發布時間：2015-11-13
港珠澳跨(kua)海(hai)大橋正(zheng)在建(jian)設之中，它(ta)被認(ren)為是(shi)中國(guo)最重要的(de)基礎設施工程項目(mu)，無論是(shi)技術還是(shi)政治意(yi)義(yi)都(dou)很重大。這座(zuo)大橋將是(shi)連接內(nei)地(di)和香港、澳門之間的(de)第一(yi)座(zuo)跨(kua)海(hai)大橋，始建(jian)于2009年(nian)12月，力爭在2016年(nian)完成。
港珠澳(ao)大橋開通后(hou)，機動車(che)將從(cong)香港西南(nan)部的香港口(kou)岸(an)人(ren)工島開始，通過(guo)12公(gong)里(li)的連接線(xian)，穿越粵港分界線(xian)后(hou)，經東人(ren)工島的過(guo)渡(du)，進入(ru)(ru)一(yi)段目前世界最長、雙向六車(che)道的海(hai)底(di)沉管隧道，水下(xia)穿行近(jin)6.7公(gong)里(li)，隨后(hou)經西人(ren)工島進入(ru)(ru)23公(gong)里(li)長的大橋，到(dao)達珠澳(ao)口(kou)岸(an)人(ren)工島，然后(hou)分流到(dao)澳(ao)門或珠海(hai)。
大(da)橋工(gong)(gong)(gong)程(cheng)(cheng)全部(bu)投資約為(wei)1100億(yi)元人民(min)幣(bi)，是目前世界跨海(hai)大(da)橋投資最大(da)的工(gong)(gong)(gong)程(cheng)(cheng)。在2014年ENR（Engineering News Reports）全球(qiu)承(cheng)包(bao)商250強(qiang)名單中(zhong)，位列第四的中(zhong)國交通(tong)建(jian)設股份有限(xian)公(gong)司為(wei)該項工(gong)(gong)(gong)程(cheng)(cheng)的主要承(cheng)包(bao)商。 中(zhong)國工(gong)(gong)(gong)程(cheng)(cheng)建(jian)設者(zhe)們正(zheng)在這片海(hai)域創建(jian)一項橫跨珠江(jiang)三角洲(zhou)的世紀(ji)工(gong)(gong)(gong)程(cheng)(cheng)——港珠澳大(da)橋，它美麗的弧線將成(cheng)為(wei)最受矚目和(he)最上鏡(jing)的亮麗地(di)標。
資料缺乏，工程領域相對陌生
港(gang)珠澳大(da)(da)橋工程(cheng)中最具挑(tiao)戰性的(de)(de)是沉(chen)管(guan)隧(sui)道(dao)(dao)工程(cheng)。沉(chen)管(guan)隧(sui)道(dao)(dao)建(jian)設已有近100年的(de)(de)歷史，但是在(zai)(zai)本世紀之(zhi)前，沉(chen)管(guan)隧(sui)道(dao)(dao)大(da)(da)多用于(yu)下水道(dao)(dao)、管(guan)線線路的(de)(de)鋪設，或者是跨江跨河的(de)(de)短距(ju)離施工。直到本世紀初，沉(chen)管(guan)隧(sui)道(dao)(dao)掀開了跨海隧(sui)道(dao)(dao)建(jian)設的(de)(de)新篇章。根據國(guo)際隧(sui)道(dao)(dao)協會1993年的(de)(de)報(bao)告，沉(chen)管(guan)隧(sui)道(dao)(dao)被定義(yi)為：是由若(ruo)干預制沉(chen)管(guan)在(zai)(zai)水下對接(jie)沉(chen)放安裝，并使這些沉(chen)管(guan)的(de)(de)組合體(ti)成為連接(jie)兩(liang)端陸上交通的(de)(de)隧(sui)道(dao)(dao)。
世(shi)界第一座跨(kua)海(hai)沉管(guan)隧道(dao)建于1958年(nian)的古(gu)巴哈瓦那沉管(guan)隧道(dao)；之后有連接歐亞兩大洲的博斯普魯斯（Bosporus）海(hai)峽隧道(dao)，隧道(dao)底部最大水深約60米，是目前世(shi)界上最深的海(hai)底沉管(guan)隧道(dao)，其后是于2010年(nian)竣工(gong)的韓國釜山-巨濟海(hai)底隧道(dao)。
中國工程師們建(jian)設了(le)世界(jie)上最多的(de)(de)(de)大(da)(da)橋。根據維基百科統(tong)計，全(quan)球長(chang)(chang)度超過3000米(mi)的(de)(de)(de)大(da)(da)橋共(gong)有938座(zuo)，其中689個建(jian)在中國，占(zhan)總(zong)數(shu)的(de)(de)(de)73%；不僅如此，世界(jie)十個最長(chang)(chang)跨(kua)海(hai)(hai)大(da)(da)橋中的(de)(de)(de)六座(zuo)在中國，包括全(quan)長(chang)(chang)41.58公里(li)的(de)(de)(de)青島海(hai)(hai)灣大(da)(da)橋以及(ji)全(quan)長(chang)(chang)35.673公里(li)的(de)(de)(de)杭州灣大(da)(da)橋等。
中(zhong)國工程(cheng)(cheng)師(shi)們(men)(men)(men)(men)雖然有建(jian)設(she)跨江隧道(dao)的(de)歷史，但(dan)直到(dao)(dao)2010年(nian)之前，他(ta)們(men)(men)(men)(men)對海(hai)(hai)底(di)(di)沉(chen)管(guan)(guan)隧道(dao)非常陌生，他(ta)們(men)(men)(men)(men)甚至只(zhi)是在(zai)(zai)電視(shi)或(huo)(huo)者(zhe)專業期刊上見(jian)到(dao)(dao)過海(hai)(hai)底(di)(di)沉(chen)管(guan)(guan)隧道(dao)建(jian)造(zao)(zao)的(de)視(shi)頻與照片。中(zhong)交港珠澳大(da)橋島隧工程(cheng)(cheng)項(xiang)目副總經理(li)尹海(hai)(hai)卿說，“國外(wai)的(de)施工乃至詳細的(de)資料根本(ben)拿不(bu)到(dao)(dao)，我(wo)們(men)(men)(men)(men)僅在(zai)(zai)一本(ben)叫《隧道(dao)》（Journal of the tunnel）的(de)期刊上看到(dao)(dao)過一篇介紹沉(chen)管(guan)(guan)制作的(de)文章和照片，這就是我(wo)們(men)(men)(men)(men)認(ren)識海(hai)(hai)底(di)(di)隧道(dao)沉(chen)管(guan)(guan)的(de)最(zui)(zui)初信息”。顯然，中(zhong)國工程(cheng)(cheng)師(shi)們(men)(men)(men)(men)雖建(jian)造(zao)(zao)了世界最(zui)(zui)多的(de)橋梁或(huo)(huo)者(zhe)跨海(hai)(hai)大(da)橋，但(dan)是他(ta)們(men)(men)(men)(men)沒有在(zai)(zai)開放海(hai)(hai)域建(jian)造(zao)(zao)深埋式沉(chen)管(guan)(guan)隧道(dao)的(de)經驗。
