八万吨巨龙沉入海底，十四年，从零起步拿下世界第一

点击：  作者：铁血老蒋    来源：蒋校长 微信号  发布时间:2021-08-24 11:12:09

 

2015年12月，港珠澳大桥的岛遂工程迎来了一个特殊的客人。

 

香港土木工程署前任署长刘正光。

 

他还有另外一个更广为人知的外号，香港桥王。他主持修建的汲水门大桥、汀九桥、青马大桥，均为世界级水准的悬索吊桥。

 

 

尤其是青马大桥，是全世界最长的行车铁路双用悬索吊桥，也是全世界第一座在台风气候下仍然能正常使用的大跨悬索桥，1999年，青马大桥入选美国建筑界评出的“20世纪十大建筑成就奖”，更是荣获我国桥梁工程界的最高奖“茅以升奖”。

 

 

四十余年桥梁设计施工经验，众多项目蜚声海外，刘正光是绝对的业界泰斗，但人也很傲气。

 

他一直不看好内地的施工能力，甚至在公开场合炮轰内地的桥梁工程质量，所以港珠澳大桥项目组将这么一个“苛刻”的老师傅请到隧道来，就是为了挑毛病的。

 

来访的前一天，刘正光打电话问：“参观隧道用不用穿雨衣雨靴？”

 

“不用！”

 

第二天，刘正光没穿雨衣，但还是穿了一双雨靴。

 

但进入隧道之后，他知道自己的雨靴没有任何必要了。

 

192个隧道接头处，拿手指一摸发现都是干的，甚至是手上还有灰。整个隧道内没有一点点渗漏的地方，别说湿漉漉的地面，内壁上更是连一点水痕都没有。

 

欧洲一家知名岛遂施工杂志给出的数据显示：全世界节段式沉管漏水率平均在10%左右，目前尚没有100%不漏水的记录。

 

每10个接头，就有一个漏水渗水，但是在港珠澳大桥的沉管隧道里，中国人做到了192个接口100%密闭无渗透。

 

 

参观结束后，刘正光握住隧道总工林鸣的手，激动地说：“滴水不漏！我还没有看过海底隧道不漏水的沉管，你们做到了，我们香港工程界要向你们学习。”

 

林鸣呆了一下，然后把摄像叫来，对着刘正光。

 

“请您对着摄像机镜头再说一遍。”

 

刘正光端端正正地对着镜头，郑重地又说了一遍：我们香港工程界要向你们学习。

 

林鸣笑了。

 

01.

 

伶仃洋，珠江入海口那一片河口湾，我们最早都是在文天祥的《过零丁洋》中听到的这个名字。

 

 

这一片小小的水域，半径六十公里之内，有14个珠三角大中城市，7个机场，这里是中国最有活力的经济带，也是海运航空最发达的地区。

 

但伶仃洋西侧的珠海澳门，与东侧的香港深圳，从来都只能隔海相望。除了坐船，只能绕行广州，所以很多人都想把这个三角形的底边接起来，修一条跨海大桥，将东侧与西侧连接起来。

 

1983年，香港的建筑大佬胡应湘最早提出了修建“伶仃洋大桥”的想法，他表示愿意用愚公移山的精神修建伶仃洋大桥，计划投资450亿，收费通行50年，可以在36年之内收回成本。

 

要知道十年之后开工的青马大桥投资才60亿，这样的天价费用根本找不来投资方，再加上当时香港归属问题的不明朗，所以这个方案很快被搁置。

 

1989年，珠海市又一次提出了伶仃洋大桥这个设想，但项目经过多轮论证之后，依然被搁置一旁。

 

直到十年之后，1998年，国务院才正式批准伶仃洋跨海大桥工程项目立项。

 

2003年，港珠澳大桥正式取代伶仃洋跨海大桥项目，重新开始评估论证。

 

2009年，国务院批准港珠澳大桥开工建设。

 

 

从地方政府提出到国家立项，从国家立项到批准动工，港珠澳大桥走过了整整两个十年，工程成本天价是其中一方面原因，但更大的问题在于施工难度。

 

港珠澳大桥想要动工，面临着一个几乎无解的难题。

 

