣海底隧道技術(shù)團(tuán)隊(duì)以超級(jí)工程為依托，堅(jiān)持自主創(chuàng)新，敢于直面困難、破解難題，用實(shí)際行動(dòng)占領(lǐng)沉管浮運(yùn)安裝技術(shù)的“制高點(diǎn)”，構(gòu)建起中國沉管隧道建設(shè)的安全防護(hù)墻，在建設(shè)沉管隧道現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)鏈“鏈長”的道路上展現(xiàn)了中交一航的智慧與擔(dān)當(dāng)。

6月30日，大連灣海底隧道最后2節(jié)沉管即將出塢，不久后，將和已經(jīng)安裝在海底的另外16節(jié)沉管匯合，中交一航局的中國工程師在港珠澳大橋、深中通道、大連灣海底隧道等超級(jí)工程中磨煉本領(lǐng)，不斷勇闖沉管隧道技術(shù)“無人區(qū)”，開辟原創(chuàng)技術(shù)“策源地”，讓中華民族“敢下五洋捉鱉”的深海工程建設(shè)能力得到提升。

一、荷蘭人說：沒有我們，你們不可能建成沉管隧道

1910年，美國底特律水底鐵路隧道的建成，這是目前資料中可以查到的最早使用沉管隧道的水下工程。而此時(shí)，統(tǒng)治中國仍然是腐朽的清王朝。此后的100多年，荷蘭、日本、德國等國家沉管技術(shù)不斷得到突破，沉淀了一大批先進(jìn)的核心技術(shù)和裝備。

自上世紀(jì)90年代以來，我國開始在水工工程中小規(guī)模使用沉管法工藝。但直到2008年，才真正在外海大規(guī)模使用沉管隧道技術(shù)。這個(gè)重要的工程是港珠澳大橋。

港珠澳大橋建設(shè)初期，如何確保沉管隧道在深海中精準(zhǔn)安裝、如何確保沉管連接出滴水不漏，這些難題困擾著中國工程師。為了解決問題，中國工程師們走出國門，企圖尋求外國專家的幫助。最終，找到了荷蘭一家咨詢公司。這家咨詢公司開出了數(shù)億咨詢費(fèi)的天價(jià)!并表示，沒有我們的幫助，你們中國人不可能在深海建成沉管隧道。

苛刻的條件，歸根結(jié)底，是因?yàn)槲覀儧]有掌握核心技術(shù)!沒有核心技術(shù)，就要被“卡脖子”，就要受制于人!

中國人要有自己的深海沉管隧道!以中國交建首席科學(xué)家、工程院院士林鳴為代表的中國沉管隧道工程師，開啟了國產(chǎn)隧道的艱辛歷程。也正是在那時(shí)，中交一航局作為主力施工隊(duì)伍，組建了我國首支專業(yè)化深海沉管安裝隊(duì)伍。

經(jīng)過國內(nèi)眾多專家的共同努力，中國工程師在港珠澳大橋的建設(shè)中攻克了沉管沉放、安裝等眾多基礎(chǔ)性難題。在工程建設(shè)中，中交一航局自主研發(fā)建造了基床整平船、沉管安裝船等達(dá)到世界領(lǐng)先水平的關(guān)鍵裝備，中國深海沉管隧道在披荊斬棘中完成了從0到1的艱難突破!

二、新的挑戰(zhàn)：北方嚴(yán)寒條件的首條沉管隧道

盤點(diǎn)已經(jīng)建成的深海沉管隧道，絕大多數(shù)海水溫度不低于結(jié)冰臨界點(diǎn)。因?yàn)椋绻麣鉁剡_(dá)到臨界點(diǎn)以，混凝土?xí)艿絻鋈谘h(huán)的破壞。就像一顆白菜冷凍后再解凍，就會(huì)化成一灘水，混凝土受到冰凍解凍的拉扯，會(huì)遭受致命打擊。

解決這個(gè)難題，對(duì)我國沉管隧道建設(shè)具有重要意義?？v觀中國地圖，黃海和渤海為我國最緯度最高的外海，大連的緯度和我國北方最大河流黃河的“幾字形”中的“橫”緯相當(dāng)。如果能夠在大連的氣候環(huán)境下建設(shè)海底隧道，也就意味著具備了在國內(nèi)任何水系建設(shè)沉管隧道的能力!

