深中通道建設(shè)難在哪？

文 金文良 楊新輝 曾倩瑩

深中通道是繼港珠澳大橋之后，我國(guó)的又一世界級(jí)跨海通道集群工程，是交融海陸空、打破區(qū)域界限的重大樞紐工程，將珠江兩岸“深莞惠”與“珠中江”兩大城市群串聯(lián)在一起，在建設(shè)粵港澳大灣區(qū)的進(jìn)程中承擔(dān)著極為重要的使命。

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深中通道主橋伶仃洋大橋有著1666米的特大跨度，橋面高達(dá)90米，相當(dāng)于30層樓的高度，未來有望成為全球最高海中大橋。當(dāng)然，如此之高的海中大橋，又在臺(tái)風(fēng)頻發(fā)的珠三角，對(duì)抗風(fēng)要求相當(dāng)高，有著極高的建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)，建成后運(yùn)營(yíng)的安全也會(huì)受到極大考驗(yàn)。值得慶幸的是，通過近兩年的科學(xué)研究，大橋的抗風(fēng)安全性問題已經(jīng)得到了很好的解決。

另外，由于深中通道處于海洋大環(huán)境內(nèi)，還必須解決橋梁結(jié)構(gòu)特別是與海水直接接觸的下部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)工程的防腐蝕問題。為此，深中通道管理中心組織專業(yè)團(tuán)隊(duì)研發(fā)高性能海工混凝土，從材料、施工工藝等多方面保證結(jié)構(gòu)的耐久性，確保為社會(huì)大眾提供更加長(zhǎng)久的安全運(yùn)輸通道，發(fā)揮更加長(zhǎng)久的“動(dòng)脈”作用。

深中通道是繼港珠澳大橋之后，我國(guó)的又一世界級(jí)跨海通道集群工程，位于距離港珠澳大橋上游約38公里的伶仃洋海域處，由橋、島、隧、水下互通組成，全長(zhǎng)約24公里，按照雙向八車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)行車時(shí)速為100公里，國(guó)高網(wǎng)編號(hào)為G2518。

深中通道是交融海陸空、打破區(qū)域界限的重大樞紐工程，將珠江兩岸“深莞惠”與“珠中江”兩大城市群串聯(lián)在一起，在建設(shè)粵港澳大灣區(qū)的進(jìn)程中承擔(dān)著極為重要的使命。從2015年國(guó)家發(fā)展改革委正式批復(fù)，同意建設(shè)深圳至中山跨江通道開始，深中通道就開始一筆筆描繪自己的工程畫卷，2019年將進(jìn)入最難也是最關(guān)鍵的階段——控制性工程沉管隧道的施工安裝。

二十九選一，東隧西橋獲認(rèn)可

作為世界級(jí)跨海通道集群工程，深中通道施工難度之大可想而知。在建設(shè)方案的選擇上，工程師們放棄了單純的全橋或全隧工程方案，而是選擇了東隧西橋集群工程方案。

據(jù)深中通道管理中心總工程師宋神友介紹，選擇這樣的方案跟深中通道的地理位置有關(guān)。項(xiàng)目所在區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜，采用穿越珠江口的超長(zhǎng)海底隧道施工方案風(fēng)險(xiǎn)巨大，因此“全隧”行不通。在項(xiàng)目東側(cè)，由于同時(shí)受到深圳機(jī)場(chǎng)航空限高及礬石航道等多條高等級(jí)通航水道通航凈高的影響，必須采用隧道方式穿越，因此“全橋”也幾乎行不通。

為了選擇最優(yōu)項(xiàng)目線位，在項(xiàng)目前期的論證階段，深中通道前期工作辦公室多次組織開展地質(zhì)勘探的深度調(diào)查、建設(shè)條件和工程方案的反復(fù)論證，先后制定了多達(dá)29個(gè)過江通道方案，最終推薦方案通過權(quán)威專家評(píng)審團(tuán)隊(duì)的認(rèn)可。在最終確定下來的方案中，決定在項(xiàng)目東邊靠近深圳寶安機(jī)場(chǎng)的位置，建設(shè)6.8公里長(zhǎng)的海底隧道，既解決了航空限高問題，又保證了三條航道的適航；在西邊則建起全球最高的海中大橋，避免了超長(zhǎng)隧道施工、運(yùn)營(yíng)過程中的安全問題，也給港口的未來發(fā)展帶來了新的空間。