伶仃洋作为广州，深圳的重要出海口，主航道必须具备30万吨国际货轮的通行能力，这意味着桥面高度要超过80米，桥塔高度要超过200米。

 

但不远处，就是香港机场，每天将近2000架次的航班起降，200米的桥塔会形成巨大的安全隐患。

 

 

唯一的选择就是在海面以下，采用桥梁和隧道结合的方式，留出一片海面，为通行货轮和起降航班让路。

 

这样一条超长外海沉管隧道，中国的经验是空白的。而这样超过3公里的海底隧道，全世界只有一条，欧洲的厄勒海峡隧道，是荷兰人作为技术主力修建的。

 

 

还有就是韩国的巨加跨海大桥，当时正在施工中。

 

2006年10月，林鸣带着工程师抵达韩国釜山。

 

考察团乘船过去，到施工现场300米以外，船不再前进，而是缓慢地开始兜圈子。兜了两圈之后，林鸣满腹狐疑地把韩方人员找来：

 

抱歉，施工单位不允许登船参观。

 

考察团只能相隔几百米外拍了一张聊胜于无的照片，然后悻悻离开。但实际上，确实也是韩国人说了不算，最核心的海底沉管隧道他们根本搞不定，每次沉管安装都要请几十个荷兰工程师专门飞过来提供技术指导，别说我们不让参观，就是韩国工程师想要进入一线沉管施工现场都不容易。

 

 

所以林鸣很快意识到，和韩国人耗下去没有意义，必须得直接找到荷兰人，一家名叫斯特拉顿的公司。

 

几个月后，荷兰阿姆斯特丹。林鸣带队找到这家荷兰的顶尖隧道工程咨询公司合作沉管隧道安装。

 

“我们正在建设一条6.7公里，全世界最长并且是唯一的深埋海底隧道，技术难度非常大，希望得到你们的技术支持。”

 

对方开出的咨询费是1.5亿欧元，相当于15亿人民币，而且只有20名咨询人员。

 

 

这大大超出林鸣的预期，他提出了自己心里的预算，3亿人民币，只在风险最大的地方合作，其余的事情我们自己干。

 

鼻孔朝天的荷兰人当即拒绝了林鸣，说三亿的话只能给你们唱一首歌。

 

什么歌？

 

“给你们唱一首祈祷的歌”……

 

没有核心技术，就得忍受外国公司敲诈一般的要价，荷兰人不帮忙，那就靠我们自己来。

 

02.

 

铺设沉管隧道的第一步就是要打地基。

 

 

沉管接近八万吨，相当于航母的重量，要稳定牢固地放到海底，就必要给它打好地基。珠江口的伶仃洋，海底沉积的淤泥量非常大，厚度达到15-20米，沉管放在淤泥上就相当于扔到了棉花里，如果两个沉管所放位置的淤泥厚度不一样，沉降程度也不一样，接口处就会承担巨大的剪力，轻则导致漏水，重则导致整条隧道断裂。

 

所以沉管的地基一定要打好。

 

一共要分三步。

 

先把预置沉管路线上的淤泥清干净，需要清淤的面积达到23.8万平方米，清淤量500万立方米，相当于五个水立方那么多。

 

清淤之后要把海底夯实，就像把嫩豆腐压成老豆腐，再铺上2米厚的石板，提供一个相对平整的平面。

 

最后铺上大约1.3米厚的碎石，相当于是铁轨下的碎石床，均匀承重。

 

第一节沉管地基的碎石采用的是人工铺设作业，将近2万立方米的碎石，一边通过导轨倾倒，另一方面要22名专业的潜水员在水下铺平，这是极其巨大的工作量，工期慢成本高不说，另一方面则是质量不可控。

 

人工铺设工期长，而工期变长则会带来精度的下降，因为越靠近伶仃洋中心的地方，洋流、珠江水量、还有过往的大型船只，这些因素都会导致已经平整完的碎石基出现变化，工期越长，变数越大，所以必须尽可能快的完成平整工作，然后沉管安装。

 

全世界只有三艘平整船完成过海底沉管隧道的平整工作，一艘在丹麦，和荷兰一样，根本谈不拢，另外两艘在韩国，但工作水深只有25米和40米。

 

