港珠澳大橋主體工程“海中橋隧”長(zhǎng)超過35公里，海底隧道長(zhǎng)約6公里，橋梁長(zhǎng)約22.9公里。這條當(dāng)今世界最長(zhǎng)的跨海通道如一道彩虹橫跨伶仃洋，連接香港大嶼山、澳門半島和廣東省珠海市。

不太為人所知的是，在這座大橋技術(shù)最難的節(jié)點(diǎn)人工島及隧道部分，處處體現(xiàn)了“同濟(jì)元素”，同濟(jì)啃下了“硬骨頭”。

中國(guó)首創(chuàng)的深插鋼圓筒快速筑島技術(shù)，創(chuàng)造了221天完成兩島筑島的世界工程記錄。

從沉管隧道“小國(guó)”到“強(qiáng)國(guó)”

同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院教授徐偉參與了潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江大橋等全國(guó)諸多著名大橋的科研工作，是大橋業(yè)內(nèi)“老法師”。

他告訴澎湃新聞（www.loaarchitects.com.cn）記者，港澳珠大橋的是中國(guó)首次在外海做橋、做島和做沉管隧道，整個(gè)建造團(tuán)隊(duì)克服了很多從未做過的技術(shù)難題，經(jīng)過9年奮斗把大橋造了起來。全國(guó)各個(gè)大學(xué)、科研單位都參與其中，把這塊“硬骨頭”啃了下來?！凹热晃覀兡茉谕夂Ｔ鞓?，那么，在我們國(guó)家廣闊的海岸線上造橋，都可以成為可能?！?/p>

由于港珠澳大橋的沉管隧道深埋外海海底，規(guī)模為世界上最長(zhǎng)、最深。在原來，巨大沉管的深水安裝是一道難題，荷蘭一家世界著名隧道沉管公司曾同意派出26個(gè)專家提供技術(shù)咨詢，咨詢費(fèi)開價(jià)1.5億歐元，當(dāng)時(shí)相當(dāng)于15億元人民幣。

當(dāng)時(shí)這家荷蘭公司表示，衷心地祝福中國(guó)人能夠自己研發(fā)這套系統(tǒng)。但是，“如果一旦不成功，再找我們時(shí)就不是這個(gè)價(jià)錢了”。中方?jīng)Q定爭(zhēng)一口氣，找自己的專家解決，任務(wù)最終落到了同濟(jì)身上。施工部門委托同濟(jì)大學(xué)承擔(dān)其設(shè)計(jì)文件的復(fù)核、審查，并完成相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)科研任務(wù)。徐偉團(tuán)隊(duì)承擔(dān)了這項(xiàng)科研任務(wù)，同濟(jì)的院士孫鈞擔(dān)任指導(dǎo)工作。

從港澳珠大橋開始，我國(guó)的沉管隧道技術(shù)在國(guó)際上達(dá)到怎樣的水平？徐偉說，上述荷蘭公司老總評(píng)價(jià)，中國(guó)已從沉管隧道施工的“小國(guó)”變成“強(qiáng)國(guó)”。

保證隧道沉管對(duì)接嚴(yán)絲合縫

2011年5月港珠澳大橋沉管隧道建設(shè)之初，同濟(jì)丁文其教授團(tuán)隊(duì)承擔(dān)的“沉管隧道接頭張開位移量控制技術(shù)研究”也緊張開展起來。

沉管隧道是由管子連接，連接之間有接頭。據(jù)丁文其介紹，沉管隧道安裝涉及的問題包括地基不均勻沉降、大回淤、高水壓、沉船、車輛荷載、潮水變化、地震、溫度作用、混凝土收縮徐變等，這些都會(huì)影響隧道接頭處的狀況。還有結(jié)構(gòu)受力、防水要求、止水帶選型和施工也對(duì)管節(jié)接頭和節(jié)段接頭有影響。

兩年多內(nèi)，針對(duì)港澳珠大橋的復(fù)雜特征和特點(diǎn)，丁文其團(tuán)隊(duì)做了各方面的子課題和分析；丁文其多次前往施工現(xiàn)場(chǎng)，計(jì)算了數(shù)百種組合工況下節(jié)段式沉管隧道的接頭張開位移量，確定了管節(jié)與節(jié)段變形特性與張開量控制指標(biāo)。

最終，丁文其團(tuán)隊(duì)研發(fā)的港珠澳大橋沉管隧道接頭張開位移量控制技術(shù)，可保證沉管對(duì)接嚴(yán)絲合縫、萬無一失。

“這類工程的發(fā)展是在原有的經(jīng)驗(yàn)、教訓(xùn)上和技術(shù)上的推進(jìn)，這一次是技術(shù)上推進(jìn)一步。”丁文其說，“未來，南昌紅谷灘沉管隧道等都將使用類似的技藝。”

隧道抗震實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)。

汪洋大海中建人工島，白海豚未受危害

因?yàn)橄愀蹤C(jī)場(chǎng)的標(biāo)高及伶仃洋主航道要求的限制，港珠澳大橋必須采用隧橋模式，隧橋轉(zhuǎn)換就得在汪洋大海中建設(shè)人工島。

構(gòu)建人工島用什么方式穩(wěn)妥？傳統(tǒng)的方式是海中選址圍堰，拋石成堤，然后抽干堰內(nèi)積水，筑建成島，但這樣會(huì)危及附近水域的白海豚，且工期漫長(zhǎng)，影響這條繁忙水道的航行。

還有一種方式是先打樁，用擠密砂樁圈起圍堰，抽干水然后再筑島。同濟(jì)學(xué)者馬險(xiǎn)峰在“外海厚軟基橋隧轉(zhuǎn)換人工島設(shè)計(jì)與施工關(guān)鍵技術(shù)”中的研究成果，支撐了擠密砂樁設(shè)計(jì)中若干難題的解決。

