“蛟龍”潛底架通途—大連灣海底隧道工程建設情況調查

大連灣海底隧道工程沉管安裝中的管節(jié)浮運現(xiàn)場。經(jīng)濟日報記者蘇大鵬攝  

南有港珠澳，北有大連灣。重大工程項目的建設牽引有效投資、穩(wěn)定經(jīng)濟增長，是實現(xiàn)經(jīng)濟高質量發(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域的技術、裝備、經(jīng)驗日臻成熟。在超級工程的跨地實踐中，建設者們克服了哪些困難？又有哪些技術創(chuàng)新？經(jīng)濟日報記者近日深入大連灣海底隧道施工現(xiàn)場展開采訪調研。  

海上，抓斗船、挖掘機等設備聯(lián)合作業(yè)，機器轟鳴；陸地上，工人們在進行混凝土澆筑等工序，緊張忙碌。入秋時節(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，遼寧省大連市啟動重大民生工程——大連灣海底隧道和光明路延伸工程，預計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技術難度大、施工工況復雜、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沉管安裝開啟了我國跨海沉管隧道施工的新紀元。2021年，在大連灣海底隧道施工現(xiàn)場，我國已完成50余個“航母級”沉管的安裝。從96個小時安裝一個管節(jié)的探索到10余小時即可完成，8年來，我國跨海沉管隧道施工技術在港珠澳大橋、大連灣海底隧道、深中通道等一個個超級工程中持續(xù)探索與創(chuàng)新。  

短短數(shù)年，我國在跨海沉管隧道領域何以實現(xiàn)突飛猛進？有哪些技術創(chuàng)新與突破？又遇到了哪些意想不到的困難？對下一個海底隧道工程又意味著什么？  

精準對接創(chuàng)紀錄  

位于黃渤海交界的大連，老城區(qū)呈“C”字形海灣結構，南北交通干道僅有東聯(lián)路和東北路兩條通道，車流量早已遠超設計通行量。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目。  

“海底隧道建成后，將為大連新增一條縱貫南北的快速通道，過去繞行大連灣需要1個多小時，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、推動大連灣兩岸一體化建設具有重要意義?！贝筮B灣海底隧道有限公司黨工委書記、總經(jīng)理李進說，項目不僅方便市民出行，也將優(yōu)化城市功能，推動大連灣兩岸一體化建設。  

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制的重達數(shù)萬噸的沉管密封管口后，依靠浮力一節(jié)節(jié)運到海中，再沉入海底，對接成為隧道。在這一過程中，面對復雜的海底地形和水文條件，施工需要借助海洋氣象預報找到精確的窗口期。  

9月15日，中交第一航務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；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，沉管安裝施工任務過半。  

此次安裝的E9管節(jié)是大連灣海底隧道年內安裝的第8節(jié)沉管，也是今年第三季度完成的第4個管節(jié)，跑出國內沉管安裝“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，建設標準為城市快速路，設計時速每小時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)標準沉管長180米，寬33.4米，高9.7米，重約6萬噸，相當于一艘航空母艦的排水量。  

海上風浪、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日當天，大連灣海底隧道E9管節(jié)安裝于清晨6時啟動，在先后完成拖輪編隊、浮運、系泊、安裝等工序后，于當日晚20時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，實時測算海水密度，排除各項風險隱患等充足準備下確保沉管順利對接完成的。”大連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“一個接一個”。去年底，大連灣海底隧道有限公司歷經(jīng)17小時連續(xù)作業(yè)，重約4.1萬噸的首節(jié)（E1）沉管成功沉放海底，與北岸暗埋段實現(xiàn)精準對接，實現(xiàn)了我國寒冷地區(qū)首條海底沉管隧道建設零的突破。  