港珠澳大桥的沉管隧道要求，是48.5米，因为一旦埋浅了的话，深度就不够30万吨级货轮吃水通过了。

 

这是全世界唯一一条深埋沉管隧道，想要完成平整工作，必须先搞一台高性能碎石平整船。

 

思忖再三，林鸣找到了振华重工，把自己的需求提了出来，振华重工海上重工设计研究院生产设计所副所长何可耕被难住了。

 

压根就没见过的东西，现在要建一个全世界最高水平的出来。唯一能拿到一些技术参考的是韩国的平整船，但实际上参考价值也不大。韩国平整船采用的是漂浮作业，水面的波浪大小会直接对船体造成影响，继而影响平整精度，当作业深度较小的时候，这种方式的精度相对可控，但我们的作业深度接近50米，水面上的微小晃动都会导致平整工作的“谬以千里”，所以漂浮作业在技术原理上就行不通。

 

何可耕瞄准了海上钻井平台，既然漂浮式不行，那就把船钉住。

 

四个桩腿固定在海底提供着力点，工作台就可以稳稳地立在水面上，完成每节沉管基底的平整，需要移动7次，这对抬升桩腿的稳定性和使用寿命提出了更高要求，但振华重工最终还是圆满地完成了任务，将其命名为“津平1”。

 

 

“现在来看，应该说这艘船的各项指标在世界上是领先的，还没有第二艘船比我们这艘船更理想的。”

 

2012年3月，津平1迎来处女秀，96个试验的碎石平整全部达到要求，精度控制在正负4厘米之内。在将近50米的水下作业，23.8万平方米之内铺上1.3米厚的碎石，最高处和最低处差距不到8厘米。

 

在场的韩国和日本专家被震住了，直言这是个不可思议的精度。

 

但挑战还没有结束，2014年年底，林鸣又遇到了大麻烦，在准备第15节沉管之前，遇到了最难搞的基底回淤。所谓回淤，就是指碎石已经平整完毕准备铺装沉管的时候，淤泥又被带入到碎石基面上了。

 

如果这时候进行沉管铺设，底部受力不均很容易造成安全隐患，所以必须要二次清淤。

 

如果把铺好的碎石先挖出来，等完成清淤后再填回去，时间成本又太高。

 

所以林鸣的需求是，有没有可能有一套高精度的基床清淤装置，既可以清除碎石上的淤泥，但同时碎石不要被吸走。

 

振华重工抽调了100名精锐力量进入桥隧的施工现场，经过了8个月的奋战之后，他们拿出了一套高精度的清淤设备，仅用4天的时间就把50米沉管预置点的垄顶、垄沟淤泥清理干净，而且基床上的碎石几乎不会移动，完美实现了林鸣这个甲方提出的要求。

 

并且，振华还实地检测、调取水文数据和泥沙数据，进行浪潮流和泥沙耦合的数值预报模式，为碎石铺设和平整提供预警，什么时候容易出现回淤，哪里容易出现回淤，都能最大程度地规避。

 

靠着“给力”的振华重工，林鸣和项目组拿下了碎石平整这个大难题。

 

但这也仅仅只是沉管隧道施工的第一步而已。

 

03.

 

在水下平整工作进行的同时，沉管的结构设计也在同步进行。

 

沉管结构设计的基本原理其实很简单，就是制作几个标准化的混凝土管子，然后经过海上运输并准确地放到海底，头尾相接的密闭连接起来。

 

 

但这个管子实在太大了，八万吨，截面像网球场一样大，把他们安放在海底拼接时，误差控制要以厘米计算，并且它要面对的敌人，是变幻莫测的大自然。海底沉降、潮汐影响，还有极端天气，这些因素都可能对沉管隧道的使用寿命造成巨大影响。

 

而项目组最初的设计使用寿命，是120年。

 

想要尽可能提高使用寿命，除了在施工阶段提高要求，更关键的是要在设计阶段就尽量考虑的完善。

 

沉管隧道的设计，主要可以分为两种，一种是刚性隧道，一种是柔性隧道。

 

刚性隧道是整体大管节，单节长度有将近200米，它最大的优点是管节之间接口少，不容易出现漏水。但缺点也很致命，在长达200米的基底上，如果哪个位置沉降过大造成受力不均，整个管都有被“扭开”的风险。

