“世纪工程”港珠澳大桥已通车营运3个月，集桥、岛、隧、路为一体的超大型跨海大桥，拥有众多世界第一或世界前列的荣誉，像一本大部头科技创新教课书。在这背后，除了建设者们“摸着石头过河”的勇气，更有交通运输部港珠澳大桥专家组对于关键技术创新的坚强保障。
“快速成岛、斜坡段地基加固、沉管的抛石基床、半刚性管节结构、E15管节回淤、沉管最后接头等，岛隧工程每一项重大技术难题的攻破，都是经过了专家组的反复论证，并由我签字确认！”尽管时隔多年，对于一些关键技术的突破，作为部港珠澳大桥专家组岛隧组组长的交通运输部原总工程师、中国水运建设行业协会常务副理事长徐光，仍然记忆犹新。
钢圆筒快速成岛 工期节省两年
记者了解到，为了这项重大工程的如期建成，自大桥开工之日起，交通运输部就成立了由副部长冯正霖为组长的港珠澳大桥专家组。建设中一旦遇到技术难题，部专家组都会评估、论证，给出中肯意见和建议。部专家组下设桥梁和岛隧专家组，其中岛隧专家组由王汝凯、梁德章、钟建驰、陈韶彰、王彰贵、李一勇、曹根祥、曹湘波、卢永昌等15人组成，都是水工施工和设计、海事、海洋、气象等领域的专家。
岛隧工程一开始，岛隧专家组就遇到了“快速成岛”问题。
“如果当初不采取快速成岛方案，大桥2017年全线贯通是肯定无法实现的！”徐光表示。
据介绍，港珠澳大桥在跨越伶仃洋时，桥梁变隧道穿过深海，而要铺设沉管隧道，首先要快速“种”出两个人工岛。原设计是采用抛石斜坡堤成岛方案，即用块石堆成水下10米、水上5米共15米高的抛石斜坡堤岛壁。虽然技术难度不大，但工程量超大，工期需要2年半到3年。
面对紧迫的工期，快速成岛是必选项，而创新是必由之路。部专家组和港珠澳大桥岛隧工程项目部（简称项目部）都想到了施工速度很快的钢圆筒方案。专家组成员、中交第四航务工程勘察设计院有限公司总工程师卢永昌告诉记者，在此之前中国交建曾经在长江口有过“不成功案例”，从中积累了经验，同时美国的振沉设备也有了较大的改进和提升。
“项目部做了很多探索后，项目部总经理林鸣专门到北京找我，当时我是交通运输部总工程师。听了他的汇报后，我认为方案原则上可行，但要解决好3个主要问题。”徐光表示，首先是振沉问题，就是怎么把钢圆筒打下去；其次是稳定性问题，需要用几种计算方法进行验证；再次是做好止水，以便开挖基坑形成干施工环境。
后来项目部通过努力，解决了3个主要问题，但还有很多细节，又召开专家会讨论：比如50多米长的钢圆筒从上海运到珠海，有十几层楼高的“大家伙”需要立着，运输时驾驶台都看不到前面，防范运输风险是个难题；振沉时，需要保证振沉的垂直偏差小于1%等。这些都事先进行了周密研究和部署。
最终，东、西两个人工岛的120个钢圆筒施工非常顺利，实现了“当年开工当年成岛”，工期缩短一年半到两年。
认真处置每个环节 沉管隧道滴水不漏
人工岛开局顺利，后续沉管隧道地基处理、预制及运输安装等，横着诸多“拦路虎”。
“大桥的沉管隧道之所以能穿越深海而滴水不漏，在于对地基和管节结构等方面都进行了大量创新。”徐光说。
据介绍，沉管隧道是由33节管节水下安装拼接而成，每个管节180米长、40米宽、12米高，形成双向6车道通行环境。防水，是沉管隧道的生命线，而要做到滴水不漏，必须先从地基开始，把地基的不均匀沉降降到最低。因为一旦沉降不均匀，沉管施工完成后就容易错位而导致管节和节段处漏水。
然而，这里的海床恰恰是软土，最易导致不均匀沉降。
“我国第一条海上沉管隧道，一定要质量可靠。”徐光表示。
西岛岛头斜坡段（E1—E5节沉管处）地基特别软，必须水下加固。原设计方案是在这片区域内打入9000多根钢桩。这么多的桩，而且桩头要在水下形成斜坡，施工起来无异于海底绣花。加上地基软硬度不同，打桩的疏密也不同，更难协调。
怎么办？又是专家组开会研讨。
会议开了很多次，讨论非常激烈。最后决定采用卢永昌提出的挤密沙桩方案，就是在软土地基里插管子后灌沙子，边灌边夯实沙子形成密实的沙桩，以解决地基沉降及稳定的问题。
然而，由于国外技术封锁，项目部采购的施工船，关键部件桩头及计算机控制系统都被拆掉。后来，项目部决定自己开发。开发出来后，还不放心，在陆地现场做了载荷试验，并采取水下预先施加比实际荷载更大的压力，以便把差异沉降减到最小。这在国内是首次使用。
国外海底隧道施工，在开挖好基槽后铺上一层碎石就安放沉管了。为了把不均匀沉降量控制得更好，项目部提出要在地基和碎石层之间增加一个块石层。