穆勒（Casper Paludan-Müller）是丹麥科威公司（COWI）資(zi)深項(xiang)目經理，他(ta)參與過丹麥與瑞典之間的(de)厄(e)勒海(hai)峽（Oresund Strait）沉管(guan)隧(sui)(sui)道(dao)(dao)和韓國釜山—巨濟的(de)沉管(guan)隧(sui)(sui)道(dao)(dao)工(gong)(gong)程(cheng)(cheng)，該公司是港(gang)珠(zhu)澳大橋島隧(sui)(sui)項(xiang)目綜合橋隧(sui)(sui)連線(xian)的(de)初步設(she)計合作伙(huo)伴之一(yi)。談到(dao)港(gang)珠(zhu)澳隧(sui)(sui)道(dao)(dao)工(gong)(gong)程(cheng)(cheng)非(fei)凡特征(zheng)時(shi)穆勒說：“在珠(zhu)江(jiang)三角洲(zhou)建造長(chang)達5.6公里、開挖(wa)基(ji)(ji)槽深達30多(duo)米的(de)世(shi)(shi)界(jie)最長(chang)基(ji)(ji)槽最深的(de)隧(sui)(sui)道(dao)(dao)，是前所未有的(de)，工(gong)(gong)程(cheng)(cheng)難度直逼技術極限，這是一(yi)項(xiang)破(po)世(shi)(shi)界(jie)紀錄(lu)的(de)工(gong)(gong)程(cheng)(cheng)。”
何謂世界級難題？
“工(gong)程(cheng)難度直(zhi)逼技(ji)術極限”何(he)以見(jian)得(de)？首先(xian)，港珠澳(ao)海底隧(sui)道(dao)(dao)有(you)33個(ge)長180米、寬38米的(de)巨型(xing)沉管，它們要(yao)被一(yi)節節地準確沉入海底近50米深(shen)已經(jing)挖好的(de)基(ji)槽中。每一(yi)節沉管有(you)8萬(wan)噸(dun)(dun)(dun)。8萬(wan)噸(dun)(dun)(dun)意味著(zhu)什么？世界最大(da)的(de)美(mei)國“尼米茲”核動力(li)航母滿載(zai)排水量為9.1萬(wan)噸(dun)(dun)(dun)，中國“遼寧”號航母滿載(zai)重量6.75萬(wan)噸(dun)(dun)(dun)，就是說，港珠澳(ao)大(da)橋的(de)海底隧(sui)道(dao)(dao)相當于放入33個(ge)航母重量的(de)沉管。
穆勒(le)告知(zhi)：5.6公里(li)(li)的港珠(zhu)澳海底隧(sui)(sui)道(dao)(dao)長(chang)度超過丹(dan)麥和瑞典之間的厄(e)勒(le)海峽沉管隧(sui)(sui)道(dao)(dao)段(duan)長(chang)度的60%，這(zhe)條海底隧(sui)(sui)道(dao)(dao)只(zhi)有3.51公里(li)(li)，是迄(qi)今海底隧(sui)(sui)道(dao)(dao)長(chang)度的紀(ji)錄保持者；而韓國(guo)釜(fu)山—巨濟隧(sui)(sui)道(dao)(dao)的長(chang)度只(zhi)有3.24公里(li)(li)。
花田幸(xing)生（Hanada Yukio）是世界頂(ding)級隧(sui)(sui)道(dao)施(shi)工專家，他有(you)35年隧(sui)(sui)道(dao)工程(cheng)經驗，參與過厄勒海峽、博斯(si)普魯(lu)斯(si)以及(ji)釜山(shan)海底(di)隧(sui)(sui)道(dao)的施(shi)工。他目(mu)前身份是港(gang)珠(zhu)澳(ao)大橋島隧(sui)(sui)工程(cheng)的技術顧問(wen)。
當談到港珠澳(ao)海(hai)底隧(sui)(sui)(sui)道與(yu)上(shang)述隧(sui)(sui)(sui)道的(de)不同及困(kun)難所在(zai)時，花田說：“首(shou)先，隧(sui)(sui)(sui)道距離(li)非(fei)常長，說明沉管數量多，如果時間允許安裝沒有問(wen)題，但是工程必須要在(zai)短期(qi)內完成。第二，這是中國建設(she)的(de)第一(yi)個沉管隧(sui)(sui)(sui)道，施工海(hai)域(yu)是世界上(shang)最繁忙的(de)航道，每天(tian)有4000多艘通航船舶(bo)，所以設(she)計管頂距離(li)海(hai)面達29米(mi)，施工水(shui)深(shen)將近50米(mi)，而韓國釜山隧(sui)(sui)(sui)道也(ye)只有48米(mi)，水(shui)這么深(shen)，是非(fei)常困(kun)難的(de)。”
港(gang)珠澳(ao)大橋(qiao)是(shi)由粵、港(gang)、澳(ao)三(san)地政府(fu)共同建設(she)，工(gong)程(cheng)受到香港(gang)、澳(ao)門(men)以(yi)(yi)及廣東省政府(fu)的(de)三(san)方(fang)(fang)監管，而(er)三(san)方(fang)(fang)提出的(de)施(shi)工(gong)質量標(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)準不同。