120个巨型钢圆桶扎进深海，港珠澳大桥人工岛这样建成

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omoyo

2021-05-14 20:22:50

　　你以为这是一艘超豪华的海上巨轮？错，这是港珠澳大桥“颜值爆表”的人工岛！

　　人工岛是港珠澳大桥的控制性工程之一，大桥的海底沉管隧道便是由东西两个人工岛连接起来的，然后人工岛又与内陆通过桥梁连接。

　　从空中看，港珠澳大桥的人工岛框架宛如一串项链，而这串项链的每个“珠子”则是直径22米、高度最高50米、重500吨的钢圆筒，就体积而言，每个“珠子”得有10层楼那么高！西人工岛就是由61个珠子串起来的。

　　（西人工岛轮廓逐渐显现）

　　这些听起来似乎很简单，其实用钢圆管的方式在深海形成人工岛可是一项全新的工艺。深海筑岛，非一日之功。把这个10层楼大小的庞然大物坚固地沉入海底，从工厂制造、长距离海上运输、研发专用振沉设备到海上振沉，历经了重重难关。

　　（人工岛夜景）

　　（一）超常规构思，完胜日本企业推荐的传统钢板桩方案

　　在港珠澳大桥香港口岸人工岛工程中，日本一家企业曾推荐了传统的钢板桩方案，也希望能在隧道人工岛中采用这种工艺。这个方案是将一条条0.5米宽的钢板插入底，在人工岛建设之初也想过这个方案，但这样一来，22米宽就要打140多次、会产生100多个接口，其工艺流程就很复杂，止水也存在更多不确定因素。

　　而且，港珠澳大桥经过珠江口几个主航道和很多非正式航道，每天有4000艘船舶通过，施工过程不能对航运造成大的影响。还有，这里经过中华白海豚国家级自然保护区，工程更得考虑对生态的影响；且长期以来珠江口形成了稳定的三滩两槽水文环境，这是珠三角发展的根本基础之一，施工更不能破坏这种稳定。

　　所以，中国工程师提出了一个大胆的构想——用钢圆筒做人工岛防护结构。这个方案不仅可以大大减少船机及海上作业的时间，大圆筒还有良好的稳定性和止水性能，为后续工作提供了一个稳定的环境。

　　方案定了，但是加工制造出这些大块头、然后从生产基地运到现场、最后沉入海底，都需要新思路。

　　（二）钻机、驳船...精细化勘探的利器

　　把钢圆筒打入海底，首先需要摸清海底地质情况。同样，筑岛、海底沉管的安装，首先要搞清楚地层结构，精确了解海底的详细情况，这就要经过精细的勘探。

　　翻开岛隧工程地质勘查图纸，密密麻麻的标注着170多个钻孔，400多个测试孔（CPTU孔）。每个孔都需要船舶驻位、钻探测试、取样分析等多个环节。中国工程师研制了5台国内首创的带波浪补偿器的钻机，其波浪补偿系统极大提高了海上钻探及取样的精确性和安全性，在恶劣海洋天气下仍然能够取得高标准的钻探数据。同时，他们研制了国内领先的勘察专用钻探平台，这一设备大大提高了勘探成果精度。

　　在钻探、取样、运输、分析的全过程中，不能改变土质的分层分布等原来面貌，只有这样，才能精确了解地质情况，专业术语叫“不扰动原土”。

　　经过不断精细化的勘探，2011年1月，岛隧工程首批设计图纸提交。

　　（人工岛断面图）

　　（三）制造8台振动锤，吊起下沉钢圆管的“大锤”

　　钢圆管直径22米，最高50.5米，一共120个。把它们打入深海，需要有足够能量的“大锤”。所以，工程师们“中西合璧”共同打造了8台振动锤，而且工期只有90天。

　　这个前所未有的庞然大物，决不是简单的振动锤组拼，而是多项中美高端制造业优势融合。整个振沉系统中，振动锤、同步装置、动力站、液压油管、液压夹头等从美国引进，共振梁、吊架等则由中国企业制造。