前景何其激動(dòng)人心!中國沉管隧道將再次勇闖技術(shù)“無人區(qū)”，攀登新的高峰!

一航局建立了“水下隧道建設(shè)與運(yùn)維技術(shù)企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”，并在施工現(xiàn)場建立試驗(yàn)與應(yīng)用基地，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)室科研成果和現(xiàn)場的轉(zhuǎn)化，構(gòu)建科研和應(yīng)用的快速轉(zhuǎn)化通道?？茖W(xué)家和工程師們調(diào)研了我國寒冷海域10至86年的海工構(gòu)筑物。通過大量測試，建立了極寒環(huán)境下的混凝土模型，用于混凝土結(jié)構(gòu)百年耐久性的預(yù)測。同時(shí)，圍繞工程“百年標(biāo)準(zhǔn)”的質(zhì)量要求，通過大量試驗(yàn)，解密了極寒條件下混凝土的配合比密碼，以及混凝土保護(hù)層的厚度極限值。

解密了混凝土的配合比密碼，另一道和混凝土相關(guān)的難題擺在了面前：受環(huán)保政策以及周邊河砂資源匱乏的影響，混凝土的重要原料之一沙子不能夠滿足工程需要。為了克服這個(gè)難題，施工現(xiàn)場開始了新的研究，用采礦后留下的邊角余料，生產(chǎn)合格機(jī)制砂，用來代替河砂。經(jīng)過大量復(fù)雜試驗(yàn)，模擬建立了機(jī)制砂混凝土100年耐受度的理論模型，明確了機(jī)制砂作為海工混凝土砂石替代的具體參數(shù)。這項(xiàng)成果經(jīng)航海學(xué)會(huì)評(píng)價(jià)，達(dá)到國際先進(jìn)水平。

三、精準(zhǔn)靶向：低土地占用，做繁華城市的隱形插片

海底隧道的北出口位于老甘井子區(qū)，二十年前這里是不折不扣的繁華地段，向西不到兩公里便是近年來頗受大連市民青睞的現(xiàn)代化社區(qū)鉆石灣，原計(jì)劃為2023年亞洲杯足球賽量身打造的現(xiàn)代化足球場——梭魚灣足球場正拔地而起，而南出口連接著目前大連市最繁華的中山區(qū)，向南直達(dá)港灣廣場和東港，向西可以直接進(jìn)入疏港快速路。對(duì)于北岸的一老(老甘井子)一新(鉆石灣)而言和南岸的中山區(qū)而言，這條海底隧道的意義不僅僅是通行時(shí)間縮短至5分鐘，其社會(huì)意義不言而喻。

兩點(diǎn)之間、直線最短。但項(xiàng)目建設(shè)還要考慮城市規(guī)劃和既有建筑，為了保護(hù)大連港原有地貌、減少南北兩岸的拆遷工作，沉管隧道的優(yōu)勢充分凸顯。與礦山法、盾構(gòu)法相比，沉管法隧道在海底的埋深更淺，可以減少隧道陸域連接段里程，這就意味著大連灣海底隧道能夠最大限度降低土地占有率，既減少了拆遷量，又為今后城市布局提供更大空間。

為了達(dá)到這個(gè)目的，一航建設(shè)者不得不讓隧道在海底先拐個(gè)彎。這個(gè)由5個(gè)148米異形沉管組成的曲線段，半徑之小、曲率之大，皆為國內(nèi)乃至世界沉管隧道建設(shè)史之最。為了確保沉管滴水不漏，就必須解決曲線段管節(jié)安裝的技術(shù)難題。