中(zhong)交港(gang)珠澳(ao)大橋(qiao)島隧工(gong)程(cheng)項目副總經理(li)羅冬介紹，香港(gang)遵循的(de)是(shi)英(ying)國(guo)標(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)準，澳(ao)門(men)使用的(de)是(shi)歐(ou)(ou)洲標(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)準，我(wo)們執(zhi)行的(de)是(shi)中(zhong)國(guo)標(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)準，所(suo)以(yi)(yi)在大橋(qiao)設(she)計(ji)時(shi)我(wo)們遵循了“就(jiu)高(gao)不就(jiu)低”的(de)最高(gao)標(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)準。“英(ying)標(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)建筑物(wu)使用壽命是(shi)120年(nian)(nian)以(yi)(yi)上(shang)，中(zhong)國(guo)標(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)準是(shi)100年(nian)(nian)，所(suo)以(yi)(yi)我(wo)們按照(zhao)120年(nian)(nian)要(yao)求組(zu)織設(she)計(ji)施(shi)工(gong)；高(gao)性能(neng)混凝土預制(zhi)控裂的(de)規范，歐(ou)(ou)洲標(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)準是(shi)最高(gao)的(de)，我(wo)們選擇(ze)了歐(ou)(ou)洲標(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)準。而(er)大型海底(di)隧道，車道適(shi)型標(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)準中(zhong)國(guo)規范最高(gao)，我(wo)們選擇(ze)了中(zhong)國(guo)標(biao)(biao)(biao)(biao)(biao)準，采用雙向六車道。”
當港珠澳大橋從一(yi)(yi)開始被(bei)稱為一(yi)(yi)項(xiang)破紀錄的(de)“世紀工(gong)程”的(de)那天，就意味著實現工(gong)程鏈條的(de)每個環節都將迎來挑戰，突破技(ji)術極限的(de)未(wei)知在鏈條的(de)每一(yi)(yi)環靜靜地等待著與工(gong)程師們(men)的(de)會面。
對氣象和水文條件要求嚴苛
長距離海底隧(sui)道位(wei)于大橋建(jian)設難度譜系的(de)(de)(de)(de)(de)最上端，工程師們(men)(men)(men)必(bi)須(xu)要對(dui)(dui)工程中不(bu)斷出(chu)現(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)一個又一個問(wen)題(ti)(ti)做出(chu)響應，他(ta)們(men)(men)(men)幾乎在用全部的(de)(de)(de)(de)(de)時間在尋找(zhao)不(bu)同(tong)問(wen)題(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)解(jie)決(jue)(jue)方案(an)，并為這些奔(ben)忙：穿梭在專業的(de)(de)(de)(de)(de)研究所(suo)或者實(shi)驗室中，深化對(dui)(dui)操(cao)作(zuo)對(dui)(dui)象的(de)(de)(de)(de)(de)理解(jie)；調查失敗的(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)因、尋找(zhao)更為完善的(de)(de)(de)(de)(de)對(dui)(dui)策；通宵達旦(dan)地反復思考與探討，對(dui)(dui)關鍵的(de)(de)(de)(de)(de)問(wen)題(ti)(ti)進行反復審(shen)慎的(de)(de)(de)(de)(de)研究，聚集所(suo)能(neng)見到(dao)的(de)(de)(de)(de)(de)方法(fa)、苦思冥想可能(neng)存(cun)在的(de)(de)(de)(de)(de)訣竅和整合全球(qiu)最好的(de)(de)(de)(de)(de)施(shi)工設備，可行性(xing)研究、制訂(ding)實(shi)驗計劃、檢測結果、專家認證(zheng)、投入施(shi)工。這就是工程師們(men)(men)(men)的(de)(de)(de)(de)(de)基本工作(zuo)內容。當解(jie)決(jue)(jue)問(wen)題(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)知識(shi)邊界超越了土木工程范(fan)疇時，他(ta)們(men)(men)(men)必(bi)須(xu)尋求(qiu)多(duo)學科的(de)(de)(de)(de)(de)專家以及調動多(duo)種科學手段共(gong)同(tong)尋求(qiu)答案(an)。
2014年8月18日傍(bang)晚(wan)，記者站在(zai)被(bei)前后八艘大馬力拖輪簇擁(yong)著的沉管(guan)(guan)上，這是港珠澳(ao)大橋33節(jie)沉管(guan)(guan)中的第(di)十二節(jie)（E12），這個(ge)180米(mi)的標準(zhun)沉管(guan)(guan)靜靜地浮在(zai)水面。在(zai)沉管(guan)(guan)的背后就是沉管(guan)(guan)預(yu)制廠所在(zai)的牛(niu)頭島，沉管(guan)(guan)與伶仃(ding)洋(yang)海面只有塢門相隔。此前，在(zai)“津(jin)(jin)安(an)(an)2號”、“津(jin)(jin)安(an)(an)3號”沉管(guan)(guan)安(an)(an)裝(zhuang)船組(zu)的提帶(dai)下(xia)，E12從(cong)深(shen)塢移(yi)出。依(yi)靠拖輪和錨(mao)纜把管(guan)(guan)節(jie)拖運到(dao)指定(ding)海域(yu)，向下(xia)沉放并實(shi)現與早前安(an)(an)裝(zhuang)好的E11對接。
