行業(yè)資訊站在珠海的九洲港碼頭眺望，海闊云低，天地蒼茫，昔日令文天祥慨嘆伶仃的伶仃洋，而今已有一座連接香港、澳門、珠海三地的超級跨海大橋橫亙其上。
即將于明年年底全線貫通的港珠澳大橋東起于香港大嶼山，總長55公里，主體工程為長29.6公里的“海中橋隧”，包括20公里的海上長橋（含三座通航孔橋）、一段6.7公里的海底沉管隧道和連接兩者的東、西兩座人工島嶼。大橋西止于珠澳口岸人工島并呈Y字形走向，分別銜接珠海、澳門兩地。極目迥望，全線工程連綿起伏，如一串珠鏈，鑲嵌在大海之上；三座通航孔橋似串串珠鏈，兩座人工島似一對玉璧，一幅“珠聯璧合”的宏偉畫卷在蒼茫大海上徐徐展開。
這是繼三峽工程、青藏鐵路、南水北調、西氣東輸、京滬高鐵之后的又一超級工程，總投資額超過千億元。這也是中國交通史上技術最復雜、建設要求及標準最高的工程之一，擁有數個“世界之最”：世界最長跨海大橋、世界首條海底深埋沉管隧道、世界最大海中橋隧工程……
工程各個環(huán)節(jié)都有若干關鍵性的技術難題。復雜惡劣的海洋環(huán)境，120年使用壽命的高建設標準，跨越三地的管理協作，給工程建設帶來了一系列技術、環(huán)保、安全、建設、管理等方面的重大挑戰(zhàn)。
為確保工程順利實施，提升我國跨海集群工程建設創(chuàng)新能力和技術競爭力，科技部和交通部將“港珠澳大橋跨海集群工程建設關鍵技術研究與示范”列入“十一五”國家科技支撐計劃項目，組織30個單位的500余名科研人員，圍繞5個大課題、19個小課題對大橋隧道、人工島、橋梁和建設管理等關鍵技術問題展開攻關。這個世界級工程在國家重點科研力量的支撐下，通過集成化的科技自主創(chuàng)新，攻克了一道又一道難題。
海上“搭積木”，填海起長橋
如此規(guī)模龐大的島、橋、隧跨海集群工程，在中國的橋梁建筑史上還是首次。擺在工程團隊面前的首要難題，是“怎么建”的問題。
大橋設計必須考慮資源、技術與環(huán)境條件的結合，用港珠澳大橋管理局總工程師蘇權科的話說，“這不是單純地設計一座橋或一條隧道，而是一項復雜的系統工程”。
按照以往的經驗，跨海大橋的傳統建設模式，是千軍萬馬在施工現場開展密集作業(yè)。然而，這樣的建造方式，對港珠澳大橋來說卻行不通。
蘇權科告訴記者，大橋所在的伶仃洋海域，屬海洋水文及防洪敏感區(qū)、臺風區(qū)，同時也是我國珍稀海洋動物——白海豚的自然保護區(qū)，氣象、水文、環(huán)境條件都很復雜。另一方面，如果在外海長期施工作業(yè)，正常的航運交通勢必會受到影響。“種種條件都表明，長期持續(xù)在海上開展密集作業(yè)，這種方法行不通。”
在反復研究討論后，工程團隊決定，采用大噸位的重型施工裝備和船舶，以標準化的“流水線”方式，將建造大橋的各個超大型部件在工廠提前預制完畢，運送到海上進行裝配。“說得形象一點，就是在海上‘搭積木’，而且要在條件惡劣的環(huán)境下搭出來。”港珠澳大橋管理局總工辦主任陳越告訴記者。
這樣做的好處是，既可以嚴格控制施工成本、工期和工程質量，又縮短了海上作業(yè)時間和工作量，大大提升了施工安全系數，還盡可能地減少了施工作業(yè)對海洋和周邊環(huán)境造成的污染。
總體建造方案確定后，2010年7月，“港珠澳大橋跨海集群工程建設關鍵技術研究與示范”項目通過審批，科技部將建造過程中的關鍵課題正式列入“十一五”國家科技支撐計劃。一個個項目團隊，開始圍繞設計與施工過程中可能遇到的技術理論難點，裝備、材料與工法等施工難點進行攻關。
國家科技支撐計劃起到了“支撐”項目運轉的核心作用，使整個工程形成了一個“工程牽引、項目工作組協調聯動”，全國各領域共同協作的局面。先期成立的集行業(yè)內外、國內外專家力量的技術專家組，對大橋建設所處不同階段的關鍵技術難點和重點技術方案，提供技術咨詢意見。交通運輸部科技司牽頭，會同公路局、水運局等有關單位成立專門的領導小組，圍繞項目組織、協調、溝通等開展工作。
