海底绣花看不见的精雕细琢(施工企业管理杂志).doc

海底绣花：看不见的精耕细作记港珠澳大桥岛隧工程沉管隧道基槽精确开挖2011年4月13日，当中交广航局30方抓斗船“金雄”船长唐少鸣右手握着操作手柄轻轻往前一推，“金雄”110吨重的巨斗稳稳张开没入海水中，开始港珠澳岛隧工程第一节管节E1段精挖，船上加装的数十个与7台计算机相连接的传感器也在迅速运转。唐少鸣来回观察在他左前方的监视器和左下方的深度计，“金雄”钢丝卷筒发出几声巨响后，他将手柄轻轻往回一拉，吊着抓斗的钢丝绳迅速开始回收，挖泥室所处的转盘开始向右转，“哗啦”一声，“金雄”船体猛然往上一抬，卸泥完毕，一斗泥挖完！唐少鸣左前方的监视器上，留下了刚才那一斗的下放轨迹和挖深数据，他长长地吁了一口气。这一次挖泥非同寻常，它是港珠澳大桥岛隧工程沉管隧道基槽实施精确疏浚的“第一挖”，也是挑战世界级施工难度的“第一挖”！110吨“巨手”深海“绣出”5664米隧道基槽港珠澳大桥被誉为“超级工程”。何谓“超级”？其中一个重要因素在于，设计师敢于提出比普通工程更高的技术要求和验收标准！中国工程设计大师、港珠澳大桥主体工程设计联合体的设计总负责人孟凡超表示，港珠澳大桥作为当前我国交通领域建设的世界级的跨海通道，有不少技术是国内甚至是世界首次应用。其中海底隧道工程为我国第一条在外海修建的海底沉管隧道，沉管隧道水下埋深达45米，沉管隧道长度及规模居世界之首，这在施工技术上具有世界级难度。首先，港珠澳大桥整条海底沉管隧道基槽并不如人们想象中那样位于同一水平面上，而是整体呈一个“锅底型”。出于隧道基槽底部土质承载力和确保通航安全等综合因素考虑，整条隧道基槽都具有纵横向不同坡度的变化，无论是横切面还是竖切面，这个“大炒锅”的断面图都是不同的，这种作业难度远远超出了平整开挖。它要求在海上风浪中作业的挖泥船“慢功出细活儿”，在海底一点点地挖出一条5664米长，且具有不同坡比、复杂多变的“锅底型”海底基槽。其次，沉管隧道基槽开挖是一项在水下作业的“隐蔽工程”，需要挖泥船在完全封闭的“看不见”的海底作业，无法用“看得见”的方式去衡量和控制深度问题。最让人挠头的是：这“看不见”的“每一抓”，都要求“下手”力度必须“刚刚好”，误差不能超过0.5米！0.5米的误差范围，这是一个什么概念呢？按照目前中国水运工程质量检验标准，在离岸500米以上水域用斗容18立方米的抓斗开挖基槽，其平均超深为1米，最大超深约2米；而当挖泥水深大于等于20米或抓斗大于18方时，其平均超深可根据实际情况适当加大，依此类推，根据本岛隧工程工况，如隧道基槽开挖允许平均超深2米，最大超深3米，也不足为奇。可见，这个“误差水平”，已经远远超出了目前的疏浚工程技术规范，也被称为目前世界同类工程中施工难度最大的。实际在，早在2008年12月，受港珠澳大桥前期工作协调办公室委托，中交广航局成立了由总工程师曹湘波牵头的科研团队，历时2年多开展了“港珠澳大桥沉管隧道基槽开挖工艺及回淤观测试验研究”专题研究（一、二期），主要包括成槽工艺及设备功效试验、试挖槽边坡稳定分析、现场回淤实测与分析以及回淤数值模拟分析等四项子课题，该项研究为港珠澳大桥初步设计选定沉管隧道方案以及施工组织设计提供了重要的参考依据，荣获了中国水运建设科学技术一等奖。针对港珠澳大桥岛隧工程开挖精度要求，经过繁琐的比对和试验，在隧道基槽精挖施工船型的选择上，广航局决定选用国内自主设计建造的最大型抓斗式挖泥船“金雄”进行“精挖”。“金雄”的抓斗重达110吨，相当于100辆小轿车的重量，斗身高近4层楼，巨大的抓斗张开时最大宽度可达9米，一斗下去，30方的斗容量“可以把一个10方的房间都填满泥”。可以想象，在海底这样一个受水流等自然条件影响极大、变幻莫测的世界里，“金雄”这只“巨手”只要伸到海底“随便一抓”，都很可能会出现一两米的误差。历史上，无论人类如何不断发明创新，应用先进的技术去改变自然原来的面貌，但大自然仍然会如同生物条件反射式地进行“反抗”。岛隧工程施工区域地处内伶仃洋海域，距离陆地约14海里，属于外海施工。“外海施工，意味着将面临洋流以及热带风暴等诸多不确定因素的影响，岛隧工程中的沉管隧道为东西走向，与广州港出海航道几乎垂直，这就意味着施工船需要顶流作业，该施工海域洋流湍急，最大时速高达4节。金雄在如此湍急洋流中施工，用4个相当于16辆一吨重的小汽车的施工锚进行定位，也得时刻防止因洋流原因导致走锚造成定位不准、出现定深偏差等情况！”中交港珠澳大桥岛隧工程工区（疏浚分项工程）常务副经理陈林说。“我们是用的是庞然大物，干得是海底绣花的细活儿！这好比6、7级大风下，好比是让一个干惯了重活儿的粗汉，在黑灯瞎火中拿着1斤重的粗针，在一块巴掌大的布上熟悉地绣出各种精致的花草鱼虫，且不能出现任何闪失！”