用鋼圓管？港珠澳大橋人工島是如何築成的

用鋼圓管築島的超常規構思，完勝日本企業推薦的傳統鋼板樁方案。

出品| 網易新聞學院

作者| 中國交建

　　你以為這是一艘超豪華的海上巨輪？錯，這是港珠澳大橋「顏值爆表」的人工島！

　　世界上最長的跨海大橋——港珠澳大橋主體工程已經全部竣工，它是中國交通史上技術最複雜、建設要求及標準最高的工程之一，被英國《衛報》譽為「新世界七大奇蹟」。

今年5月份港珠澳大橋海底隧道完成最後的「接頭」，海底沉管隧道東西連接兩個人工島，人工島又與內陸通過橋樑連接，人工島也是控制性工程之一。

　　從空中看，港珠澳大橋的人工島框架，宛如一串項鏈，而這串項鏈的每個「珠子」則是直徑22米、高度最高50米、重500噸的鋼圓筒，就體積而言，每個「珠子」得有10層樓那麼高！西人工島就是由61個珠子串起來的。

西人工島輪廓逐漸顯現

　　聽起來很簡單，但是用鋼圓管的方式在深海形成人工島，這可是一項全新的工藝。深海築島，非一日之功。把這個10層樓大小的龐然大物堅固的沉入海底，從工廠製造、長距離海上運輸、研發專用振沉設備、海上振沉，歷經了重重難關。

人工島夜景

超常規構思，完勝日本企業推薦的傳統鋼板樁方案

　　在港珠澳大橋香港口岸人工島工程中，日本一家企業推薦了傳統的鋼板樁方案，也希望能在隧道人工島中採用這種工藝。這個方案是將一條條0.5米寬的鋼板插入底，在人工島建設之初也想過這個方案。但這樣一來，22米寬就要打140多次、會產生100多個介面，其工藝流程就很複雜，止水也存在更多不確定因素。

　　而且，港珠澳大橋經過珠江口幾個主航道和很多非正式航道，每天有4000艘船舶通過，施工過程不能對航運造成大的影響。還有，這裡經過中華白海豚國家級自然保護區，工程更得考慮對生態的影響；且長期以來珠江口形成了穩定的三灘兩槽水文環境，這是珠三角發展的根本基礎之一，施工更不能破壞這種穩定。

　　所以，中國工程師提出了這個大膽的構想——用鋼圓筒做人工島防護結構。這個方案不僅可以大大減少船機及海上作業的時間，大圓筒還有良好的穩定性和止水性能，為後續工作提供了一個穩定的環境。

　　方案定了，但是加工製造出這些大塊頭、然後從生產基地運到現場、最後沉入海底，都需要新思路。

鑽機、駁船...精細化勘探的利器

　　把鋼圓筒打入海底，首先需要摸清海底地質情況。同樣，築島、海底沉管的安裝，首先要搞清楚地層結構，精確了解海底的詳細情況，這就要經過精細的勘探。

　　翻開島隧工程地質勘查圖紙，密密麻麻的標註著170多個鑽孔，400多個測試孔（CPTU孔）。每個孔都需要船舶駐位、鑽探測試、取樣分析等多個環節。中國工程師研製了5台國內首創的帶波浪補償器的鑽機，其波浪補償系統極大提高了海上鑽探及取樣的精確性和安全性，在惡劣海洋天氣下仍然能夠取得高標準的鑽探數據。同時，他們研製了國內領先的勘察專用鑽探平台，這一設備大大提高了勘探成果精度。

　　在鑽探、取樣、運輸、分析的全過程中，不能改變土質的分層分布等原來面貌，只有這樣，才能精確了解地質情況，專業術語叫「不擾動原土」。

　　經過不斷精細化的勘探，2011年1月，島隧工程首批設計圖紙提交。

人工島斷面圖（圖片來自網路）

製造8台振動錘，吊起下沉鋼圓管的「大鎚」

　　鋼圓管直徑22米，最高50.5米，一共120個。把它們打入深海，需要有足夠能量的「大鎚」。所以，「中西合璧」共同打造了8台振動錘，而且工期只有90天。

　　這個前所未有的龐然大物，決不是簡單的振動錘組拼，而是多項中美高端製造業優勢融合。整個振沉系統中，振動錘、同步裝置、動力站、液壓油管、液壓夾頭等從美國引進，共振梁、吊架等由上海振華重工製造。

