“以前去东港,要绕一个大弯,费时费油不说还耽误事儿。海底隧道开通后,5分钟就通到对岸,可太方便了。”大连市出租车司机崔师傅兴奋地说。5月1日,大连百姓翘首以盼的城市南北交通大动脉——大连湾海底隧道和光明路延伸工程正式通车。这条在中国寒冷海域沉管隧道建设的开山之作,有效破解了大连C字形结构交通瓶颈,将繁华的中山区与发展的潜在能力巨大的甘井子区越海相连,为大连发展插上了腾飞的翅膀。
为了建成这条交通大动脉,中交建设团队从始至终坚持自主创新,成功破解了寒冷地区海工混凝土结构百年耐久性难题,实现了大型船舶、水下电缆插座等核心装备和技术的国产化,创下我国乃至世界沉管隧道施工史上诸多“第一”和“之最”,为世界沉管隧道建造贡献了中国力量。
大连湾海底隧道长5.1公里,是我国北方首条跨海沉管隧道,由18节平均重约6万吨的沉管对接而成。为了预制这些庞然大物,项目团队建设了约20万平方米的国内最大沉管预制场,相当于30个标准足球场,可同时预制6节沉管。
一航局三公司信德检测公司经理孙悦锋和混凝土打了20年交道,她坦言:“打造百年不漏水的海底隧道,需要混凝土强度高、防水性高、耐久性高,这并非易事。”孙悦锋跑遍了大连市20多家骨料生产商,搜集到50多种骨料,并根据样品设计出上百套混凝土配比方案,但结果却并不令人满意。经过反复对寒冷海域机制砂混凝土特性进行研究,孙悦锋带领团队建立寿命模型、混凝土结构耐久性预测理论模型,在成百上千次配合比试验后,团队终于探索出机制砂作为海工混凝土砂石替代的具体参数,这相当于破译了极寒条件下混凝土的配合比密码。
然而,运用机制砂配制沉管混凝土,在国内是第一次。时任四航局二工区总工申昌洲带领技术团队,接续开展了126次模型试验。“模型试验毕竟是规模小,2700立方米的标准管节混凝土一次性浇注,试验参数未必能直接应用上。”申昌洲道出难点,“1比1模型的试验浇注预计需要25个小时,按常规方法养护,内外60度至70度的温差,会导致管节有裂缝。”
经过一番探索,项目团队在侧模顶桁架上铺设新型蒸养篷布,这种蒸养篷布不但能够防水、防冻、防雪,中间还夹有棉絮能起到保温的作用。同时,在台座接触面,用沙袋压脚,将蒸汽锅炉产生的蒸汽通过蒸汽养护智能控制设备,输送到温棚内各特定部位。这相当于把足尺模型放进了一个“育婴箱”。整整80天,从绑扎钢筋到拆模养护,模型没再次出现裂缝,保证了沉管的高品质。
沉管高品质预制后,就要给它们在海底造一个平稳的“家”。大连湾海域地质属于典型的水下喀斯特地貌。一航局海底爆破团队在摸清沉管基槽岩层分布情况和不同岩层的特点后,制定了实施工程的方案。“先用多波束三维测量给爆破船当眼睛,把定位误差严控在10厘米内。然后设计不同距离的梅花形孔位装药,像切蛋糕一样把基础分层。边坡附近还设有岩石减震带,防止底层爆破对坡度的冲击。”六工区总工李义彬介绍。900余天作业,团队完成了近两个水立方场馆大小的施工方量,用厘米级精度为万吨级沉管建起“最安稳的家”。
18节沉管的浮运和安装,每一次都是第一次。E14管节到E18管节的曲线个带有弧度的管节组成,是国内半径最小、曲率最大的曲线管节,距大连湾南岸仅“一步之遥”。“这是一道并不简单的‘填空题’。”由于最终接头的位置和轴线管节必须分毫不差地“填”进去。“超半数的锚缆布设在岸上,锚系不对称,在沉放过程中缆力和沉管姿态控制难度也会相应增大。”四工区副经理、参与过港珠澳大桥和深中通道53节沉管浮运安装的赫亚锋介绍说。他带领技术团队反复开展模拟试验、桌面推演,确定了放缓沉放速度、调整缆力、细化沉放时间的基本思路,同时将所有可能会产生的问题和突发情况都提前预演,并制定应对方案。
2022年8月5日子夜时分,E18管节水力压接顺利完成,标志着大连湾海底隧道全部管节完成安装。仅仅20个月时间内,项目团队不断刷新纪录:填补我国北方寒冷地区沉管隧道施工空白,刷新我国跨海沉管隧道浮运安装用时最短纪录,曲线段管节曲率创全国之最。
海底沉管安装结束,隧道贯通仅剩关键的最终接头。“这是我国首次采用‘顶进节段法’,可实现最后一节沉管由水下对接到陆上对接的全新转变,安全便捷高效。”一工区总工程师张超自豪地说,“顶推过程就像推‘抽屉’一样,将陆上浇注好的节段暂时顶推至外部套筒内,在最后一节沉管安装到位后,再将现浇好的节段推出来,与E18紧密对接,实现了海上沉管段与陆上现浇段的顺利贯通。”