 

就好比一个一吨的重物十个人抬，突然两个人松手，剩下十个人肯定扛不住。

 

而柔性隧道则是把一个大管子拆成22.5x8，8个小管之间用钢绞线连在一起整体安放，等放到海底之后再剪断钢绞线。柔性隧道的最大好处是各个小管节之间具有相对的独立性，各管节可以应对不同的沉降程度。

 

当时全球唯二两个超过3公里的海底用的都是柔性隧道，而且国外的技术专家提供的也都是柔性隧道方案，所以在工程初期，我们几乎没有犹豫就决定使用柔性方案。

 

但干起来之后，林鸣觉得越来越不对劲。

 

厄勒海峡隧道和巨加隧道，都是十几米二十几米的浅埋隧道，但港珠澳大桥隧道的最大埋深达到了48.5米。

 

 

浅埋隧道受到的压力小，沉降程度也比较小，各个管节之间的防错位接头比较容易满足要求，但深埋隧道压力更大、沉降程度也比较大，各个管节之间的防错位力就有可能达不到要求。

 

项目组在实验室里建模计算，发现进入深水段之后原来的接头抗剪能力确实不达标，而且在接头处加上接榫（一种抗扭转的固定装置）后，抗剪力还是达不到要求。

 

如果继续按照柔性管设计，根据试验结果显示大概率要出问题，但如果改用刚性管的话，原计划的33个大管节肯定不行，就要变成更多的小刚性管，接口数量大大增加，工程预算还有工期都会大幅飙升，也很难被外界所接受。

 

柔也不行刚也不行，林鸣和团队都急了。

 

每一天都是无休止的讨论，外国专家始终坚持继续采用柔性结构，但林鸣死死地摁住项目组，就算是天塌下来他也要扛下所有责任，绝不能带着侥幸上一个实验室都过不了的方案。

 

2012年9月的凌晨，大桥总设计师刘晓东收到林鸣的一封短信：是不是可以研究一下半刚性概念。

 

林鸣的这个想法，让淹在水底的项目组终于可以探出头来透一口气了。

 

所谓半刚性就是加强各个小管节之间的刚绞线，在外部的混凝土结构中加入更多钢筋，约束各个小管节之间的变形。林鸣找到清华和同济的两位专家求证，得到了初步的支持，很快，项目组提出半刚性优化方案，要求开展论证和后续试验工作。

 

然而，国外的技术顾问直接否定了半刚性的方案，全世界仅有的两条超长沉管隧道用的都是柔性，为什么我们非要另辟蹊径剑走偏锋搞半刚性，而且柔性沉管本来就是为了让各个管节可以独立应对沉降，现在还要加强固定那为什么不用刚性？

 

刘晓东用积木做了一个比喻，刚性是长条积木，柔性是小积木拼起来的，半刚性则是用橡皮筋串起来固定的，在受到外力作用下，刚性宁折不弯太硬了，结构上可能出问题；拼接小积木可能产生错位；而橡皮筋串起来的因为有弹性，所以允许有一定的张开，同时这个张开是可以控制的。

 

听起来确实很有道理，但林鸣和刘晓东必须要通过试验结果验证半刚性结构的可行性。

 

2013年4月，林鸣找来了清华大学、同济大学、中交公路规划院、中交四航院四个国内科研院所，还有一家参与设计了几乎日本国内所有沉管隧道的机构，五家团队分别做模拟验证试验。

 

林鸣的观点是，如果是一个正确的判断，那五家机构的计算结果应该是具有趋同性的，如果是错误的判断，那结论就会是五花八门的。

 

2013年7月，五个小组的模拟计算给出了初步结论，半刚性结构整体没问题，五个组的计算结果是接近的。

 

8月，港珠澳大桥管理局组织了一场高规格的论证会议，交通部两个副部长、港珠澳大桥三位总工程师、四位院士，还有五个外部模拟计算团队的负责人，大家对模拟计算结果反复确认，最终达成一致：就搞半刚性结构！

当时已经87岁的院士孙钧，起到了关键的一锤定音的作用;

 

“国外的东西不能完全套用，老经验也都是从新探索一步步走过来的，5家机构的数据支持，证明这个方案还是可行的。”

 

04.