“E1管節(jié)施工海域為巖石基礎，地質狀況較差，無法采用全抬升式常規(guī)整平船插樁作業(yè)?！迸肆⑽恼f。為確保沉管精準對接，研發(fā)團隊歷時3年攻關，克服了巖石基礎條件下無法插樁的技術難題，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個航母級沉管的精準海底對接，也創(chuàng)造了世界跨海沉管隧道建設史上前所未有的新紀錄。  

因地制宜破難點  

“大連灣海底隧道工程存在地質條件復雜、隧道曲線半徑小、寒冷海域考驗混凝土耐久性、通航條件復雜等諸多全新考驗，施工難度大、質量要求高。”潘立文說。  

首先要解決的難題就是低溫。  

在寒冷地區(qū)建設沉管隧道，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)，冬季寒冷天氣會給施工帶來諸多不便，無論對船機設備還是施工人員都是極大考驗。冬天在室外吹半小時海風，穿再厚的衣服也頂不住；低溫狀態(tài)下安裝設備是否會出故障，誰也不敢保證。  

大連灣的首節(jié)沉管安裝是在冬季進行的，然而，我國首套沉管安裝專用設備“津安2”“津安3”在設計之初并未考慮低溫影響。于是，施工方針對冬季施工特點，對沉管基床整平船“津平1”、沉管安裝船“津安2”“津安3”等主要船舶進行了一系列適應性改造：加裝鍋爐、暖氣等保暖設備，更換低溫標號齒輪油、液壓油，外露油管、水管用保溫棉包裹，絞車液壓站移至機艙，為甲板設備定制防寒篷布……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)負責沉管安裝。工區(qū)經(jīng)理王殿文介紹：“我們結合北方寒冷地區(qū)的實際，因地制宜采取應對措施，對專用船舶的系統(tǒng)軟件進行了自主升級和創(chuàng)新。不少技術之前未曾考慮過，可以說是填補了部分沉管隧道安裝領域的技術空白?！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制的特點決定了插座數(shù)量增多，受疫情影響，從國外采購成套設備周期長，勢必影響整體進程，技術團隊經(jīng)過數(shù)月研究，水下電纜插座的安裝工藝由一次舾裝調整為二次舾裝，不僅克服了疫情影響，還將這項技術實現(xiàn)了國產(chǎn)化。  

如今工程按照時間節(jié)點有序推進，陸上施工最繁忙的當屬沉管預制。  

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

在冬季澆筑管節(jié)在國內尚屬首次。“光是研究高強度混凝土抗凍抗?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制，并實現(xiàn)多個作業(yè)面同時進行。”據(jù)介紹，這套專為大連灣海底隧道量身定制的沉管預制方法，經(jīng)過行業(yè)評定已經(jīng)達到國際先進水平。  

除了寒冷氣候，復雜的海域地質條件也對施工提出了挑戰(zhàn)。與較多淤泥為主的單一地質不同，地處北方的大連灣海底隧道施工海域地質復雜多變，地質管節(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、水下精挖等先進工藝，這都是國內領先的技術”。具備整平條件后，被譽為“海底3D打印機”的整平船進場作業(yè)，為沉管鋪設一個能夠安睡的“床”。  

然而，大連灣海域的基槽邊坡炸礁后會存在大量裂隙。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。  

為解決這個困難，中交一航局研發(fā)團隊組織骨干力量集中研究，半漂浮式整平、半幅整平、降低平臺高度、整平船加寬、整平船設置定位樁……每個方案都經(jīng)歷了無數(shù)次技術論證和推演。3年籌備期間，百余次的專題技術研討，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)?！贝筮B灣海底隧道有限公司黨工委副書記田愛哲說。  