“在征求我的意见时，我说加了肯定好。但是45米水深，如何整平、夯实？”徐光说，经过技术探讨、专家咨询，最终采用液压锤来整平、夯实，效果很好。施工完成后，在沉管和海底软土地基之间加入一层“硬壳”，有效控制了不均匀沉降。这也是国内第一次使用。
地基风险排除了，管节结构型式又伤脑筋。
世界上沉管隧道所用沉管，有刚性和柔性两种。刚性的适合硬质地基，柔性的适合软土地基。港珠澳大桥地基软，自然只能选择柔性的。然而，按照原设计和国际惯例，180米管节做成8个22.5米节段，安装时把节段用预应力钢筋连接，安装之后将钢筋剪断，让管节变“柔”。
但是，剪断后的管节太“柔”了。这里有两个特殊情况：一个是软土地基太软，另一个是沉管上有大回淤。上面有重压，下面地基软，容易产生不均匀沉降，导致节段接头张开量过大漏水。
能不能折中？即保留节断之间的钢筋，形成半刚性管节，既允许在管节接头处有一定的张开量，又幅度有限。据介绍，交通运输部专家组提出来这个概念后，国内有关专家最初都怀疑其可行性，负责大桥咨询的荷兰咨询公司更是坚决不同意。后来，经过专家组几轮讨论，并请有关单位分别计算，都认为可行。但还需要征得咨询方荷兰咨询公司的确认。
“为了让他们接受，我和荷兰专家单独谈了2小时，耐心地向他解释、分析。他们也很赞同，但就是摇头不签字！”徐光说，“后来项目部请荷兰方面按照我们提供的计算模型验证后，才最终确认。”
这种半刚性结构，等于给沉管隧道再加了一道防水安全砝码。
正式安装时，沉管浮运安装风险高且不可逆，让大家非常谨慎。试想，8万吨的沉管，要在15层楼高的水下安装，且误差小于6厘米，谈何容易？就是吊一个砖头从15楼往下定位6厘米都难，何况这么个“大家伙”，还是在水流、海风的共同作用下。
所以，每浮运安装一个管节，项目部都会召开专家会，分析环境、气象、水文、设备甚至人员风险，每次都列出一两百条风险并分等级，排查、评估，提出管控措施。
在安装到E10节时，发现偏差超过6厘米，达到9厘米多，项目部立即停止施工，经分析发现是管节水下晃动导致安装偏差，最后研发了管节姿态监控系统，解决了管节水下姿态监控的难题。
到了最终接头时，又遇到麻烦。若采用传统方法，不仅工效低、而且安全风险大，工期至少半年。国外专利又不能用，最后研发了液压推进整体可逆式最终接头，一天就可以完成安装，且极大地降低了水下施工风险。
“研究之前，也是专家组给出了基本概念，由项目部深化研究而成的。”徐光说，就这样发现问题后，立即研究技术对策，一步一步往前走，确保了沉管隧道的顺利安装和滴水不漏。
不断探索深化 成就“世纪工程”
“8年了，我不用翻本子，都能记得干了些啥，因为每一次技术难题的探索，都是那样刻骨铭心！”徐光说。
徐光介绍，其实专家组对现场关键技术创新的认识也有一个不断深化的过程。对现场出现的重大技术难题，尤其是修改原设计的技术创新，有的是提出概念，有的是评估技术方案，并就如何进一步深化、完善，注意哪些风险等提出咨询，与项目部共同探讨，一次不行，就两次、三次，直到问题解决为止。同时，岛隧专家组成员是固定的，保持了工作的连续性。
“岛隧工程实际上是水工工程，专家组之所以能提出意见、建议，很大程度上是凭借多年来积累的水工工程实践经验，实践经验对大桥关键技术创新发挥了重要作用。”徐光说。
给沉管基床增加块石层，也是基于重力式码头的实践。这是重力式码头常用的方案，就是在地基上先做块石层，再做碎石层，最后安放沉箱形成码头主框架。在港珠澳大桥实施后，效果很好。
还有在西岛岛头斜坡段实施的紧密沙桩方案，是基于在上海港洋山港区的试验。紧密沙桩是国外软土地基处理很有效的技术，徐光在国外参观时了解后，请技术人员来国内进行技术交流，并在洋山港区建设中做了试验段。
最终接头方案的概念，是受升船机对接方式的启发，经过深入研发形成的自主创新技术。概念提出后，前后经过3年多时间论证、验证，从概念到结构，再分析细节，再做1∶1模型现场进行演练，非常稳妥后才实施。
“在港珠澳大桥建设前后8年的时间里，每次开现场会前我都会认真看材料，开会时认真听汇报。在听取各方意见后，综合提出专家组意见，最终形成会议纪要。”徐光说，担任这一重大工程的技术专家尤其是岛隧专家组组长，有挑战更有压力。每提出来一个方案或意见，是否科学、完善，会不会出现风险等，都得仔细权衡。而每到现场完成一项技术创新时，都很有成就感。
在徐光看来，这一伟大工程的顺利完工，首先在于项目部有着把工程做到完美、做成优质工程的认真态度，对专家组的意见、建议，都认真组织研究；其次，专家组高度负责任，把质量和安全风险放在第一位进行指导、咨询。再加上其他多方的共同努力，最终成就了这一伟大的“世纪工程”。