作為沉管安裝領(lǐng)域的領(lǐng)跑者，一航局再次展示了強(qiáng)大的技術(shù)實(shí)力。技術(shù)團(tuán)隊(duì)針對(duì)曲線段管節(jié)安裝開展了近兩年的技術(shù)研究，開創(chuàng)造性提出了“智慧沉管”概念。

先從碎石基床整平入手。整平的難點(diǎn)在于如何使基床匹配大弧度管節(jié)。把基床曲線部位的碎石壟適當(dāng)延長，在曲線管節(jié)區(qū)域畫一個(gè)平行四邊形，把弧線包含其中。但在船體全漂浮的狀態(tài)下，做大曲率整平，對(duì)保證精度和效率也是極大的挑戰(zhàn)。

一航局經(jīng)過3個(gè)多月的自主研發(fā)和反復(fù)試驗(yàn)，為全漂浮整平量身定制了自動(dòng)定位與調(diào)平系統(tǒng)。在自動(dòng)定位模式下，系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測整平船當(dāng)前的位置信息，獲取與目標(biāo)位置的偏差數(shù)據(jù)，自動(dòng)控制整平船的6臺(tái)絞車向目標(biāo)船位進(jìn)行收放纜動(dòng)作，直至船體精準(zhǔn)移至目標(biāo)位置。如此大的船體實(shí)現(xiàn)“自動(dòng)泊車”，在行業(yè)內(nèi)達(dá)到了領(lǐng)先水平。

高精度整平為曲線段管節(jié)的精準(zhǔn)安裝提供了保障，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)又通過嚴(yán)格通纜作業(yè)要求，優(yōu)化安裝沉放步驟，調(diào)整對(duì)接端著床距離，嚴(yán)格計(jì)算管節(jié)沉放準(zhǔn)備壓載過程，控制管節(jié)姿態(tài)，最終實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)對(duì)接。

為了實(shí)時(shí)監(jiān)測已安裝管節(jié)的姿態(tài)，有效防止管節(jié)發(fā)生位移、沉降，一航局研發(fā)了沉管隧道健康監(jiān)測系統(tǒng)，引進(jìn)光纖光柵傳感器，對(duì)混凝土溫度梯度、管內(nèi)溫濕度、管節(jié)接頭相對(duì)變形進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。光纖光柵傳感器利用光傳播過程中波長的變化反映物理量變，可進(jìn)行應(yīng)變、溫度、位移、加速度、壓力測試，相比傳統(tǒng)傳感器具有抗干擾強(qiáng)、耐腐蝕、形狀可塑、傳輸損耗小等特點(diǎn)。

數(shù)字化應(yīng)用也是“智慧沉管”靚麗標(biāo)簽。在項(xiàng)目建設(shè)初期加強(qiáng)BIM技術(shù)研究，通過BIM建模，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵部位、復(fù)雜工藝的可視化，提升了施工效率，BIM成果也在國內(nèi)行業(yè)協(xié)會(huì)屢獲大獎(jiǎng);開發(fā)數(shù)字化產(chǎn)品交互平臺(tái)和綜合運(yùn)維管理平臺(tái)，這將是國內(nèi)首個(gè)數(shù)字化移交項(xiàng)目。開發(fā)高精度施工船舶智能管理平臺(tái)，實(shí)時(shí)獲取施工船舶位置、狀態(tài)等信息，全時(shí)段可視化輔助船舶管理，解決了狹窄水域內(nèi)施工船舶多且密，船舶交叉作業(yè)干擾等工程實(shí)際問題。

四、搶占高點(diǎn)：解決“卡脖子”問題，實(shí)現(xiàn)自主自控

工欲善其事，必先利其器。從港珠澳到深中通道和大連灣，一航局自主研發(fā)了沉管運(yùn)輸安裝一體船、深水碎石高精度整平船、供料鎖固船、專用拋夯一體船等核心裝備，形成了沉管隧道建設(shè)完整的系列裝備群，為一航局成為國內(nèi)掌握外海沉管隧道建造核心技術(shù)的企業(yè)奠定了基礎(chǔ)。

