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投身世纪工程 争当中流砥柱——港珠澳大桥海底隧道沉管泥沙回淤攻关揭秘
来源:交通运输部 日期:2017-07-04

    香港回归祖国20周年之际,记者来到港珠澳大桥海底隧道工程采访。穿行于6.7公里海底隧道,凝望着严丝合缝的巨型沉管组合,记者的脑海里浮现出我国工程技术人员攻坚克难、忘我奉献的感人场景。港珠澳大桥建设7年来,科学家们以科学报国的学者风范,不计个人名利,围绕工程实践,解决工程难题,形成科研成果100余项,走出了一条科研服务工程、项目催生成果的科技创新之路。

  6月16日,在位于广东省珠海市唐家镇的港珠澳大桥项目部,一场特殊的会议——港珠澳大桥海底隧道沉管泥沙回淤攻关课题总结会正在召开。会议主持人——中交港珠澳大桥项目总经理林鸣,听着专家们热情洋溢的发言,看着这些可敬的科学家,他的思绪又回到了两年多以前那场艰苦卓绝的攻关会战……

  泥沙翻涌 E15首战失利

  2014年11月14日,珠江口伶仃洋主航道边上,一艘巨型浮吊船正在准备将重达8万吨的编号为“E15”的庞大沉管沉入40多米深的海底基槽上。浮吊船上,工程师们运用仪器观测基槽的泥沙沉积变化情况。他们没有想到,在顺利完成了前14个沉管安装后,“E15”沉管基槽竟然发生了意外:据潜水员报告,隧道基床表面的泥沙回淤厚度在不到24小时里达到了6厘米至8厘米,刚刚超过了标准值!

  这对于相对丰水少沙的珠江流域是一个少见的突发状况。沉管安装的基床面泥沙淤积标准容重为1.26千克/立方厘米,回淤物的淤积厚度不大于4厘米。“E15”沉管继续安装还是返航?所有人的目光聚向林鸣。

  如果撤出安装,就意味着这个世界瞩目的海底隧道施工将被迫延期……巨大的压力向林鸣袭来。在指挥和技术支持团队激烈讨论了4个小时之后,基于确保工程质量第一的理念,林鸣作出了一个令他痛苦的决定:停止沉放,将沉管撤回坞内!

  消息传到北京,举国关注。在交通运输部的协调指导下,中交第四航务工程勘察设计院、交通运输部天津水运工程科学研究院、南京水利科学研究院、中山大学河口海岸研究所均在第一时间派出资深专家紧急支援……国内25位常年研究珠江口泥沙、潮汐和气象方面的顶级专家,成立了技术攻关“国家队”。专家组先后召开36次专题会,开展了9大类300余项风险排查,在施工现场周边120平方公里海域布设6组固定监察基站、24组监测仪器,先后完成200组地质取样普查、30多次密度检测,分析研究泥沙产生的原因,制定应对措施,探索建立预警、预测机制的可能性。

  海洋泥沙回淤是世界性工程难题,港珠澳大桥岛隧工程从设计阶段就考虑到珠江口海底泥沙回淤,制定了施工解决方案,因此,从第一节沉管到“E15”沉管之前安装均顺利进行。但是随着隧道的延伸,海底水文情况逐渐发生了变化。“E15”沉管以东的基槽处于铜鼓浅滩南部滩尾,受河口冲淡水和浅滩下泄泥沙的直接影响,铜鼓浅滩尾部淤积南移,沉管施工处于有利于泥沙落淤的水动力泥沙环境中。特别在冬、春季,受潮流、东向风浪等作用,铜鼓浅滩泥沙再次启动扩散,直接影响“E15”沉管以东基槽区域,因而基槽淤积越发严重。

  专家们根据现场大量实测资料,并结合动力地貌、卫星遥感反演、数学模型试验等相关研究,发现周边的采沙活动对港珠澳大桥岛隧工程沉管基槽回淤影响较大,基槽出现异常回淤的主要泥沙来源是内伶仃岛附近采砂作业所致,采砂形成的高含沙浑水以直接输移和再搬运方式进入基槽。

  情况探明,项目部立即向广东省政府汇报。广东省依据攻关组大量翔实、严谨的研究结果作出了自2015年2月10日至3月31日,沉管作业区上游十几公里范围内的7个采砂点停止采砂的决定。

  拨云见日 精确实现“海底之吻”

  2015年春节,所有专家都是在珠海过的年。没有硬性规定,却没有一个人走。大家都在为节后“E15”沉管的再次安装做最后的准备。

  宽阔的江面逐渐变得清澈,海底的流沙回淤量慢慢进入了可控范围……

  2015年大年初六,时隔3个多月,“E15”沉管开始了再次安装。浮吊船拖着“E15”这个庞然大物驶出船坞,走到中途前方传来潜水员的汇报:“‘E15’基床表面发现新的淤泥质覆盖物,总方量大约为2000立方米,经过数据分析后判断为基槽边坡上的新近回淤物发生了雪崩式坍塌!”

