東人工島上，主體建筑7座塔吊林立，長(zhǎng)臂交叉揮舞;大型工程設(shè)備來(lái)回穿梭，引擎聲、機(jī)械聲此起彼伏;對(duì)講機(jī)里傳出的喊叫聲充斥著現(xiàn)場(chǎng)每個(gè)角落，頭頂飛機(jī)呼嘯而過(guò)，既遠(yuǎn)又近。比起今年3月初記者上島時(shí)，東島的主體建筑又往上“拔”了一些，當(dāng)時(shí)島上主體建筑首層初現(xiàn)規(guī)模，如今，主體建筑的第三層作業(yè)面已逐步打開(kāi)。
在遙遙相望的西人工島上，主體建筑首層已經(jīng)順利封頂，珠江口“地標(biāo)性”建筑之一初現(xiàn)雛形。根據(jù)設(shè)計(jì)，東、西人工島形似兩艘相向而行的巨輪，并將打造成為國(guó)內(nèi)最大規(guī)模的清水混凝土建筑群，筑就伶仃洋上極具標(biāo)志性的建筑藝術(shù)品。
打響島隧工程第一戰(zhàn)
“大直徑鋼圓筒快速成島”的突破革新
港珠澳大橋海底隧道是我國(guó)首條外海沉管隧道，不僅需要在松軟地基上建成當(dāng)今世上最長(zhǎng)、埋深最大的海底沉管隧道，還要在水深10余米且軟土層厚達(dá)幾十米的深海中建造兩個(gè)人工島，實(shí)現(xiàn)海中橋隧轉(zhuǎn)換銜接。
然而擺在港珠澳大橋島隧工程項(xiàng)目總經(jīng)理、總工程師林鳴面前的現(xiàn)實(shí)卻是，“沉管隧道在港珠澳大橋建設(shè)之前，全國(guó)也就是不到三千米。”換言之，國(guó)內(nèi)在這個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)積累幾乎空白。如何在茫茫大海中打下這個(gè)超級(jí)工程的坐標(biāo)?決定島隧命運(yùn)的第一戰(zhàn)，就是要以最快速度在海中建起兩個(gè)離岸人工島。
在外海造人工島實(shí)屬不易，而造島環(huán)境也極為特殊，既要為珠江口預(yù)留30萬(wàn)噸的航道，也要注意保護(hù)中華白海豚國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)的生態(tài)環(huán)境。兩個(gè)人工島的面積都接近10萬(wàn)平方米，如果按照傳統(tǒng)拋石填海的方法，不僅工期長(zhǎng)，而且在通航繁忙的伶仃島航道附近水域安排大量船舶施工，必然對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生影響，安全風(fēng)險(xiǎn)也高。
“如果按照傳統(tǒng)的辦法，也可以完成任務(wù)，但工期就沒(méi)了。所以當(dāng)時(shí)一定要找一條出路。”從項(xiàng)目籌備開(kāi)始，建設(shè)團(tuán)隊(duì)就在思考深海筑島的方案，一個(gè)基本著眼點(diǎn)是，“在深海筑島，人工島面積很小，這就要求盡量少用船舶、盡量簡(jiǎn)化工藝。而要實(shí)現(xiàn)環(huán)保、確保質(zhì)量、確保工程進(jìn)度，就要考慮大型化、標(biāo)準(zhǔn)化、預(yù)制化。”
頗為“傳奇”的是，在一次技術(shù)交流會(huì)期間，一個(gè)大膽的構(gòu)想突然閃過(guò)林鳴的腦海——用大直徑鋼圓筒圍成人工島。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是以大的鋼圓筒止水圍島，島內(nèi)填入砂料并加固地基，圓筒外再用混凝土塊體等加固防護(hù)，最后，堅(jiān)實(shí)的人工島“拔海而起”。