沉(chen)管(guan)浮(fu)運(yun)和(he)沉(chen)放(fang)是港(gang)珠澳大橋(qiao)建設的(de)(de)(de)核(he)心環節，而(er)浮(fu)運(yun)最大的(de)(de)(de)限制因素是氣象和(he)海(hai)流(liu)：它對(dui)所在海(hai)域氣象、海(hai)浪、海(hai)潮(chao)有苛刻的(de)(de)(de)要求(qiu)。據(ju)國家(jia)海(hai)洋環境預報(bao)中心總(zong)工(gong)程(cheng)師王(wang)彰貴(gui)介紹(shao)，8萬噸沉(chen)管(guan)本身產(chan)生巨大的(de)(de)(de)阻力，而(er)10公(gong)分/每秒(miao)米(mi)的(de)(de)(de)流(liu)水(shui)將對(dui)沉(chen)管(guan)產(chan)生很大的(de)(de)(de)反作用力，浮(fu)運(yun)拖(tuo)航掌控困難(nan)。必須在合(he)適的(de)(de)(de)天氣、海(hai)洋潮(chao)汐(xi)與海(hai)浪、海(hai)流(liu)的(de)(de)(de)條件(jian)下才能施工(gong)，也就是要找到滿足兩(liang)(liang)個(ge)(ge)因素疊(die)加(jia)形成(cheng)的(de)(de)(de)作業保障窗口(kou)(kou)期。而(er)一個(ge)(ge)月(yue)僅有兩(liang)(liang)個(ge)(ge)短暫的(de)(de)(de)“窗口(kou)(kou)期”。
國家海(hai)(hai)洋環境預(yu)報中心接受了(le)中交港珠澳(ao)大橋島(dao)隧(sui)項目(mu)部的(de)(de)請(qing)求，承擔(dan)對接窗(chuang)口保(bao)障(zhang)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)研(yan)制任(ren)務(wu)，他(ta)們要(yao)研(yan)發的(de)(de)這套系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)發揮的(de)(de)作用(yong)與(yu)丹麥水利研(yan)究院（DHI）的(de)(de)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)毫(hao)無二致。在王彰(zhang)貴看來，價格不是(shi)關(guan)鍵(jian)問題(ti)，他(ta)懷疑的(de)(de)是(shi)DHI做(zuo)港珠澳(ao)沉管對接窗(chuang)口保(bao)障(zhang)的(de)(de)能(neng)力。“首先，數值預(yu)報包括海(hai)(hai)流(liu)、天氣和(he)海(hai)(hai)浪三個(ge)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)，即便做(zuo)了(le)數值預(yu)報，實際上距(ju)(ju)離工(gong)程需要(yao)的(de)(de)精(jing)度(du)還有一段距(ju)(ju)離。另外，做(zuo)工(gong)程保(bao)障(zhang)一定要(yao)熟悉氣象、水文條件，而DHI缺(que)少施(shi)工(gong)海(hai)(hai)域歷史(shi)資(zi)料，即便出高價也不會賣給(gei)他(ta)們”，他(ta)說。
國家海洋環境(jing)預報中(zhong)心承(cheng)擔(dan)過(guo)“雪(xue)(xue)龍(long)號(hao)”被困(kun)南(nan)極和(he)“蛟龍(long)號(hao)”下(xia)潛(qian)的(de)(de)(de)保障工作。王(wang)彰貴說：為“雪(xue)(xue)龍(long)號(hao)”和(he)“蛟龍(long)號(hao)”做(zuo)保障比港珠(zhu)澳大(da)橋項目要容易得多，蛟龍(long)號(hao)從3000-7000米的(de)(de)(de)三次下(xia)潛(qian)都在一天內(nei)完成，只要考(kao)慮表面的(de)(de)(de)氣壓條件就(jiu)行了。承(cheng)擔(dan)這么大(da)工程的(de)(de)(de)對接窗(chuang)口(kou)保障我們也是第(di)一次。
王彰貴介紹說，從“七五”計劃到“十(shi)二五”規劃，國(guo)家(jia)對海洋預(yu)報支持力度很大，每(mei)年(nian)(nian)有(you)3000萬(wan)(wan)科技項(xiang)目(mu)(mu)支撐(cheng)。另外，每(mei)年(nian)(nian)還有(you)4000萬(wan)(wan)元(yuan)的重(zhong)大行業專(zhuan)項(xiang)項(xiang)目(mu)(mu)，目(mu)(mu)前氣象(xiang)與(yu)(yu)海洋預(yu)報使用(yong)的計算機是千萬(wan)(wan)億次級的，中國(guo)精細化氣象(xiang)與(yu)(yu)海洋環境(jing)預(yu)報已經達(da)到世界領(ling)先水平(ping)。
關乎死亡區域的誤差
1998年(nian)，日本投(tou)資(zi)博(bo)斯(si)(si)普魯(lu)斯(si)(si)跨(kua)海(hai)(hai)隧道工程，日本大成建(jian)設(she)(she)株式會社（Taisei）控制了設(she)(she)計施(shi)工團隊的75%，他們(men)花費了兩年(nian)時(shi)間搭(da)建(jian)了對黑海(hai)(hai)、土耳(er)其和博(bo)斯(si)(si)普魯(lu)斯(si)(si)氣候系統的模(mo)型(xing)，并將此與隧道水流運動結(jie)合進行(xing)計算，實現對每個沉管(guan)安裝點(dian)水流活動的預測，準(zhun)(zhun)確率超(chao)過90%。而中(zhong)國海(hai)(hai)洋環境預報中(zhong)心(xin)為港珠(zhu)澳大橋島隧項(xiang)目對接(jie)窗口(kou)保障系統的預報精準(zhun)(zhun)度(du)目標是(shi)100%。
“對(dui)(dui)一般預報而(er)言，準確率達到(dao)70-80%就(jiu)比較好了，有20-30%的(de)(de)誤差(cha)屬正常。但(dan)對(dui)(dui)港(gang)珠澳大橋(qiao)島隧工程的(de)(de)保障，這個(ge)誤差(cha)值將(jiang)是(shi)工程的(de)(de)死亡區域。我(wo)們的(de)(de)預報精(jing)確率必須(xu)要(yao)做到(dao)百(bai)分之百(bai)”，王(wang)彰貴說。而(er)對(dui)(dui)林鳴(ming)來講，浪高(gao)增加(jia)0.1米或者水流流速每(mei)秒(miao)增加(jia)0.1-0.3公(gong)分都是(shi)關乎(hu)成(cheng)敗的(de)(de)臨界點(dian)。