  指挥部里一片寂静。不得已,“E15”沉管再次回拖。大家的情绪低落到极点,想到100余天的艰苦付出,有职工潸然泪下……

  “E15”沉管安装再度遇阻的第二天,中国交通建设股份有限公司总裁陈奋健就飞到珠海,召集四个航务工程局及其设计院研究对策。时任广东省常务副省长徐少华也赶到施工现场,听取汇报……面对突发的海洋泥沙异常情况,林鸣表态:“在40多米深的海底要实现精准对接,必须尊重科学,掌握客观规律,每一步都要如履薄冰,每一步都要脚踏实地。”

  此后的1个月内,建设者争分夺秒追赶进度,按计划完成了“E15”沉管基床的边坡清理。为确保沉管安装质量,根据专家意见,项目部增加了潜水频次,加强监测力量,利用多波束扫描、实地探摸等手段对基床情况进行全程测量、复核。在对基床状况进行再次确认后,现场操作人员、测量人员紧密联动,强化对沉管运动姿态、钢端门、海流的实时监测,精确操控深海沉管无人对接沉放系统,按步骤要求仔细调整沉管姿态。经数轮沉放、观测、调整,“E15”沉管在海底精准定位,并顺利完成水力压接,安装工作取得圆满成功。

  2015年3月24日6时,“E15”沉管精确实现了“海底之吻”,沉放驳上建设者的掌声经久不息,绚烂的烟花照亮了伶仃洋的星空。经历了150余天的拼搏,海底隧道泥沙回淤突淤攻关雨过天晴,拨云见日!

  科研服务于施工 科学家初心不改

  高精度、高时效的回淤预警预报和合理的减淤工程方案,保障了“E15”至“E33”沉管的顺利、安全沉放,极大缩短了工期,取得了巨大的经济效益和社会效益。港珠澳大桥沉管基槽的精细化回淤研究为国内外首次,本项目研究成果,无论从基础理论、还是模拟技术、预警预报模式等均取得了开创性的突破。这些成果可为其他类似工程提供借鉴,对我国工程建设和泥沙研究的理论与实践具有极大的提升和促进意义。

  王汝凯,中交第四航务工程勘察设计院原总工、水工设计大师、攻关组副组长。听说工程遇到重大难题,已经退休在家的王汝凯立即赶赴工地。他提出泥沙回淤研究不是一般的科研,要紧扣工程需要搞科研,一切举措要服务于工程,发挥参与单位的各自优势,倡导不计个人名利、合力攻关的奉献精神。他同时提出了泥沙回淤研究的技术路线:相关分析要从宏观进入到微观,预报泥沙淤积厚度精确到日,泥沙淤积观测精确到厘米。这是以往国内外施工中所没有的。

  辛文杰,南京水利科学研究院专家,对海洋泥沙研究有几十年的经验,对珠江口的泥沙情况很熟,思路敏捷。在攻关组里他经常发出不同声音,提出不同见解,为第三次安装提供了许多有益的建议。

  王汝凯告诉记者,攻关组既有合作也容许分歧。交通运输部天津水运工程科学研究院与南京水利科学研究院背对背开展数学模型实验,进行结果分析比选。

  中山大学河口海岸研究所教授李春初,精于珠江口流域海洋环境研究,在解决洋流与泥沙对水下工程影响方面提出了重要意见。

  杨树森,泥沙问题专家,教授级高级工程师,长沙理工大学硕士研究生兼职导师,交通运输部天津水运工程科学研究院原副总工程师。早在1985年,他便与珠江口的泥沙结缘,就在这片水域范围内,他曾主持完成广州港伶仃洋出海航道选线研究,广州港南沙港区选址研究,港珠澳大桥选线研究。2014年11月,岛隧工程遇到泥沙回淤、突淤难题,他临危受命,组织研究团队攻坚克难。就在他离开天津的同时,一张体检报告送到他办公桌上,这份报告一躺就是3个月。“他这十几年一直就知道自己肝不好,你看他脸色都是蜡黄中隐隐发黑,但他始终不以为然,一心扑在工程上。”交通运输部天津水运工程科学研究院专家杨华告诉记者,“港珠澳大桥这边又遇难题了,他哪里还会想到看什么体检报告,颤颤巍巍地就南下了……”当所有工程研究人员认为难题初步解决,杨树森回到天津看到报告,才知道自己身体可能出了大问题。医生进一步检查后确诊为肝癌晚期:“你的肝脏简直都看不下去了,肿得有常人两个大。”

  也许是上天的眷恋,就在工程人员带着“E15”沉管第三次下沉时,好消息传来:杨树森体内癌细胞并未扩散到其他脏器,在肝脏移植手术后脱离危险期,开始接受抗排异药物治疗。

  对于专家们的无私奉献精神,攻关组负责人梁桁有着切身的体会。这位“70后”说,小时候听说过“大会战”这个词,但是不懂其中涵义。“经过珠江口泥沙研究这一仗,我是真正明白了什么是科技攻关,什么是大会战。当港珠澳大桥工程遇到突发困难时,各参建单位不计名利、凝心聚力,人员、设备48小时内全部到位投入攻坚,这是一种什么精神。”梁桁说。

  港珠澳大桥海底隧道泥沙回淤攻关组之所以被称为“国家队”,不仅是因为这些专家是中国乃至世界顶级的,更是因为他们以攻克国家重大工程难题为己任,为国分忧,在逆境中实现了重大科研项目的突破,取得了可以为今后的建设项目所借鉴的一批科研成果。

  一位外国学者感慨地说,中国科学家的科研创新是被逼出来的,有时甚至是痛苦的。

  林鸣说,科学家的心灵如水晶般纯洁,晶莹剔透。专家们从四面八方聚到这里,是为了解决工程难题而来的,他们以工程难题为导向,围绕具体攻关项目开展有针对性的研究,而不是坐而论道,预设课题、申请经费、坐在实验室里趴在电脑上为了科研而科研,为评奖而科研。他们以自己严谨的科研态度、脚踏实地的创新精神,实践着老一代科学家的做人理念——倾心报国,不忘初心。这正是我国科研成果评价体系应当倡导的。

  看着会议桌上那厚厚的科研成果,林鸣对记者说,泥沙回淤课题的攻破说明是天道酬勤!是科学家们矢志不渝的忘我精神感动了上苍,是他们卓越的工作铸就了这个世界级工程。攻关组的专家们必将随着港珠澳大桥的竣工而载入中国工程建造史的史册,国家和人民将会铭记这些名字。


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