　　單台APE600液壓振動錘已有工程應用，但採用8台APE600振動錘聯動振沉超大型鋼圓筒卻是中國人的構想，屬國際首創。

　　同時，中國上海，共振梁也在加快製造。它是一個中心直徑22米、截面寬2.4米、高1.2米、重達120噸的圓環形箱梁。頂面安裝8個振動錘和同步軸，底面安裝24個液壓夾具。其技術要求是振動合力居中，能均勻、有效地傳遞到鋼圓筒底部。因此要有足夠的剛度和極高的製造精度。中國工程師確定了將共振梁分解成8個構件單體製造，單獨加工後再進行整體拼裝，吊架與共振梁配作的創新方案。

　　在收到美國發出的集裝箱後，中國工程師僅用10天就完成了振沉系統的整體組裝，比預計時間縮短了整整一個月。

西人工島救援碼頭正在建設

120個500噸的鋼圓管如何穿越1600公里？

　　這項工程更關鍵的主體便是鋼圓管了。而且，你可別忘了這個鋼圓管的尺寸和龐大的體積。

　　鋼圓管製作原理很簡單，把鋼板處理成弧形，然後焊接成筒，就好像做木桶一樣，再把一節節短筒焊接成長筒。不過，焊接很有難度：短筒越多，焊縫就越多，焊接量就越大，而且工期緊張。

　　中國工程師選擇將單個40米的鋼圓筒總體分成兩段製造，每段採用豎向分塊法製造，也就是將鋼板單元豎起來放在胎架上，用垂直氣電焊將板片拼成筒體。這樣一來，豎起來的鋼圓筒在橫向只有一道焊縫，大大減少了質量風險和焊接量。

　　而接下來，這120個龐然大物的運輸也是一大難點。一開始，由「振浮8號」裝載著首個鋼圓筒和振沉動力系統也就是「大鎚」，由兩條拖輪護航起航，經過一個多星期抵達珠海。但是一個船運一個，這也太慢了。所以，第二船裝載了9個鋼圓筒，總重4059噸，走了68小時。

　　重量大也就算了，這其中還要避開颱風，而且50米的鋼圓管放在甲板上，完全遮擋住了航行視線，運輸難度可想而知。8船鋼圓管的運輸可謂是經過了最炎熱、颱風最多的季節，歷經「重重磨難」才最終抵達珠海。

沉下「定海神針」，振浮8號立了大功

　　伶仃洋海面上，1600噸起重船「振浮8號」吊著振沉系統和鋼圓筒，在自主研發的「鋼圓筒打設定位精度管理系統」的引導下，正確定位，完成入泥自沉後，隨著「開始振沉」指令的發出，中控計算機同時啟動8台動力櫃和8台振動錘，世界最大的振沉系統第一次開始負載運轉。

　　鋼圓筒達到了入泥深度21米的設計標高，垂直度偏差控制在1/1000以上，這又是一項世界紀錄。

島內回填砂

　　240米長、50米寬、8萬噸、8米吃水的大船，是從來沒有在施工中用過的。拋錨就是個難題。運輸船拋錨線，施工工區根據現場潮流等因素確定四個浮筒位置，運輸船必須進駐到浮筒之間，並且四個角分別用三條纜繩與四個浮筒連接以固定輪船位置。看似簡單的活，但沒個兩三個小時是拿不下來的。

　　「振浮8號」船長秦漢文表示，大船停泊的地方距離鋼圓筒振沉地方最遠達到900米，而不能自航的浮吊必須掛纜到運輸鋼圓筒的大船，通過卷纜向大船靠近，吊裝起鋼圓筒。然後再通過浮吊另一邊的卷錨靠近振沉位置，將鋼圓筒吊至指定振沉位置，僅這一段路程就需運行1小時40分鐘。因此運行速度慢，吊裝時間長，危險係數高。

　　而直徑22米、高40多米的鋼圓筒，每一個都有一個規定位置，最終振沉位置的誤差僅允許在10厘米，雖然是圓形，卻不能轉動一點圈，轉動一點圈都有可能導致位置完全不符合要求。

　　比如在第三船鋼圓筒的駐位上，因潮水影響，大船無法順利駛進四個浮筒內規定位置，只能調頭重來。就在眼看著駐位要成功了的時候，要開始帶纜系浮，天公卻不作美，下起了瓢潑大雨。海面上一片迷霧，啥也看不見。

西人工島最後一個鋼圓筒振沉完畢

　　終於，在2011年9月11日，港珠澳大橋島隧工程西人工島最後一個鋼圓筒穩穩入泥，這串大「項鏈」最終串起來了。

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編輯| 於冉帝

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