記者問林鳴：擔(dan)任現場(chang)總指揮(hui)感覺(jue)如(ru)何？他回答(da)：像走鋼絲(si)。“高空走鋼絲(si)每(mei)一步(bu)都(dou)必(bi)須(xu)如(ru)第一步(bu)一樣謹慎(shen)，任何一步(bu)的失誤都(dou)會(hui)前功盡(jin)棄，導致毀滅性(xing)后果。而一旦走上去中途就沒有退(tui)路(lu)。安裝沉管(guan)(guan)也是(shi)如(ru)此，每(mei)一節(jie)沉管(guan)(guan)都(dou)不能出錯，每(mei)時每(mei)刻都(dou)是(shi)如(ru)履薄冰(bing)、如(ru)臨深淵。”
2013年5月(yue)6日，港(gang)珠澳大橋島隧工程計劃沉(chen)(chen)放海底隧道(dao)第一(yi)個沉(chen)(chen)管(guan)(guan)(guan)。林(lin)鳴拿(na)到海浪預(yu)報數據(ju)：浪高(gao)0.9米，超(chao)過施工限值(zhi)。他們(men)在沉(chen)(chen)管(guan)(guan)(guan)出塢(wu)浮(fu)運安裝的決策上遲疑：造價(jia)昂貴(gui)的8萬(wan)噸沉(chen)(chen)管(guan)(guan)(guan)一(yi)旦出塢(wu)意味(wei)著(zhu)沒(mei)有退路。而錯(cuo)過窗口(kou)期，遇(yu)到大風浪產生的扭(niu)力轉向，會使混(hun)凝土沉(chen)(chen)管(guan)(guan)(guan)構件受到破壞，將導(dao)致整根沉(chen)(chen)管(guan)(guan)(guan)的報廢。
這是(shi)一(yi)次在(zai)信(xin)息對(dui)沖條件下(xia)(xia)的(de)(de)(de)艱難決策：一(yi)個月兩次的(de)(de)(de)窗口(kou)期為(wei)工程按(an)時完(wan)(wan)工的(de)(de)(de)硬約束(shu)；借鑒國外(wai)海底(di)隧道沉(chen)(chen)管(guan)(guan)沉(chen)(chen)放(fang)水流及浪(lang)高的(de)(de)(de)指標(biao)為(wei)參考值；考慮海浪(lang)預報有0.2米誤差允許值的(de)(de)(de)范(fan)圍，林鳴果斷下(xia)(xia)決心，按(an)照原計(ji)劃沉(chen)(chen)放(fang)。工程決策小組(zu)中的(de)(de)(de)五(wu)個人，在(zai)《沉(chen)(chen)管(guan)(guan)出(chu)塢浮運安裝(zhuang)確認書》上簽下(xia)(xia)了(le)自(zi)己(ji)的(de)(de)(de)名字(zi)。第一(yi)節沉(chen)(chen)管(guan)(guan)的(de)(de)(de)沉(chen)(chen)放(fang)順利完(wan)(wan)成(cheng)。
之后，國家海洋環(huan)境預(yu)報(bao)中心為超(chao)越(yue)0.2米的(de)(de)預(yu)報(bao)誤(wu)(wu)差(cha)(cha)值(zhi)進行了(le)(le)技術攻關，專門成立了(le)(le)保障團隊，請回已經退休的(de)(de)權(quan)威專家，收集風云(yun)衛星基礎(chu)數據和現場觀測(ce)數據，使用60萬億次(ci)(ci)計算機運算；每次(ci)(ci)預(yu)報(bao)前進行會商(shang)，校驗測(ce)量值(zhi)與真實值(zhi)之間的(de)(de)差(cha)(cha)異(yi)，最終解(jie)決了(le)(le)0.2米臨(lin)界值(zhi)誤(wu)(wu)差(cha)(cha)的(de)(de)問(wen)題(ti)，創造了(le)(le)零誤(wu)(wu)差(cha)(cha)預(yu)報(bao)的(de)(de)奇(qi)跡。
“直逼技術極限”的挑戰
在東(dong)、西人(ren)工(gong)島之間(jian)的(de)(de)6.7公里，除(chu)人(ren)工(gong)島上建(jian)設的(de)(de)對接(jie)(jie)部分，隧道沉(chen)管(guan)長度(du)(du)達到5664米(mi)，從E9-E27作業水深(shen)為(wei)45-50米(mi)，基槽深(shen)度(du)(du)約(yue)為(wei)35-40米(mi)。2014年3月24日E10沉(chen)放，它將與早前(qian)的(de)(de)E9連接(jie)(jie)，在E9及之前(qian)的(de)(de)沉(chen)管(guan)屬于淺埋(mai)安裝。E10沉(chen)管(guan)水深(shen)43.5米(mi)，世界(jie)范圍內(nei)尚無(wu)深(shen)水深(shen)槽沉(chen)管(guan)施工(gong)經驗參考。
當(dang)項目進入未知領域，“直(zhi)逼技術極限(xian)”的(de)挑戰終于來(lai)了(le)。沉(chen)管(guan)工程核心問題(ti)是(shi)密封不透水(shui)(shui)(shui)(shui)。在沉(chen)管(guan)接(jie)(jie)(jie)頭處有雙重防(fang)水(shui)(shui)(shui)(shui)裝置Omega密封和Gina止水(shui)(shui)(shui)(shui)帶，這是(shi)370毫(hao)(hao)米高的(de)橡膠襯(chen)墊，與前一節沉(chen)管(guan)對(dui)(dui)接(jie)(jie)(jie)時，襯(chen)墊會被擠壓至190毫(hao)(hao)米。一個(ge)標準的(de)沉(chen)管(guan)寬38米，對(dui)(dui)接(jie)(jie)(jie)精度(du)的(de)準確與否，直(zhi)接(jie)(jie)(jie)關系到沉(chen)管(guan)水(shui)(shui)(shui)(shui)密的(de)質量。當(dang)一個(ge)相當(dang)于航母(mu)重量的(de)混凝土沉(chen)管(guan)沉(chen)放到50米深的(de)海底基槽中后，如何與前一個(ge)沉(chen)管(guan)的(de)止水(shui)(shui)(shui)(shui)帶精確對(dui)(dui)接(jie)(jie)(jie)，挑戰不言(yan)而喻。