但部分環(huán)節(jié)依然不可避免地受制于國外技術(shù)。加之2020年初開始的新冠疫情，為項(xiàng)目建設(shè)帶來諸多困難，原本需要從國外進(jìn)口的關(guān)鍵設(shè)備以及需要國外協(xié)助的技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)，倒逼了中國沉管隧道全產(chǎn)業(yè)鏈的國產(chǎn)化的探索。

大連灣海底隧道采用了我國自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位管節(jié)安裝，并完成了施工定位系統(tǒng)GPS和北斗系統(tǒng)的兼容性提升，成功驗(yàn)證了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在跨海通道工程中的實(shí)際效用，其精確度和可靠性均達(dá)到工程使用需求。

最終接頭是沉管隧道最終能否順利貫通的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是整個(gè)項(xiàng)目的核心技術(shù)之一。大連灣海底隧道采用國內(nèi)首創(chuàng)的推出式頂進(jìn)節(jié)段法最終接頭工藝，設(shè)計(jì)階段確定了頂推施工所需的千斤頂操作系統(tǒng)為瑞士研發(fā)，但在2021年底最終接頭第一階段的頂推施工前，發(fā)現(xiàn)設(shè)備構(gòu)件在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中損壞，導(dǎo)致系統(tǒng)無法運(yùn)行，在疫情和工期的雙重壓力下，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在前期試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)操作系統(tǒng)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)編程，國產(chǎn)化的操作系統(tǒng)界面更加簡明易懂，并實(shí)現(xiàn)了測控系統(tǒng)與頂推系統(tǒng)并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了最終接頭的毫米級(jí)頂推。

從港珠澳大橋建設(shè)期間，沉管隧道的水下電纜插座為德國進(jìn)口，由于大連灣海底隧道采用干塢法批量預(yù)制沉管，如果采用原有的電纜插座安裝方式，項(xiàng)目對(duì)該設(shè)備的采購量將數(shù)倍增長，且受到疫情影響，采購周期延長，對(duì)工期無法保障。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)經(jīng)過研究，決定電纜插座的安裝由一次舾裝調(diào)整到二次舾裝，插座的使用數(shù)量由原來的20套銳減為3套，同時(shí)聯(lián)合國內(nèi)相關(guān)廠家進(jìn)行技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化改造，目前已經(jīng)成功應(yīng)用于海底隧道的15個(gè)管節(jié)。自主設(shè)計(jì)制造的海底隧道沉管安裝水下電纜插座，提高了使用耐久性和抗腐蝕性，克服了疫情影響，不再依賴國外進(jìn)口，打破國外技術(shù)壟斷，滿足循環(huán)使用要求，大大提升經(jīng)濟(jì)效益。

大連灣海底隧道建設(shè)過程中，一航局以全面提升自主科技創(chuàng)新能力為核心，大力推進(jìn)數(shù)字化研究，以增產(chǎn)量、降成本、提效益、促發(fā)展為目標(biāo)，以解決項(xiàng)目重難點(diǎn)問題為原則，為我國沉管隧道的發(fā)展積累寶貴的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也體現(xiàn)了一航局在沉管施工領(lǐng)域逐漸顯著的優(yōu)勢。

“可上九天攬?jiān)?，可下五洋捉鱉，談笑凱歌還。世上無難事，只要肯登攀?！庇捎谠诟壑榘拇髽?、深中通道、大連灣海底隧道的驚艷表現(xiàn)，一航局的工程師受邀參加世界隧道大會(huì)，并做了成果匯報(bào)。中國工程師們用智慧和汗水澆筑的中國沉管隧道技術(shù)正在被世界認(rèn)可，完成從追跑、跟跑到領(lǐng)跑的巨大跨越!