正是這樣一個個難題的解決和突破，讓跨海隧道工程技術不斷發(fā)展進步。豐富的經(jīng)驗并不是一朝一夕就能擁有的，而是在艱難的實踐中不斷創(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，具有結構制作簡單、施工質量有保證、施工周期短、建設成本低和安全性強等優(yōu)點?！斑@個工藝一方面避免了大型船的吊裝，更具經(jīng)濟性；另一方面是不受風浪影響，安全性更高。最重要的是質量方面的精度要更高。這一工藝是國內首創(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現(xiàn)“實體工程”+“數(shù)字化工程”雙產(chǎn)品移交。“所謂數(shù)字化工程，就是將BIM技術、互聯(lián)網(wǎng)協(xié)同技術、物聯(lián)網(wǎng)技術深度應用于工程設計、建造施工、運營維護全生命周期。簡單來說，隧道所有的實體都將通過計算機建模形成數(shù)據(jù)庫?！迸肆⑽恼f，“比如預制沉管使用的鋼筋是哪里生產(chǎn)的，爐號是多少，批號是多少，哪個班組做的……這些內容都將實現(xiàn)數(shù)字化?！?nbsp; 

協(xié)調合作保工程  

重大工程的建設過程中，除了要針對當?shù)貤l件突破各類技術難題，還要有應對不同場景、工況下的應用和突破。只有不斷創(chuàng)新，才能推動整個技術不斷成熟、完善。  

海底隧道施工期間，如何保障施工與通航兩不誤？這考驗著項目的組織、協(xié)調與執(zhí)行能力。  

大連灣水域狹窄，通航條件復雜，客輪、貨船等往來頻繁，海上施工高峰期時船舶可達百余艘，而工期僅50個月，這對施工安全和海上通航能力都帶來極大考驗。  

大連港客運碼頭、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線路交叉。這意味著在建設海底隧道的同時，還要確保航運通暢。  

“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)浮運安裝及回填等工序，均需較長時間占用原航道部分水域。為保障水上施工作業(yè)和社會船舶水上通航安全，我們專門開挖了與主航道同等通航能力的臨時航道?！崩钸M說。  

據(jù)介紹，海底隧道項目在香爐礁航道與甘井子航道北側，專門開挖設置一條與原航道通航能力相同的臨時航道，保證船只能順利通過。臨時航道有10多米深、200多米寬，這一大工程就是為了確保項目施工不影響通航。此外，項目還聯(lián)合研究機構開發(fā)了海上船舶管理平臺，進行實時監(jiān)測預警。施工期間通過多次航道轉換，既保證了大連灣正常通航，又保證了海上施工安全。  

大連灣海域復雜的通航情況，對工程的考驗遠不止新挖一條航道這么簡單。  

項目四工區(qū)副經(jīng)理李竹堂至今還記得那驚心動魄的一幕。今年3月9日傍晚，E2沉管的各項沉放準備工作就緒。就在此時，“津安2”突然鳴笛，原來是一艘小漁船誤打誤撞駛進施工海域。安裝船與拖輪、岸上連接的纜繩錯綜復雜，一旦漁船碰到纜繩，后果不堪設想。好在此時，警戒的海巡船接近漁船并進行了驅離。“因為當天有霧，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航?！崩钪裉谜f。  

事實上，為全力保障海底隧道項目，大連多個相關部門與施工單位進行密切協(xié)調合作，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施效率，大連市城市管理局統(tǒng)籌協(xié)調項目存在的問題和困難，定期或不定期召開工程推進協(xié)調會，深入現(xiàn)場辦公解決問題，采取一切有利于工程順利推進的措施，確保工程項目全速推進。  

投資規(guī)模大、跨越地域廣、動遷難度大、技術難度高，對于服務這一目前我國東北地區(qū)投資規(guī)模最大的單體PPP項目，大連市城市管理局局長梁春波說：“一方面要熟悉項目的基本情況，掌握項目進展，明確項目公司的訴求，有針對性地提出工作建議；另一方面要協(xié)調市、區(qū)各級政府部門，相關企業(yè)單位為項目建設創(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)調當?shù)?0多家政府部門和20余家涉及管線遷改的企業(yè)，解決關于用海用地、方案、征地、遷改、文物、環(huán)境、通航、建設手續(xù)方面等大小困難事項近1000件。