“這是又一次科技計劃支撐重大工程，通過產學研用相結合，共同完成的集成化自主創(chuàng)新。”科技部有關負責人在接受科技日報記者采訪時表示。在項目實施中，交通運輸部集中了相關企業(yè)資源，充分發(fā)揮了產業(yè)引領作用，科技部集中了科研院所、科研團隊，發(fā)揮了科研保障作用。
“工程引導了科研，科研解決了工程問題。這是在科技支撐和項目引領下，中國工程團隊因地制宜的集成創(chuàng)新。”科技部有關負責人如是說。
僅用了兩年時間，項目就完成了支撐設計、施工工藝、關鍵裝備等核心技術的科研攻關，申請國家專利超過300項，其中發(fā)明專利57項，獲專利授權百余項。
于是，建橋人開始建工廠，在珠海市的桂山島上，建起沉管預制廠；在山海關和武漢、揚州等地，建起鋼箱梁板單元加工廠；在中山建起鋼箱梁拼裝廠；在東莞建橋墩預制廠……在各個工廠里制造完成的巨大“零件”，被源源不斷地裝船運往施工現場，如搭積木一般，拼接裝配到一起。
7個月，創(chuàng)新工法建成兩座人工島
西人工島的島隧工地上，仍是一派熱火朝天的施工景象。雙腳踏著堅實的土地，記者絲毫感覺不到，4年前，這里還是一片汪洋。
回憶起快速成島工程，港珠澳管理局總工辦主任陳越至今心潮澎湃：“只用了7個月的時間，就在茫茫大海上建起了兩座面積約10萬平方米的人工島，這是我們打贏的第一場漂亮仗。”
“島隧工程，是港珠澳大橋最核心、最關鍵的工程。快速成島是個標志性工程，它是先進技術和國家綜合實力的體現。這項技術使我國島橋建設的整體競爭力提升了不少，以后，在國際上競標類似工程，我們有了自己的‘金剛鉆’。”科技部有關負責人這樣評價，“因此在國家科技支撐計劃項目中，我們把人工島設計與施工關鍵技術列為一個很重要的課題。”
為什么要費大力氣在填海造島？陳越告訴記者，若要貫通海上橋梁和海底隧道，首先要找一座島嶼，能作為島和隧的“中轉站”。“讓在橋上行駛的車輛通過人工島進入海底隧道，再從另一個人工島駛出，重新上橋。然而，在橋與隧的連接線上，沒有一座天然島嶼可供使用。”
唯一的辦法就是在沒有任何掩護的海上建造人工島，而且要在工程開工盡可能短的時間內，讓人工島內的隧道具備與海底隧道對接的條件。
在人工島競標期間，曾有日本企業(yè)提出傳統的“鋼板樁”方案，“但鋼板樁是板式結構，用它做圍護止水不夠結實”，陳越說。科研項目團隊首創(chuàng)的“深插大型鋼圓筒快速成島技術”，成為了一項世界性創(chuàng)舉。
陳越把海上人工島比作一只杯子。“做杯子，要先把杯壁做出來，圍成一圈，里面才能盛東西，建人工島也一樣。”兩座海上人工島的“壁”，就是120個巨型鋼圓筒，它們也是人工島圍護和重要止水結構。
單個鋼圓筒直徑22.5米，面積幾乎和籃球場一樣大，高40多米，差不多是18層樓的高度，重550噸，體量與空客A380相當。這120個鋼圓筒分批從上海運到珠江口，通過八錘聯動的液壓振動系統，一個接一個地精確振沉到30米以下的海床不透水層，用2道弧形鋼板副格連接，圍成一圈，形成“杯身”，然后開始往“杯子”中填砂，“杯子”填滿了，“島”的主體也就基本建成了。“用鋼圓筒形成的擋墻結構，我們認為它不僅很堅固，最主要是能夠快速砌筑，為后續(xù)工程贏得時間。”
“怎么放”，是擺在項目組眼前的難題。“要將巨型鋼圓筒放置在規(guī)定坐標內的海床上，深插入海床面30米以下的不透水土層，需要很大的高頻激振力，允許的誤差只有厘米級。”島隧項目總經理部團隊研發(fā)的“振動錘同步系統和打設精度管理系統”，首次實現八錘聯動的技術突破。
2011年5月15日，施工團隊在海上打下第一個鋼圓筒，垂直度偏差小于1/500。9月11日，第61個鋼圓筒以垂直偏差小于1/600“定”入海中，西島順利合龍。在此基礎上，從兩天振沉一個筒到最多一天可振沉3個筒，僅用3個月，東島也順利建成——若采用常規(guī)技術，成島至少要27個月，而現在，僅用7個月就完成。
發(fā)表于《科技日報》8月27日頭版