八變一十二，水下互通建樞紐

深中通道與港珠澳大橋同為世界級(jí)的橋、島、隧集群工程，但不同的是，港珠澳大橋的海底隧道長(zhǎng)6.7公里，是雙向六車道的鋼筋混凝土沉管隧道；深中通道沉管隧道長(zhǎng)約6.8公里，是世界首例雙向八車道的超寬鋼殼混凝土沉管隧道。此外，深中通道還有一項(xiàng)港珠澳大橋不具有的“水下互通”——由于與廣深沿江高速互聯(lián)互通的交通需求需要在海中實(shí)現(xiàn)，深中通道項(xiàng)目構(gòu)筑了東人工島及水下互通，與之對(duì)接的海底隧道相應(yīng)地設(shè)置了615米的變寬段，由雙向八車道加寬至雙向十二車道。

從深圳到中山，深中通道按照“東人工島—鋼殼沉管海底隧道—西人工島—伶仃洋大橋—中山大橋”一路行進(jìn)，沉管隧道兩端分別連接?xùn)|人工島和西人工島，西人工島承擔(dān)的是橋隧轉(zhuǎn)換功能，東人工島則承擔(dān)著水下互通的重要樞紐功能，在設(shè)計(jì)時(shí)便充分考慮了行車的各種可能性和隧道內(nèi)的車輛多次分合流的安全影響。

漂亮的銷售數(shù)據(jù)和新興的電商模式所蘊(yùn)含的經(jīng)濟(jì)力量背后，是對(duì)其所反映的社會(huì)文化、民生等問題的思考，這一思考已經(jīng)超越國(guó)界。例如“雙十一”便捷快速、江浙滬包郵、爆倉(cāng)越來越少等優(yōu)點(diǎn)，就曾引發(fā)某些國(guó)家民眾對(duì)本國(guó)低效郵政系統(tǒng)強(qiáng)烈抗議和吐槽。去年的“雙十一”更是有阿里等國(guó)內(nèi)電商自組的快遞公司進(jìn)入俄羅斯等國(guó)家，實(shí)現(xiàn)了國(guó)外買家最快一個(gè)小時(shí)后收貨的“夙愿”。全球化就通過這樣的“毛細(xì)血管”逐步臻于完善，各大網(wǎng)購(gòu)平臺(tái)帝國(guó)正在用無與倫比的購(gòu)物體驗(yàn)征服全世界。

“作為國(guó)內(nèi)首個(gè)高速公路水下樞紐互通立交，東人工島除了承載著項(xiàng)目沉管隧道與橋梁交通轉(zhuǎn)換的功能外，它最重要的功能是通過機(jī)場(chǎng)樞紐水下互通立交，實(shí)現(xiàn)深中通道與廣深沿江高速、寶安機(jī)場(chǎng)、大鏟灣港區(qū)、大空港區(qū)之間的快捷交通轉(zhuǎn)換。未來，經(jīng)深中通道東人工島水下互通立交，可東往深圳、西往中山、北往廣州、南往香港，真正實(shí)現(xiàn)各城市間的互聯(lián)互通。”宋神友告訴記者。

一月一管節(jié)，鋼殼沉管難又難

鋼殼混凝土沉管結(jié)構(gòu)，與港珠澳大橋的鋼筋混凝土沉管結(jié)構(gòu)僅一字之別，卻差之千里。

“鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是土木工程領(lǐng)域最常采用的結(jié)構(gòu)形式，就是通過綁扎鋼筋設(shè)置結(jié)構(gòu)骨架，再拼裝模板澆筑混凝土，使之形成我們需要的結(jié)構(gòu)形狀。而鋼殼混凝土結(jié)構(gòu)則完全不同，它是先預(yù)制好與結(jié)構(gòu)物外形一致的鋼殼，再向鋼殼內(nèi)澆筑特殊的高流動(dòng)性混凝土，國(guó)際上也形象地稱這一結(jié)構(gòu)為‘三明治結(jié)構(gòu)’。”宋神友解釋道。

深中通道是世界上首次大規(guī)模應(yīng)用鋼殼混凝土的沉管結(jié)構(gòu)，其管節(jié)構(gòu)件尺寸大大超出了既有國(guó)外工程案例的經(jīng)驗(yàn)范圍，國(guó)內(nèi)也缺乏成套的鋼殼混凝土沉管隧道技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，因此沉管隧道綜合施工難度極大。