　　单台APE600液压振动锤已有工程应用，但采用8台APE600振动锤联动振沉超大型钢圆筒却是中国人的构想，属国际首创。

　　同时，在中国上海，共振梁也在加快制造。它是一个中心直径22米、截面宽2.4米、高1.2米、重达120吨的圆环形箱梁。顶面安装8个振动锤和同步轴，底面安装24个液压夹具。其技术要求是振动合力居中，能均匀、有效地传递到钢圆筒底部。因此要有足够的刚度和极高的制造精度。中国工程师确定了将共振梁分解成8个构件单体制造，单独加工后再进行整体拼装，吊架与共振梁配作的创新方案。

　　在收到美国发出的集装箱后，中国工程师仅用10天就完成了振沉系统的整体组装，比预计时间缩短了整整一个月。

　　（西人工岛救援码头正在建设）

　　（四）120个500吨的钢圆管如何穿越1600公里？

　　这项工程更关键的主体便是钢圆管了。而且，你可别忘了这个钢圆管的尺寸和庞大的体积。

　　钢圆管制作原理很简单，把钢板处理成弧形，然后焊接成筒，就好像做木桶一样，再把一节节短筒焊接成长筒。不过，焊接很有难度：短筒越多，焊缝就越多，焊接量就越大，而且工期紧张。

　　中国工程师选择将单个40米的钢圆筒总体分成两段制造，每段采用竖向分块法制造，也就是将钢板单元竖起来放在胎架上，用垂直气电焊将板片拼成筒体。这样一来，竖起来的钢圆筒在横向只有一道焊缝，大大减少了质量风险和焊接量。

　　而接下来，这120个庞然大物的运输也是一大难点。一开始，由“振浮8号”装载着首个钢圆筒和振沉动力系统也就是“大锤”，由两条拖轮护航起航，经过一个多星期抵达珠海。但是一个船运一个，这也太慢了。所以，第二船装载了9个钢圆筒，总重4059吨，走了68小时。

　　重量大也就算了，这其中还要避开台风，而且50米的钢圆管放在甲板上，完全遮挡住了航行视线，运输难度可想而知。8船钢圆管的运输可谓是经过了最炎热、台风最多的季节，历经“重重磨难”才最终抵达珠海。

　　（五）沉下“定海神针”，振浮8号立了大功

　　伶仃洋海面上，1600吨起重船“振浮8号”吊着振沉系统和钢圆筒，在自主研发的“钢圆筒打设定位精度管理系统”的引导下，正确定位，完成入泥自沉后，随着“开始振沉”指令的发出，中控计算机同时启动8台动力柜和8台振动锤，世界最大的振沉系统第一次开始负载运转。

　　钢圆筒达到了入泥深度21米的设计标高，垂直度偏差控制在1/1000以上，这又是一项世界纪录。

　　（岛内回填砂）

　　240米长、50米宽、8万吨、8米吃水的大船，是从来没有在施工中用过的。抛锚就是个难题。运输船抛锚线，施工工区根据现场潮流等因素确定四个浮筒位置，运输船必须进驻到浮筒之间，并且四个角分别用三条缆绳与四个浮筒连接以固定轮船位置。看似简单的活，但没个两三个小时是拿不下来的。

　　“振浮8号”船长秦汉文表示，大船停泊的地方距离钢圆筒振沉地方最远达到900米，而不能自航的浮吊必须挂缆到运输钢圆筒的大船，通过卷缆向大船靠近，吊装起钢圆筒。然后再通过浮吊另一边的卷锚靠近振沉位置，将钢圆筒吊至指定振沉位置，仅这一段路程就需运行1小时40分钟。因此运行速度慢，吊装时间长，危险系数高。

　　而直径22米、高40多米的钢圆筒，每一个都有一个规定位置，最终振沉位置的误差仅允许在10厘米，虽然是圆形，却不能转动一点圈，转动一点圈都有可能导致位置完全不符合要求。

　　比如在第三船钢圆筒的驻位上，因潮水影响，大船无法顺利驶进四个浮筒内规定位置，只能调头重来。就在眼看着驻位要成功了的时候，要开始带缆系浮，天公却不作美，下起了瓢泼大雨。海面上一片迷雾，啥也看不见。