大连湾海底隧道向北延伸便是7公里的光明路延伸工程。“光明路隧道是延伸工程的重要控制性工程,施工环境复杂,附近是石油化工区,施工安全风险极大。”一航局三公司光明路项目部经理栾晓强在接手项目后,就没有睡过一次安稳觉。
“光明路隧道是东北地区首个非爆破施工的硬岩隧道,我们引进了国内功率最大、吨位最大的悬臂式掘进机铣挖施工,以‘硬碰硬’的方式克敌制胜。”栾晓强说。尽管有先进设备加持,但岩体异常坚硬,施工常常因更换截齿而暂停。“我们多次召开咨询会和专家评审会,最终创新推出‘超前导洞扩挖法’,提前95天完成双线贯通。”平日不爱笑的总工程师刘振山露出了笑容。
刘振山信奉一个理念,干技术的就是要破解难题。他说:“201国道互通跨沈大线公铁立交桥与沈大线米,为降低桥梁实施工程对既有路线的影响,主线桥采取转体施工法建设,这是我职业生涯第一次。”6500吨的桥梁耗时1小时18分钟,精准完成75.6度的逆时针旋转,以毫米级精准对接新建桥墩,实现了大连地区转体桥梁实施工程零的突破。
建设过程中,中交建设者还应该要考虑文化遗产的保护。百年码头是大连的工业遗产,距离项目陆域桩基仅10米。“如果桩基在施工中出现歪斜,或者打桩塌方,对码头结构造成影响,损失将不可估量。”三工区总工付博展示起他的“宝贝”,“这是新型干湿两用超声波成孔质量检测仪,用它替换传统检测仪,有效解决了数据失真问题,保证了桩基垂直度。”
在路面沥青摊铺过程中,为提升车辆雪天行驶安全性,在部分坡度较大的路段应用“低冰点路面技术”;在立交桥穿越沿线敏感区域安装全封闭声屏障,降低高架行车产生的噪声……“我们修的不仅是路,更是贴近民心的纽带,给市民带来福祉。”栾晓强说。
大连湾海底隧道是国内首例“实体+数字”双产品交付的沉管隧道工程。为了顺应数字化发展的新趋势,开工之初,建设团队就提出“双产品”交付的思路构想,使大连湾海底隧道既有工程肉眼可见的“实”,又有数字化赋予的“智”。
“实体工程,就是按照图纸建设项目。数字化工程,可以概括为一模型、一中心、两平台。”一航局数字化工程负责人谷守奎介绍:“一个模型是全方位建立实体工程BIM模型,每一节沉管甚至每一盏灯、每一根管线都能立体呈现;一个中心是将BIM模型中的施工参数、产品数据、采购信息、运行信息等工程建设全要素数据来进行归集,作为工程建设的‘记录仪’和‘追溯器’;两个平台是数字化交互平台和综合指挥平台,大多数都用在收集、统计、分析和展示信息,为海底隧道运维管理提供决策依据。”
“如果把海底隧道比作巨龙,BIM模型就是‘骨架’的缩影,数据中心是‘大脑’,数字化交互平台是‘血管’,数字化综合指挥平台则是它的‘神经中枢’。”设计工程师朱鑫形象地比喻。
数字化团队历时近半年,将海底隧道分为132个区段,完成约15万个构件的建模,梳理出5000张图纸和2万份资料。施工数据的不断录入和更新,实现了数字工程与实体工程的同步建设。在BIM模型上能看到每一个构件的设计图纸、工作原理、维修记录等内容。即便是非技术人员,也能快速找到资料。“这就是数字化产品交互平台,这一些数据都储存在400类构件的数据中心里,彻底实现‘想要什么都能信手拈来’。”谷守奎介绍道。
2023年4月12日,大连湾海底隧道和光明路管理中心正式落成。这里的中央控制室内设有数字化综合指挥平台——“智慧大脑”。它能够实时监控隧道整体运作时的状态,如照明、通风、交通信号,以及各机电设施运行、道路交通和车流量等情况,都可以完全转成数字化实时显示,为管理运行提供数据支撑。
“数字化工程最大的特点就是智能,这些优势都体现在细节里。在大连湾海底隧道,小小的照明灯也有‘故事’。”数字化团队调试工程师贺强说。在大连湾海底隧道里,灯不仅用来照明,还可以在数字化控制下,做到与自然光和谐统一,智能“感受”四季变化、阴晴冷暖、黑夜白昼,自动调整隧道内外色温、色差,还能按不同天气及光照强度,及时作出调整亮度,避免隧道内外光线差距过大,影响驾驶的舒适性和安全性。此外,项目团队还采用IT语言开发了全隧道设备监控系统,建设了严密的视频监控网络,首创海底隧道三维巡检辅助人工巡检……