有(you)(you)多少人(ren)看見過項目(mu)總經理是如何解決(jue)一個個具體問題的(de)(de)(de)？自然科學(xue)對壓(ya)力(li)(li)有(you)(you)多項描(miao)述，包括氣體與液體對固體的(de)(de)(de)壓(ya)力(li)(li)用“公斤”或(huo)(huo)“兆帕”反映(ying)恒定壓(ya)力(li)(li)的(de)(de)(de)大(da)小，而外部事(shi)物對人(ren)的(de)(de)(de)壓(ya)力(li)(li)迄今為止沒(mei)有(you)(you)計量單(dan)位意義上的(de)(de)(de)表達。擔任超巨(ju)型工程的(de)(de)(de)最(zui)高決(jue)策(ce)者(zhe)，他(ta)的(de)(de)(de)神經元或(huo)(huo)者(zhe)神經細胞(bao)所受到的(de)(de)(de)外界作用力(li)(li)是多少，尚沒(mei)有(you)(you)科學(xue)的(de)(de)(de)描(miao)述。因為他(ta)們的(de)(de)(de)壓(ya)力(li)(li)對外行來說(shuo)是完全不(bu)可見的(de)(de)(de)。但是當你深入(ru)觀察時，這種壓(ya)力(li)(li)轉(zhuan)化為創(chuang)造的(de)(de)(de)過程，偶爾還(huan)是可見的(de)(de)(de)。
E10沉放后工程師們發現：海底溝槽(cao)內洋流的變(bian)異(yi)帶(dai)來巨(ju)大的沖力(li)，這意味(wei)著沉管的安(an)裝操控更難掌控。林(lin)鳴和他的團隊要找到巨(ju)大沖力(li)來自哪里(li)。
劉(liu)曉東說(shuo)：“E10之前沒有遇(yu)到過這(zhe)種現(xian)象，我們一(yi)直(zhi)在(zai)尋找原因。按照(zhao)基本理論，水(shui)流(liu)(liu)原本應該是(shi)上層流(liu)(liu)速(su)大，越往下流(liu)(liu)速(su)越小，特別是(shi)深槽內還會有衰減(jian)才對。后(hou)來經過對水(shui)流(liu)(liu)數據的分析和進一(yi)步的觀測，我們發現(xian)了(le)在(zai)某段時間槽底存(cun)在(zai)大流(liu)(liu)速(su)的現(xian)象。”
“海中的眼睛”化解危機
如果(guo)工程(cheng)(cheng)是(shi)解(jie)決問(wen)題的，那(nei)工程(cheng)(cheng)中(zhong)的每一(yi)個(ge)異象都會顯現出(chu)一(yi)系列問(wen)題，問(wen)題往往是(shi)以突變的方(fang)式到來。如何(he)解(jie)決就(jiu)(jiu)是(shi)在創造一(yi)種解(jie)決方(fang)案，而工程(cheng)(cheng)中(zhong)的任何(he)一(yi)種新的解(jie)決方(fang)案產(chan)生后，如果(guo)也能被(bei)適(shi)用(yong)到其他(ta)工程(cheng)(cheng)，它就(jiu)(jiu)成(cheng)了案例或(huo)者標準(zhun)，也就(jiu)(jiu)成(cheng)為一(yi)項技術(shu)。所(suo)謂(wei)新技術(shu)就(jiu)(jiu)是(shi)這樣被(bei)創造出(chu)來的。
7月2日(ri)，林鳴(ming)來(lai)到北京。在國(guo)家海(hai)洋環境預(yu)報中心，他(ta)希望海(hai)洋預(yu)報專家幫(bang)助分析產生的(de)原因(yin)。林鳴(ming)很焦(jiao)急，他(ta)希望找到答案以保證E11的(de)順利沉放。
“這(zhe)種(zhong)現(xian)(xian)象叫海洋內波（Internal Wave），作為(wei)重要的(de)(de)海洋環境(jing)動力(li)因子，是我(wo)們重點研究的(de)(de)領(ling)域(yu)”，王彰貴說。“當(dang)海水上(shang)下(xia)兩層因鹽度(du)不一(yi)致的(de)(de)時候，并形成(cheng)(cheng)上(shang)面(mian)密(mi)(mi)度(du)高，下(xia)面(mian)密(mi)(mi)度(du)低的(de)(de)分層現(xian)(xian)象。首先(xian)，上(shang)層密(mi)(mi)度(du)高處(chu)浮力(li)比較大，而(er)下(xia)層密(mi)(mi)度(du)小的(de)(de)區域(yu)浮力(li)也(ye)會(hui)變小，當(dang)船(chuan)行駛至密(mi)(mi)度(du)小的(de)(de)區域(yu)時浮力(li)突然(ran)變小，船(chuan)會(hui)向下(xia)沉(chen)，就(jiu)像到懸崖(ya)一(yi)樣，這(zhe)種(zhong)海流(liu)(liu)現(xian)(xian)象叫內波。另外(wai)，內波會(hui)形成(cheng)(cheng)兩支流(liu)(liu)向正相(xiang)反的(de)(de)內波流(liu)(liu)，這(zhe)種(zhong)內波產生的(de)(de)陣發性強流(liu)(liu)可(ke)高達1.5米/秒(miao)，猶如剪刀一(yi)般，破壞力(li)極大。”
根據《解放(fang)軍(jun)報》的報道，今年春節期(qi)間，372潛(qian)(qian)艇(ting)在(zai)執行巡邏任務時(shi)(shi)駛(shi)進深海(hai)(hai)密度(du)躍(yue)變(bian)層(ceng)后(hou)(hou)，由(you)于海(hai)(hai)水密度(du)突然(ran)變(bian)小(xiao)，壓力驟然(ran)變(bian)化，潛(qian)(qian)艇(ting)快(kuai)速墜向(xiang)3000多(duo)米(mi)深的海(hai)(hai)底“懸(xuan)崖”。危急關頭(tou)，王紅理艇(ting)長(chang)指揮若定(ding)，精確完(wan)成一(yi)項項操作，3小(xiao)時(shi)(shi)后(hou)(hou)潛(qian)(qian)艇(ting)恢復(fu)潛(qian)(qian)航能力。為(wei)此，中(zhong)央軍(jun)委給(gei)王紅理、海(hai)(hai)軍(jun)給(gei)372潛(qian)(qian)艇(ting)記一(yi)等功。王彰貴說：“這(zhe)類負密度(du)梯度(du)躍(yue)變(bian)層(ceng)在(zai)淺(qian)海(hai)(hai)主要出現在(zai)北部近海(hai)(hai)，即粵(yue)東、粵(yue)西(xi)近海(hai)(hai)和瓊州(zhou)海(hai)(hai)峽附近很小(xiao)的海(hai)(hai)域，港珠澳項目遇到(dao)流速加快(kuai)的現象，和內(nei)波有點(dian)類似。”