何謂擠密砂樁？就是利用振動(dòng)錘將套管振動(dòng)打入至規(guī)定土深，向套管內(nèi)投入砂子，通過套管的反復(fù)起拔和下壓并施以振動(dòng)，使砂子經(jīng)振壓而密實(shí)，形成砂樁。

可這項(xiàng)技術(shù)的難點(diǎn)在于，鋼筒打入淤泥并深入至20余米后其圍合的地基如何加固，還有如何能解決異常軟弱的海底地基的穩(wěn)定與沉降問題？

“我們的主要研究任務(wù)，是要得出擠密砂樁復(fù)合地基在加載之后，砂樁荷載與位移變化關(guān)系、樁土應(yīng)力分配以及砂樁周圍孔隙水壓力的變化規(guī)律，以確定影響擠密砂樁復(fù)合地基承載力和變形的關(guān)鍵因素。”馬險(xiǎn)峰介紹。

筑造人工島。 

馬險(xiǎn)峰團(tuán)隊(duì)沒有讓建設(shè)者失望。他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果都在工程中得到了應(yīng)用，成為設(shè)計(jì)與施工的重要參考數(shù)據(jù)。

隨后，一根根直徑22米、高40.5米的鋼筒打入了海底，最終圍成了東西兩個(gè)人工島?！叭绻褂贸Ｒ?guī)技術(shù)，建這樣的兩個(gè)人工島起碼要一年半，采用圓鋼筒成島，東西人工島成島僅用了7個(gè)月?！瘪R險(xiǎn)峰說。

史無前例的地下“穿針引線”

2017年4月10日，隨著最后一項(xiàng)控制性工程——拱北隧道的全隧貫通，港珠澳大橋珠海連接線主體工程全線貫通。

拱北隧道全長(zhǎng)2741米，由海中隧道和城市地下隧道組成。其中結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、施工難度最大、施工方法最特殊的是僅255米的拱北隧道暗挖段。

拱北隧道土層軟弱，富含地下水，就像“漢堡包”中的夾心肉一樣，被稱為“漢堡包”地層。因?yàn)榈孛嫒肆髅芗?，加上地下水水位高，隧道斷面超大、覆土超淺，地質(zhì)條件復(fù)雜，暗挖施工難度可想而知。

“在熙來攘往的拱北口岸，隧道施工絕不能發(fā)生漏水和地面塌陷，無論何種方法施工首先要做的就是必須保證地面變形在可控范圍內(nèi)?！蓖瑵?jì)大學(xué)胡向東教授說。

用什么方法才能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)？胡向東與各方專家一起探索，最終敲定管幕凍結(jié)法。

管幕凍結(jié)法是“管幕+凍結(jié)預(yù)支護(hù)、礦山法暗挖”的施工方法。其中，管幕是圍繞隧道四周、沿隧道全長(zhǎng)布置的大型鋼管，以強(qiáng)筋健骨保護(hù)隧道施工安全；而凍結(jié)則是把鋼管之間及周圍土體凍結(jié)成凍土，形成止水帷幕。這段暗挖工程最終確定的管幕由36根直徑1.62米的鋼管組成，圍成一個(gè)寬18米、高22米的橢圓形隧道開挖斷面，其高度相當(dāng)于7層樓的高度。

巡查拱北隧道的凍結(jié)狀況。

不同于一般的凍結(jié)法，這里的隧道線路為曲線，無法在土層中布設(shè)凍結(jié)管。可行的途徑是把凍結(jié)管布置在管幕的大鋼管里，但這種做法國(guó)內(nèi)外并無成例。

因?yàn)椴慌c土體接觸的凍結(jié)管是否能把土體凍住、常年暑熱的南方凍土如何抗弱化、如何限制凍脹避免地面隆起等三大難題，誰也沒有把握。

胡向東團(tuán)隊(duì)迎難而上，用圓形凍結(jié)管、異形凍結(jié)管和凍土限位管三種管路，成功構(gòu)建起一套特殊的凍結(jié)系統(tǒng)。于是，拱北隧道暗挖段，最終變身成了一個(gè)長(zhǎng)225米的橢圓形大“冰桶”。

有了凍結(jié)法的支撐，如此超大斷面超淺覆土的礦山法開挖隧道，開挖也是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。

把開挖對(duì)環(huán)境的影響降低到最小程度是開挖方案的目標(biāo)，必須尋找最合理的分層分部開挖具體方案。同濟(jì)大學(xué)黃宏偉、張冬梅團(tuán)隊(duì)承擔(dān)了開挖方案優(yōu)化及對(duì)環(huán)境影響的研究工作。

施工斷面5米以上的地面就是車水馬龍，誰都不敢大意。張冬梅說，根據(jù)研究結(jié)果，工程采用5臺(tái)階14部多導(dǎo)坑分部開挖作業(yè)。即把一個(gè)大洞分成了上下5層，每層劃分2-3個(gè)小洞，總共14個(gè)小洞。14個(gè)導(dǎo)洞同步開挖，立體交叉作業(yè)頻繁。

每個(gè)導(dǎo)洞內(nèi)還要分臺(tái)階、分工序組織流水作業(yè)，其組織的難度是以前沒有遇到過的。為此，建設(shè)者們結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，通過試開挖不斷優(yōu)化施工機(jī)具設(shè)備組合，根據(jù)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)調(diào)整施工步距等參數(shù)，逐步磨合出一套流水作業(yè)的順序，交叉向前挖掘推進(jìn)，邊開挖邊用鋼材、混凝土進(jìn)行支護(hù)封閉，保證了工程順利進(jìn)行和隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。