 

完成基底平整和沉管结构设计之后，终于要进入最难的环节了，沉管安装。

 

八万吨的沉管放到40米深处的海底，然后实现厘米级精度的对接，对于这项工作的难度，林鸣声称，相当于你要连续33次考上清华。

 

 

从13年5月开始第一节沉管对接人工岛端口，到2017年3月最后一节沉管安装成功，46个月的时间，林鸣整整瘦了40斤。

 

本来港珠澳大桥沉管开始安装的时候，韩国巨加隧道的沉管已经安放完成，所以我们找到了大宇集团，商量把他们的沉管安装船借过来用一下。

 

大宇同意了，但是又在荷兰人这里出了岔子。

 

安装船上有一个极其重要的设备，沉管调整装置EPS，沉管初步放置到预设位置，但此时距离准确对接的偏差可能还有几十厘米，这时候就需要利用EPS一点点地挪动，精确地把接头对上。

 

大宇这艘安装船上的EPS当时和荷兰人签了协议，不得转让外用。所以我们找韩国人没用，还是绕不过荷兰人。

 

EPS的专利持有方，就是之前和我们谈崩的斯特拉顿公司，这家公司前期的咨询合作和我们没谈拢，本以为我们会和韩国人一样转一圈回来再找他们，没想到我们靠自己的力量已经推进了大半。

 

所以荷兰人直截了当地表示，这项专利不转让。

 

倒不是怀恨在心这道坎过不去，而是荷兰人心里实在忧虑，要是连精确沉管安装用到的EPS都被我们拿了去，荷兰人在沉管隧道施工上的优势几乎就不复存在了。

 

国之重器上的合作，难缠的不只是在商业上的漫天要价，更伴随着国与国之间核心竞争力的竞争与转移，对没有威胁的小白羊之间才能谈合作，对实力强劲的竞争者之间，只能是生死相争。

 

振华重工继续出发。

 

荷兰EPS的基础是两套千斤顶，一个门形框架承托起沉管，一套垂直向的承重、准备安放，一套水平向的左右摆动，调整沉管位置。

 

何可耕摸透了这套系统之后，直观感觉并不适合用在港珠澳大桥的沉管放置中，伶仃洋的水下环境更复杂，水平左右摆动向调整定位的精度不够。

 

振华拿出的方案是微寸动，配备大型绞车收放钢缆，根据管节上的GPS系统确定管节与基准线的偏差，然后用寸动装置控制钢缆的收卷速度，管节最小的移动速度只有每秒钟不到1厘米。

 

荷兰的EPS是直来直去地动，振华的微寸动相当于是加上了一个放大仪，把管节的移动量在钢缆上放大，可以做到更精确的控制。

 

确定了微寸动原理之后，最大的难点就在于控制钢缆的卷扬机。欧洲咨询公司给出的数据是，拉力180吨的卷扬机，需要33台。

 

卷扬机的拉力和数量根本不是问题，问题是安装船的甲板就这么大，根本就放不下这么多台设备，除非把规划船体的甲板再扩大数倍。

 

林鸣对欧洲公司的数据表示了极大怀疑，一方面他们并不知道振华的电控技术已经达到非常出色的程度，各个卷扬机的钢缆同步精度能达到2.5厘米这个精度，不存在因钢缆不同步导致某条钢缆承重突然增大，因此也就不需要增大拉力的富余量。

 

另一方面，他们这个数据不是在实验室里做出来的，而是直接甩进模型里计算出来的，这个数据大概率在精度上存在差异。

 

最后又是国内的多家科研机构分别展开模拟试验，模拟施工作用环境，对卷扬机机型进行优化，逐步将拉力从180吨调整到150吨，再到120吨。最后，更是对安放在不同位置，负责不同功能的卷扬机进行逐个优化，让每一吨的拉力都精准负担而不浪费。

 

最后，我们成功研制出两艘装有微寸动控制的沉放船，命名为“双子星”。

 

 

但即便拥有了当时国际上最先进的沉放船，33节巨型沉管隧道的对接安装仍然是个巨大的难题。

 

2013年5月，第一节沉管经历了96小时的鏖战才终于安装成功。

 

最危险的E15，拖船拖到预置位置时，珠江口的海浪一米多高，工人在沉管顶部很有可能被海浪卷下去。起重班长护送沉管回到坞内时颤抖着说，终于回家了，终于捡回命了。

 

第二次安装是大年初六，安装现场又一次出现回淤，又只能撤回重来......