國(guo)家海(hai)(hai)洋(yang)環境預(yu)報(bao)(bao)(bao)中(zhong)心保障項目組迅(xun)速調(diao)整(zheng)人力物力，在沉管施工(gong)區域做(zuo)深槽觀測(ce)研究，放置了(le)多種海(hai)(hai)洋(yang)調(diao)查儀器(qi)，監(jian)測(ce)海(hai)(hai)流、波(bo)浪及鹽度變化(hua)的(de)規律(lv)，目的(de)是收(shou)集施工(gong)區的(de)水文(wen)信(xin)息，提高沉管施工(gong)臨近期預(yu)報(bao)(bao)(bao)的(de)準確率。同時(shi)(shi)(shi)提高了(le)精細(xi)化(hua)預(yu)報(bao)(bao)(bao)水平，海(hai)(hai)面到施工(gong)海(hai)(hai)底每一米的(de)海(hai)(hai)水流速，從原(yuan)來(lai)每兩個小時(shi)(shi)(shi)的(de)預(yu)報(bao)(bao)(bao)和實時(shi)(shi)(shi)監(jian)測(ce)，提升為一分鐘、五(wu)分鐘的(de)預(yu)報(bao)(bao)(bao)。這個被稱之為“小窗口”的(de)預(yu)報(bao)(bao)(bao)系統猶如一雙“海(hai)(hai)中(zhong)的(de)眼睛(jing)”，成功地避(bi)開了(le)內波(bo)發生時(shi)(shi)(shi)段作(zuo)業(ye)。
“在(zai)安(an)裝(zhuang)(zhuang)E11時(shi)我們第一次嘗試這個系(xi)統(tong)，到(dao)了安(an)裝(zhuang)(zhuang)E12的(de)時(shi)候，系(xi)統(tong)逐(zhu)步在(zai)完(wan)善。可以說，這個系(xi)統(tong)目前已(yi)經成熟。”劉曉東說。國家海洋環境預報中(zhong)心研制的(de)“大窗口”與“小(xiao)窗口”保障(zhang)系(xi)統(tong)的(de)軟件(jian)，在(zai)總(zong)指揮林鳴眼中(zhong)其市(shi)場價值巨大。
另一個支柱
就在(zai)同一天，林鳴(ming)拜訪了另(ling)一個機構——中(zhong)國(guo)航空工(gong)業(ye)集(ji)團第304研究所，他希望得到沉管(guan)沉放“萬無一失保障系統”的(de)(de)另(ling)一個重要支撐。“我(wo)們(men)已(yi)經(jing)進入深(shen)海(hai)作業(ye)，深(shen)水(shui)深(shen)槽內水(shui)流條件(jian)復雜，纜(lan)繩長度增(zeng)加，剛(gang)度減少(shao)，沉管(guan)質量大、負浮力(li)小，在(zai)水(shui)流作用下可能(neng)產生的(de)(de)運動(dong)會(hui)給沉管(guan)安裝帶來風險。有必(bi)要在(zai)沉管(guan)沉放過程中(zhong)，對(dui)沉管(guan)運動(dong)姿(zi)態進行監(jian)測，你們(men)能(neng)幫(bang)助我(wo)們(men)監(jian)測沉管(guan)的(de)(de)姿(zi)態嗎？如果能(neng)，才能(neng)保證我(wo)們(men)每個月(yue)的(de)(de)安裝”，林鳴(ming)詢(xun)問。
“沒有什(shen)么不能！” 304所副所長(chang)周自力(li)說。“我(wo)們所是一(yi)個(ge)誕生于抗美援朝戰火中的(de)(de)(de)致力(li)于自主(zhu)研(yan)發(fa)和(he)用準確數據(ju)保(bao)障國(guo)(guo)防技(ji)術(shu)發(fa)展的(de)(de)(de)基(ji)礎性(xing)研(yan)究(jiu)機構(gou)，從(cong)事的(de)(de)(de)計量(liang)測(ce)試技(ji)術(shu)領域研(yan)究(jiu)，參與(yu)過(guo)各種(zhong)國(guo)(guo)防重大項目，如(ru)神舟(zhou)系列飛船(chuan)、三(san)代坦(tan)克、四代飛機、C919大飛機等，提(ti)供了(le)(le)準確的(de)(de)(de)數據(ju)，保(bao)障了(le)(le)各項目的(de)(de)(de)成功。我(wo)們一(yi)定(ding)要利用我(wo)所自主(zhu)創新(xin)和(he)動態測(ce)試的(de)(de)(de)技(ji)術(shu)優勢，為保(bao)障沉管安裝成功對接進行(xing)技(ji)術(shu)攻關，為港珠澳大橋的(de)(de)(de)建設盡微(wei)薄之力(li)。”
據承擔這項任務的負責人邵新慧介紹(shao)，中國交通建設股份(fen)有限公司(si)下屬的中交天(tian)津港灣工程(cheng)研究院在(zai)5月份(fen)就與(yu)他們接洽，希望能夠提供(gong)“運動姿態跟蹤(zong)監測(ce)系統”的技術(shu)支撐。304所僅(jin)僅(jin)用(yong)了一個月就完成了實(shi)驗室(shi)驗證(zheng)試驗、現場模擬運動的比對(dui)測(ce)量試驗、測(ce)試方(fang)案(an)的設計(ji)與(yu)修改，初步驗證(zheng)了測(ce)試方(fang)案(an)的可行性。在(zai)林鳴(ming)離開304所的第四天(tian)，“港珠澳大橋島隧工程(cheng)深(shen)槽區海流(liu)條件(jian)分析(xi)暨沉管對(dui)接作業窗(chuang)口預(yu)報保(bao)障系統建設方(fang)案(an)專家(jia)咨(zi)詢會(hui)”在(zai)珠海召開，測(ce)試方(fang)案(an)通過了與(yu)會(hui)13位專家(jia)的評審，并(bing)確定馬上實(shi)施。