中交港珠澳大桥岛隧工程工区（疏浚分项工程）项目党总支书记漫犟斌形象地比喻了海底绣花的作业难度。智能化武装，让“绣花”过程可视可控如何才能让“金雄”这个“粗汉”干好“绣花”细活儿？关键是要让它变得更聪明和灵活些！也就是说，要通过一些技术性改造，为“金雄”装上“慧眼”，同时还要让它的“大脑”更聪明，能灵活地指挥“大手”干活儿，这样才能彻底解决“金雄”深海作业“看得见”、“控得住”、“测得出”这三大作业难题。据了解，广航局先后投入了巨资对“金雄”、“广州号”和“捷龙”等一批参与沉管基槽隧道施工的作业船舶进行了技改。广航局技术中心、船舶维修分公司、勘察测量分公司和工区等部门以及分公司的相关技术专家，专门就“金雄”如何“绣好花”的问题开展了专题研究，“金雄精挖直接数字控制系统”（简称DDS）的研发和设备改造就是其中重要一项。刘国生、刘烈晖夫妇，是中交广航局一对普通的中年技术骨干，在DDS系统的研发过程中，夫妻俩在船上一住就是120天。2011年初的春节，俩人连回家过年的时间都没有，只得将年过80的老母亲接到离“金雄”最近的一个小宾馆住了3天，匆匆地度过了中国人最重视的传统节日。作为广航局唯一的一位女性教授级高工、“金雄”技改小组成员刘烈晖显然已经习惯了船上的工作和生活，每当船长表示“过意不去”的时候，她总是朴实地一笑：“顾不得这些了，其实为了这个精挖，大家都很辛苦。再说，你们就相当于我的客户，整个编程过程必须与你们充分沟通，让大家感到这套设备管用才行。”“金雄”DDS系统全面升级改造后，加装了电液比例控制阀、由计算机控制的操作手柄、光电脉冲编码器等设备，以及数十个与7台计算机连接的传感器和监视器。挖泥手只要在挖泥室的操作控制面板输入挖深数据，就能准确地控制挖泥过程，监控人员也能通过传感器和监视器及时获取抓斗的挖泥轨迹，并能准确地检测出抓斗船下放的实时数据。正是有了这些先进的计算机软件和设备，“金雄”才如同一个充满智慧的“海上变形金刚”，在海底能顺利完成本文开头唐少鸣船长精挖的那一幕。在“金雄”真正实施“绣花”作业后，项目部并没有就此放宽心，加密基槽水深检测频率的同时，还是专门派出技术人员驻船“盯梢”，密切关注“金雄”的精挖施工状态和施工质量，与船长分析和研究施工排斗步长与层厚的合理匹配、布锚、挖泥操作规范等，同时加强底槽地质实际情况与设计勘查资料的比对与取样工作。“同意中交股份联合体港珠澳大桥岛隧工程第工区项目经理部承建的西人工岛基槽开挖及沉管隧道基槽E1管节段精挖通过验收！”2011年5月4日，工区项目部会议室，港珠澳大桥管理局、港珠澳大桥岛隧工程监理港珠澳大桥业主、总监办、驻地办监理、设计单位、工区和工区等相关单位的共同见证下，“金雄”开挖的首个管节E1段精挖顺利通过验收。而在随后的E31-E33管节、E11-E15管节段的精挖无一例外都一次性通过了验收。世界最先进测量设备观察“绣花”效果港珠澳大桥设计使用寿命为120年，名副其实的“百年工程”！作为岛隧工程沉管隧道基槽基础施工的第一步工作，基槽开挖施工质量自是大桥主体工程质量构成的重要一环，工区的中交人以“尺寸必争”的精神严把质量关。虽然隧道基槽上层开挖精度要求远不及精挖，但工区的中交人并不掉以轻心，依然会不定期在项目部或者施工现场召开抓斗船质量控制研讨会，以期进一步提高在场抓斗船施工质量，确保精挖施工精度符合设计要求。唐少鸣，这位具有多年丰富抓斗船施工管理经验的资深船长，在隧道基槽精挖过程中坦言自己“经常紧张得睡不好觉”，他最常挂在嘴边的一句话就是：“虽然外人看来挖基槽是看不见的活儿，但只有我们才知道他的重要性，只要精挖一天没停下来，船长和挖泥长就一天也不能放松！”他还专门就抓斗船的排斗经验等与同行交流和分享。“目前全世界最先进的10项测量技术和设备，有一半都应用在岛隧工程基槽开挖检测中！”广航局勘察测量分公司总经理高耿明说，为了确保“绣花”质量，广航局和工区开展了以“隧道基槽硬底质高程检测”为专题的关键技术研究，投入了包括目前最先进的R2SONIC2024多波束测深系统、荷兰Stema公司产品泥浆密度测试仪以及RTK实时动态定位技术等在内测量设备和技术，以便随时观察“绣花”结果。同时，沉管安放前对基槽海水浓度要求极为严格，项目部为了顺利获取基槽底部海水浓度，还自主研制了深水基槽海水取样器，在经过反复试验后也达到了预期的取样效果。针对超国标精度的验收标准，精挖施工时，工区测量部每隔2、3天就测量一次，主要是为了分析“金雄”的“绣花”质量，同时也为了提高其施工效率。工程、测量技术人员加班加点至凌晨2、3点也是常见的事。“工区在隧道基槽抛石夯平施工前，对我们负责的工区此前完成的E11-E15管节段隧道基槽精挖采用刚性与声纳相结合方式进行水深测量，所得结果再次显示，基槽平整度达到了设计验收标准！这相当于除了监理和总经理部