 

 

连续两次安装失败，很多年轻的技术骨干，在指挥室里都哭了。

 

压力最大的林鸣强撑着笑着安慰大家，我们已经做的足够好了。

 

“要做世界上最难的工程，就是会遇到这些问题。”

 

E26沉管安装的时候又是5月，当时珠江已经进入汛期，尽管海面上风平浪静，但海面以下的径流量已经从一个月之前的2000立方米/秒，暴涨到了26000立方米/秒。

 

这样的暗流扰动，接近沉管安装的红线，但如果不抓紧完成沉放，已经平整完毕用于安放沉管的基槽，很快就会被径流卷起的淤泥再次覆盖。

 

为了尽可能降低水流的影响，林鸣选择分段式沉放的方式。第一次沉放10米，速度0.4米/分钟，同时每下放三米就暂停确认一下偏差量。

 

等到1米的时候，更是每10厘米就要暂停一次，潜水员下潜到30米深处，观察接口偏差，最后10厘米，一厘米一厘米地沉放，从凌晨3点干到旭日东升。

 

若是从拖船托着沉管出发开始算起，已经过了20个小时。

 

已经马上六十岁的林鸣，在指挥室里从头盯到了尾。满头白发就是这样生出来的，40斤就是这样瘦下去的。

 

 

“报告林总指挥长，E26管节现已顺利完成水力压接作业，测控系统显示，管节安装精度满足设计要求，特此汇报。”

 

“好！”

 

一天一夜的辛劳，在这句“完成作业，满足要求”中，得到了最满意的结果。

 

2017年5月2号日出的时候，最后一节沉管安装成功，世界上最大的沉管隧道——港珠澳大桥沉管隧道顺利合龙。

 

在大家已经开始欢呼的时候，林鸣却成为了破坏气氛的那个人。

 

因为偏差16公分，林鸣觉得不行。

 

 

这个偏差，对于水密工程要求而言，是合格的，现场的瑞士、荷兰、日本顾问也都认为没问题，但林鸣坚持要重来。

 

“如果不调整的话，这将是自己职业生涯里一个永远的偏差。”

 

外方工程顾问退掉机票被抓回来，项目组开始重新计算校勘，已经沉入海底的巨物被重新吊起......

 

皇天不负有心人，最后的偏差，从16公分，降到了不到2.5毫米的差距。

 

 

写在最后

 

港珠澳大桥建设最精彩的故事，出现在2016年3月，那时的沉管安装工作正进行到后半段。

 

林鸣应邀来到阿姆斯特丹参加一个分享会议，举办地就在斯特拉顿公司的总部大楼里。

 

当林鸣走进集团大门的时候，顿时响起雄壮的义勇军进行曲，一面鲜艳的五星红旗缓缓升起。

 

这家世界上最优秀的桥隧公司，用这样的方式表达着对林鸣的敬意、以及对中国工程人的敬意。

服了，彻底服了。

 

被联合封锁又怎么样，被反对技术方案又怎么样，与全世界最先进的桥隧专家意见相左又怎么样？

 

人类建设史上里程最长、投资最多、施工难度最大、设计使用寿命最长的跨海桥梁，还是被我们啃下来了。

 

 

又或许，港珠澳大桥只是一个开始而已，纪录就是用来刷新的。

 

琼州海峡隧道，1994年构想提出，2008年上报至发改委与交通部，如今尚未立项开工，因为难度比港珠澳大桥更大。

 

渤海海峡跨海通道，1992年初步提出，2019年上报至国家发改委审批，如今也尚未开工，难度比琼州海峡隧道更大，预算投资更是达到3000亿。

 

这些超级工程，终有一日会被我们拿下。

 

我们的征途，是星辰与大海。

 

作者：铁血老蒋  来源： 蒋校长