“由(you)于(yu)E11沉(chen)管(guan)的(de)作業窗口定為(wei)2014年(nian)7月21日(ri)(ri)，20日(ri)(ri)需開始浮(fu)運、17日(ri)(ri)沉(chen)管(guan)封門、14日(ri)(ri)要到現場(chang)安裝調(diao)試(shi)，時(shi)間非常緊迫(po)。所領(ling)導大開綠燈(deng)，我們在5天時(shi)間內完成儀器采購、支架加工(gong)裝配(pei)以及測試(shi)系統搭建。7月13日(ri)(ri)凌晨3點(dian)(dian)，剛(gang)調(diao)試(shi)好的(de)儀器被打(da)包裝箱(xiang)運往(wang)機(ji)場(chang)發貨運，并于(yu)當天夜(ye)里12點(dian)(dian)到珠海項目總部營(ying)地。第(di)二(er)天一大早乘交通(tong)船到桂山島沉(chen)管(guan)停(ting)泊地進行(xing)安裝調(diao)試(shi)。因為(wei)是首次安裝調(diao)試(shi)，在天津(jin)港灣(wan)工(gong)程(cheng)研究院的(de)工(gong)程(cheng)師們的(de)配(pei)合(he)下，從下午2點(dian)(dian)半開始一直忙到晚上11點(dian)(dian)半，歷時(shi)9小時(shi)終于(yu)圓(yuan)滿完成。”邵新(xin)慧說。
他們運用了空間(jian)對接運動姿態(tai)(tai)監測(ce)(ce)技術(shu)手(shou)段：“選出(chu)合適(shi)的(de)傳感器，搭建六維測(ce)(ce)量(liang)(liang)系統(tong)，設計沉管(guan)姿態(tai)(tai)測(ce)(ce)量(liang)(liang)模(mo)型，編(bian)制適(shi)宜于(yu)現場(chang)快速(su)濾波的(de)計算(suan)(suan)軟(ruan)件。對現場(chang)采(cai)集的(de)信號進行分析，在(zai)沉管(guan)沉放不同(tong)的(de)深(shen)度(du)上利用邊界(jie)條件優化數值分析模(mo)型，計算(suan)(suan)沉管(guan)在(zai)不同(tong)水深(shen)及邊界(jie)條件下的(de)固有模(mo)態(tai)(tai)頻(pin)率，再通過實測(ce)(ce)得(de)到(dao)的(de)流(liu)速(su)、流(liu)速(su)變化頻(pin)率等數據，對沉管(guan)施以(yi)外力(li)計算(suan)(suan)其(qi)響應，以(yi)此為(wei)參考(kao)提取信號有效成分，獲得(de)所(suo)需各方向的(de)加(jia)速(su)度(du)、角度(du)等物理量(liang)(liang)。測(ce)(ce)量(liang)(liang)系統(tong)所(suo)組成的(de)超低頻(pin)慣導平臺(tai)側重于(yu)加(jia)速(su)度(du)測(ce)(ce)量(liang)(liang)，繼而求(qiu)得(de)管(guan)節運動的(de)位移和角度(du)”，邵新慧說。
7月20日晚上8點(dian)半(ban)(ban)，浮運(yun)船(chuan)隊按時(shi)起(qi)航。21日下午2點(dian)半(ban)(ban)開始沉放(fang)。邵(shao)新慧負責沉管運(yun)動姿態情況的(de)(de)實時(shi)監測與匯報。在7個半(ban)(ban)小時(shi)的(de)(de)監測與預報的(de)(de)保障(zhang)下，林鳴宣布沉放(fang)對接(jie)成功，304所成功地完(wan)成了(le)首(shou)次任務。
而304所項目(mu)組不滿足于現狀，根(gen)據每(mei)次管(guan)節(jie)沉放綜(zong)合分析(xi)監(jian)測(ce)得到的(de)加速(su)度、角(jiao)度、纜力(li)、流速(su)、海水(shui)(shui)密度等(deng)數據，正在逐步(bu)完善沉管(guan)數值模型(xing)分析(xi)，設計開發產品(pin)級的(de)深水(shui)(shui)姿態監(jian)測(ce)平臺，以(yi)(yi)實現沉管(guan)安裝過程的(de)自動化(hua)監(jian)測(ce)與報警(jing)。目(mu)前(qian)國(guo)內、國(guo)際上已(yi)有(you)多條在規劃(hua)中的(de)海底(di)隧(sui)道，所以(yi)(yi)他(ta)的(de)營運(yun)前(qian)景廣(guang)闊。邵新慧承認，這項研(yan)究成果(guo)還(huan)可以(yi)(yi)用(yong)于其它水(shui)(shui)下和太空中結構或物體的(de)超低頻(pin)運(yun)動姿態測(ce)量。
到目前為止，304所甚至都沒有來得及(ji)與(yu)港珠澳(ao)大橋項目談及(ji)測試(shi)費用(yong)之(zhi)事。周自力說：“我們是國(guo)(guo)家(jia)級的國(guo)(guo)防科(ke)研(yan)(yan)基地，我們代表的是行業國(guo)(guo)家(jia)的技(ji)術水(shui)平，我們追求的東(dong)西不是錢的問題(ti)，我們是把它當科(ke)學問題(ti)在(zai)研(yan)(yan)究，這是我們的價值追求。”
“之所以我們沒有花大價錢購(gou)買外(wai)國(guo)的(de)(de)(de)軟件系統，這(zhe)和(he)國(guo)家整體科技實力的(de)(de)(de)升級(ji)有很大關系，如果沒有強(qiang)大的(de)(de)(de)科研實力與平(ping)臺，只能受(shou)制于人。它(ta)是一(yi)個互(hu)相(xiang)催生的(de)(de)(de)過程，經(jing)濟與科技優勢催生了中國(guo)工程建設邁上一(yi)個新的(de)(de)(de)臺階。同時，工程的(de)(de)(de)需求也催生了海(hai)洋技術以及測量技術的(de)(de)(de)發展”，尹海(hai)卿說。
港珠澳(ao)大(da)橋(qiao)工(gong)程展現(xian)(xian)了經(jing)濟(ji)與技術(shu)相互“泛現(xian)(xian)”的(de)(de)圖卷，讓人(ren)們(men)有機會觀看到經(jing)濟(ji)與技術(shu)是如何(he)相互表(biao)達(da)的(de)(de)過程，以及(ji)經(jing)濟(ji)與技術(shu)創新(xin)的(de)(de)繁衍能力，因為它們(men)比一個工(gong)程的(de)(de)作品更抽象。在這里，經(jing)濟(ji)成為新(xin)技術(shu)語(yu)言的(de)(de)表(biao)達(da)，而(er)經(jing)濟(ji)的(de)(de)鏡子則映射了新(xin)技術(shu)的(de)(de)出現(xian)(xian)。
（本文章摘自(zi)11月8日(ri)《21世紀經濟報道(dao)》）