這靈光一閃，打通了整個(gè)島隧工程的關(guān)鍵線路。然而，這樣一個(gè)史無(wú)前例的創(chuàng)新工藝，在國(guó)內(nèi)外根本沒(méi)有規(guī)范和經(jīng)驗(yàn)可以參考。港珠澳大橋島隧工程項(xiàng)目副總經(jīng)理劉曉東記得，在提出新方案后，花了大半年的時(shí)間做方案、設(shè)計(jì)、論證、實(shí)驗(yàn)，同時(shí)還要說(shuō)服專(zhuān)家同意并取得共識(shí)。為了做到嚴(yán)謹(jǐn)，項(xiàng)目部請(qǐng)全國(guó)工程勘察設(shè)計(jì)大師王汝凱做鋼圓筒建島不成立的反向研究，一共組織了8個(gè)攻關(guān)課題研究，包括鋼圓筒的穩(wěn)定計(jì)算理論、鋼圓筒筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、振沉技術(shù)及振沉工藝、止水方案等。經(jīng)過(guò)三個(gè)月的研究，結(jié)論是大圓筒快速成島施工方法是可行且有效的。
經(jīng)過(guò)多方面專(zhuān)家論證，超大直徑鋼圓筒、液壓振動(dòng)錘聯(lián)動(dòng)的優(yōu)化方案被正式采納為最終方案，這也成為港珠澳大橋島隧工程的一項(xiàng)創(chuàng)舉。“每走一步都在探索有沒(méi)有更好的辦法，這是我們的特別之處。”劉曉東說(shuō)，“只要發(fā)現(xiàn)這個(gè)工具并不適合我們，或者說(shuō)對(duì)港珠澳大橋工程存在風(fēng)險(xiǎn)或者是潛在的風(fēng)險(xiǎn)，我們就會(huì)放棄所謂成熟的做法，立刻進(jìn)入組織創(chuàng)新新工具、新結(jié)構(gòu)、新工藝和新技術(shù)中去。”
兩個(gè)人工島建設(shè)共用了120個(gè)直徑22.5米、最高50.5米、重達(dá)500噸的鋼圓筒，242個(gè)副格，每個(gè)鋼圓筒都相當(dāng)于一棟高層住宅樓。這些鋼圓筒分批次建造，再由8萬(wàn)噸級(jí)的遠(yuǎn)洋運(yùn)輸船從上海運(yùn)到珠江口，在工程中使用如此重量級(jí)的運(yùn)輸船在國(guó)內(nèi)尚屬首次。
“工欲善其事，必先利其器”，要想把巨大的鋼圓筒深插入海底，必須要有配套的振沉設(shè)備——島隧工程采用的是八錘聯(lián)動(dòng)液壓振動(dòng)錘，這也是世界首創(chuàng)。八錘聯(lián)動(dòng)，不僅要保證共振，還要保證精確度。港珠澳大橋人工島的鋼圓筒不同尋常，除了自身的高、大、重之外，還有一個(gè)特殊性——每個(gè)鋼圓筒外側(cè)都有為嵌入“副格”預(yù)留兩個(gè)凹槽。鋼圓筒振沉垂直精度偏差超過(guò)誤差范圍，副格將無(wú)法安裝。
“鋼圓筒振沉管理系統(tǒng)”可以說(shuō)是為超大鋼圓筒振沉安裝上了“眼睛”。該系統(tǒng)創(chuàng)造性地使用了GPS定位系統(tǒng)和全站儀定位系統(tǒng)相結(jié)合的全新的定位構(gòu)想。在伶仃洋面上，1600噸起重船“振浮8號(hào)”吊著振沉系統(tǒng)和鋼圓筒，在自主研發(fā)的“鋼圓筒振沉管理系統(tǒng)”的引導(dǎo)下，實(shí)現(xiàn)正確定位。
2011年5月15日，隨著液壓振動(dòng)錘傳來(lái)的轟鳴，直徑22.5米、高40.5米的首個(gè)鋼圓筒沉入水底，插入泥中21米，垂直度偏差小于1/500，港珠澳大橋島隧工程首個(gè)世界超大直徑、超深埋深、超大體量鋼圓筒順利振沉，揭開(kāi)了西人工島島壁結(jié)構(gòu)施工序幕。9月11日，西人工島最后一個(gè)鋼圓筒振沉入海，垂直偏差小于1/600;同年12月21日，東人工島最后一個(gè)鋼圓筒穩(wěn)穩(wěn)“定”入水中。
短短221天，120個(gè)巨型鋼圓筒在伶仃洋海面圍成了兩個(gè)海上“小長(zhǎng)城”，“當(dāng)年開(kāi)工、當(dāng)年成島”的愿景提前成為了現(xiàn)實(shí)。一月三船、一日三筒，東、西人工島建設(shè)創(chuàng)造了鋼圓筒單體體量、振沉精度、振沉速度等多項(xiàng)世界紀(jì)錄。