管節(jié)大用鋼多

深中通道鋼殼沉管隧道每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)都無比巨大：寬46米、高10.6米、長(zhǎng)165米，用鋼量約1萬噸，投影面積遠(yuǎn)大于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)際足球場(chǎng)，排水量相當(dāng)于一艘中型航空母艦船體。項(xiàng)目共有32個(gè)管節(jié)，總用鋼量達(dá)到了32萬噸。據(jù)了解，同樣采用鋼材搭建的國(guó)家體育場(chǎng)鳥巢的外部結(jié)構(gòu)用鋼量約為4.2萬噸，也就是說，建設(shè)深中通道沉管隧道的用鋼量可以搭建起近8個(gè)鳥巢。

構(gòu)造工藝復(fù)雜

此外，管節(jié)構(gòu)造工藝也相當(dāng)復(fù)雜，單個(gè)管節(jié)達(dá)到2500個(gè)隔倉(cāng)，縱橫隔板、連接件交錯(cuò)，還涉及到厚鋼板的焊接、接頭處的管節(jié)大小是否適應(yīng)接口等問題，都面臨著技術(shù)上的巨大挑戰(zhàn)。

工期緊要求高

盡管鋼殼沉管體量巨大，但對(duì)制造精度的要求一點(diǎn)也不含糊，遠(yuǎn)高于造船的精度。全部鋼殼制造工期預(yù)計(jì)為30個(gè)月，大約每一個(gè)月就要造出一節(jié)標(biāo)準(zhǔn)鋼殼，工效要求極其高。苛刻的精度要求、每月一節(jié)的生產(chǎn)任務(wù)，各方面因素都對(duì)鋼殼制造能力提出了很大的挑戰(zhàn)。

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在具體施工過程中，深中通道沉管隧道建成主要面臨著超寬、變寬、深埋、回淤量大、挖砂坑區(qū)域地層穩(wěn)定性差五大技術(shù)難點(diǎn)，工程規(guī)模和技術(shù)難度前所未有。

超寬隧道采用雙向八車道高速公路建設(shè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，管節(jié)斷面寬度46米，比港珠澳大橋還要寬約9米，為世界首例，設(shè)計(jì)及施工難度很大。

變寬為滿足互通功能，隧道設(shè)置了615米長(zhǎng)的變寬段，由雙向八車道加寬至雙向十二車道，管節(jié)斷面寬度由46米變寬至約70米，在隧道內(nèi)多次分合流。目前，國(guó)內(nèi)尚缺乏相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，由此帶來的行車安全風(fēng)險(xiǎn)突出。

深埋沉管隧道埋置深度深，最深處沉管底標(biāo)高距水面接近40米，管節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度高。

回淤量大洪季回淤?gòu)?qiáng)度平均每天接近2厘米，臺(tái)風(fēng)期最大回淤?gòu)?qiáng)度超過每天5厘米，沉管沉放及沉降控制難度大。

挖砂坑區(qū)域地層穩(wěn)定性差西人工島斜坡段位于超大挖沙坑內(nèi)，區(qū)域地層擾動(dòng)嚴(yán)重，穩(wěn)定性很差，對(duì)基槽開挖成槽及基礎(chǔ)處理造成較大困難。

為了攻克這五大技術(shù)難題，深中通道管理中心夜以繼日地組織設(shè)計(jì)，科研單位反復(fù)論證比選，最終選擇采用鋼殼混凝土沉管結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)能適應(yīng)超寬、深埋、變寬等建設(shè)條件，承載能力、抗裂性能比較好，耐久性有保障，對(duì)海洋環(huán)境影響較小。目前，依托深中通道項(xiàng)目設(shè)計(jì)的世界首條超大型沉管隧道運(yùn)安一體船正在建造中。約，管節(jié)需要遠(yuǎn)距離浮運(yùn)，并沿基槽遠(yuǎn)距離橫拖，安裝風(fēng)險(xiǎn)很大。

無論是采用超長(zhǎng)、超寬的海底隧道，還是超高、超大跨徑的橋梁越過伶仃洋，都是必然又艱難的選擇，每一個(gè)細(xì)節(jié)的精準(zhǔn)程度直接關(guān)系著深中通道的工程質(zhì)量，每一次難題的成功突破都推動(dòng)著深中通道建設(shè)的順利進(jìn)行。

長(zhǎng)距浮運(yùn)橫拖

受航道水深條件及干塢預(yù)制場(chǎng)制

新征程上，不管亂云飛渡，風(fēng)吹浪打，建設(shè)者們正以堅(jiān)如磐石的信心、只爭(zhēng)朝夕的勁頭、堅(jiān)韌不拔的毅力，將深中通道這個(gè)前無古人的偉大事業(yè)向前推進(jìn)。相信凝聚著成千上萬建設(shè)者心血的深中通道，終將閃耀伶仃洋，聞名全世界。