“通常來(lái)說(shuō)，筑島是一個(gè)‘水工活兒’，我做過(guò)不少這樣的項(xiàng)目。但島隧工程完全不同，這是一場(chǎng)超越傳統(tǒng)建設(shè)模式的‘大考’。”東人工島現(xiàn)場(chǎng)施工指揮徐桂強(qiáng)感慨地說(shuō)，一個(gè)項(xiàng)目能夠聚齊這么多的技術(shù)、工藝、設(shè)備，在他三十多年的施工生涯中都絕無(wú)僅有，這是真正意義上從技術(shù)體系、裝備到施工手段上的突破，每一道工序，每一項(xiàng)施工無(wú)不閃爍著創(chuàng)新的光芒。
亮點(diǎn)巡禮
清水混凝土： 打造伶仃洋上的標(biāo)志性景觀建筑
東、西人工島不僅是銜接橋梁和海底隧道的樞紐，根據(jù)設(shè)計(jì)方案，兩座人工島建筑總體均包含主體建筑、廣場(chǎng)、環(huán)島公路等，功能定位各有不同：東島擬建設(shè)集交通、管理、服務(wù)、救援和觀光功能為一體的綜合運(yùn)營(yíng)中心，且開(kāi)放游客觀景攬勝功能;西島主要用于橋梁的養(yǎng)護(hù)服務(wù)及辦公。
人工島建筑中一項(xiàng)值得稱(chēng)道的創(chuàng)新，就在于清水混凝土的大規(guī)模應(yīng)用。與傳統(tǒng)混凝土不同，清水混凝土可以說(shuō)是混凝土材料中最高級(jí)的表達(dá)形式，其表面平整光滑、色澤均勻、棱角分明、無(wú)碰損和污染，不需要二次修飾，在陽(yáng)光的照射下有著大理石般的光澤。
據(jù)該設(shè)計(jì)方案主要負(fù)責(zé)人、中交四航院副總建筑師馮穎慧介紹，之所以選擇清水混凝土，出于多方考量：從自然條件上看，人工島處于大海中央，高風(fēng)壓、高鹽霧、高濕度，任何外裝飾都容易脫落;從建筑風(fēng)格上看，結(jié)合“騎樓、柱廊”文化特色，島上建筑并不追求外表的奢華，而是強(qiáng)調(diào)低調(diào)、內(nèi)斂、含蓄，清水混凝土“素面朝天”，有樸實(shí)無(wú)華、自然沉穩(wěn)的外觀韻味，與生俱來(lái)的厚重與清雅是一些現(xiàn)代建筑材料無(wú)法效仿和媲美的。
隧道減光罩： 體現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)力與美的完美融合
在港珠澳大橋海底隧道的東西兩端，減光罩就安裝在兩座人工島隧道出入口上方。遠(yuǎn)遠(yuǎn)望去，隧道口兩端的“皇冠”與清水混凝土墻交相輝映，形成島上一道靚麗的風(fēng)景。與一般隧道減光罩相比，港珠澳大橋海底隧道減光罩在功能和外觀上進(jìn)行了升級(jí)，尤其是漸變式設(shè)計(jì)作為國(guó)內(nèi)獨(dú)創(chuàng)，集大成地體現(xiàn)了設(shè)計(jì)者的匠心獨(dú)具和人性化關(guān)懷。
振華重工和中交四航院聯(lián)合完成了這一設(shè)計(jì)，他們?cè)跂|西人工島隧道口各用44根立柱、44根橫梁和7根縱梁構(gòu)成了減光罩主體，總重約2400噸。橫梁一端與立柱連接，另一端與縱梁連接，形成“門(mén)型”構(gòu)架結(jié)構(gòu)。遠(yuǎn)觀這些“門(mén)型”，兩兩之間有8%的坡度，遞進(jìn)排列，形成“爬坡式”的優(yōu)美線形，以及由弱到強(qiáng)、由強(qiáng)到弱的漸變式光線，確保司機(jī)進(jìn)出隧道時(shí)眼睛更舒適地適應(yīng)光線變化。
通過(guò)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的精確計(jì)算，減光罩的外觀線條優(yōu)美流暢。站在人工島上，橫看，豎看，遠(yuǎn)看，近看，減光罩構(gòu)件的各個(gè)點(diǎn)都在一條直線上，共同構(gòu)成一幀流暢的景觀，體現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)力與美的完美融合。
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