“智”造百年工程 “桥”见中国智慧！详解超级工程深中通道背后的超级技术-k8凯发集团

中山日报记者 何淼

珠江口，伶仃洋，飞云舒卷，碧波荡漾。

深中通道作为世界级的集“桥、岛、隧、地下互通”于一体的超大型跨海集群工程，刷新多项世界纪录――

世界最高，通航净空高度达76.5米，桥面高度达91米的海中悬索桥深中大桥；

世界最宽，6.8公里长海底钢壳混凝土沉管隧道；

世界最大，单个重量超百万吨的海中锚碇锚体

……

深中通道这座“海上长城”，背后蕴藏着怎样的建造密码？

逆风而行 向行业最高峰发起挑战

伶仃洋上的深中通道，桥塔矗立、桥面蜿蜒入海。2023年9月25日，中秋佳节来临之前，深中大桥最后一根猫道承重绳顺利下放，服役1年多的猫道功成身退，为后续桥面铺装、鞍罩吊装、附属设施等施工提供了工作面。深中大桥的施工工人，也随着大桥建设步入收尾阶段，告别每天在海上百米高空“走钢丝”的日常。

深中大桥为何会造就云端“起舞”般的工作场景？为什么要在茫茫大海中央，架设如此规模的跨海大桥？答案是深中大桥必须跨越世界上最繁忙的航道之一——伶仃西航道。为了满足航道的通航需求，深中大桥主跨1666米，净高76.5米，是世界最大跨径全离岸海中悬索桥和世界通航净高最高桥梁。

汪洋大海中央毫无支撑，深中通道建设者面临全离岸海中建造技术的难题。首先，深中大桥作为超大跨径悬索桥，选址位于台风频发区，其抗风设计面临着严峻的挑战。同时，大桥采用了海中巨型锚碇结构，其施工技术难度大，缺乏可借鉴的经验。此外，海洋环境对结构的耐久性影响也是一个突出的问题。在深中通道设计方案披露之初，就有欧洲著名桥梁公司断定：这种整体钢箱梁悬索桥的方案，根本无法满足抗风安全的要求。

“对技术的创新突破，向行业新的高峰发起挑战，贯穿着深中通道建设的全过程。”深中通道总工程师宋神友接受媒体采访时表示，核心技术很难从国外吸收借鉴，“我们必须走一条自主创新的发展道路。”

为解决深中大桥整体钢箱梁抗风安全问题，宋神友牵头建设团队组织4家高等院校平行研究，历经3年，通过上百次试验，成功研发了新型组合气动控制技术，攻克了台风频发区超大跨整体钢箱梁悬索桥灾变控制技术难题，在世界上首次将国际公认的超大跨整体钢箱梁悬索桥颤振临界风速从不到70米/秒提高至88米/秒，一举打破了国外权威的论断，相关研究成果“特大型桥梁风-浪-流耦合作用研究”获得中国公路学会科学技术特等奖，为我国未来建设海峡工程积累了技术储备。

▲世界首创超大体量复杂钢结构智能建造生产线。（供图：沈仲）

从高空俯瞰，深中大桥的主缆与海面相接处，两块巨大的“秤砣”位于东、西侧稳稳扎在海中，这是深中大桥重达170万吨的海中锚碇，属于世界最大海中锚碇。锚碇是悬索桥的关键性受力构件，用来锚固主缆。锚碇嵌入深海，主塔高高耸立，两条悬空的主缆将二者紧紧相连。

主缆，是悬索桥的“生命线”，深中大桥的主缆可一点也不简单。“这是目前国际上用在石桥上强度最高的钢丝，一根钢丝能承受的破断荷载达到5.8吨，相当于三辆小汽车的重量。”宋神友表示，“整座大桥处在海洋高温、高湿、高盐的环境里，高应力钢丝的腐蚀问题就成了一个世界性难题，为了保持主缆内部干燥的环境，我们还在里面装了除湿系统及四根智慧索股，这是世界首次实现的主缆内部能够自感知、自调节湿度的功能。”四根智慧索股的自感知、自修复防护技术，保障了主缆的抗腐蚀能力，解决了海洋环境下大型悬索桥主缆的腐蚀疲劳问题，实现了主缆钢丝有效使用100年。

▲首创6mm-2060mpa锌-铝-镁高强耐久主缆钢丝，提高主缆耐久性寿命。（供图：沈仲）

海中筑岛 鲲鹏展翅飞跃伶仃洋

为保证伶仃洋水域拥有30万吨级的通航能力，深中通道采取了东隧西桥的设计方案。“东边是深中隧道，西边是深中大桥，西人工岛正处于两者之间，承载着隧、桥快速交通转换的重要功能。”中交一航局深中通道项目部安全总监、西岛分部部长王刚被称为西人工岛上的“大内总管”。在浩瀚的伶仃洋之中，深中通道建设者采用了超大钢圆筒快速成岛法，迅速建成一座坚固的岛屿。简单来说，就是制造57个直28米、高35-40米、最重达650吨的钢圆筒，经精确定位后，使用由十二台液压振动锤组成的同步联动振沉系统，将钢圆筒振沉打设至不透水土层，钢圆筒之间采用116片副格（圆弧钢板止水锁扣）连接，形成止水围护结构快速形成西人工岛。

王刚所在的一航局建设团队，拥有港珠澳大桥东西人工岛的建设经验。当时的工程师对港珠澳大桥筑岛海底15米至20米厚的淤泥层作了一个形象的比喻――“水豆腐”。在“水豆腐”上筑岛，如果用常规的抛石斜坡堤或者重力式沉箱结构的话，抛石、沉箱一旦落到“水豆腐”上就会滑出去，固定不了。针对这一施工工况，一航局建设团队研发了“dsm硬土层辅助贯入施工工法”，采用专用dsm船舶，对硬土层进行处理，达到改良土体性能的目的，既实现了钢圆筒的顺利振沉，又保证了筒体结构稳定。

说起“dsm硬土层辅助贯入施工工法”，就不得不提破解西人工岛地质问题的“功臣”——水下深层搅拌船。这艘船就像是一台巨大的搅拌机，它的3根钻管能够深入砂层、注入泥浆、软化地质，从而让钢圆筒更易穿透硬质砂层，精准抵达设计位置。王刚表示，这套工法的成功应用，为采用钢圆筒围护结构的快速成岛工艺提供了前提条件。同时，该工法获得了中国水运建设行业协会科学技术奖一等奖，并取得国家及国际发明专利。

2017年5月1日，西人工岛首个钢圆筒成功振沉。2017年9月28日，仅用4个多月的时间，57个钢圆筒精确地振沉入海。在离岸数十里的茫茫外海，凭空筑起一座长625米、最宽处456米，面积13.7万平方米，约等于19个国际标准足球场的坚固岛屿。

西人工岛是深中通道的标志性建筑，更是颜值担当。宋神友接受媒体采访时表示，西人工岛要实现的主要功能是隧桥的交通转换，同时也兼顾了建筑美学，还要考量阻水效应、防洪水利，谋求三者之间平衡和谐。西人工岛最具特色的位于岛头的热带棕榈叶外饰，营造海岛氛围的建筑景观空间；透明镂空的设计，结合伶仃洋的气候条件，实现通风与遮阳，提高使用舒适性……

海底绣花 沉管滴水不漏的秘密

巨型“海上风筝”西人工岛，岛头向东有一根潜入海底的“牵引线”——长达6.8公里的深中隧道。2023年6月，超级工程深中通道以优异的成绩，顺利通过属于自己的“高考”：深中隧道最后一节沉管（e23）及最终接头成功浮运安装，实现关键节点深中隧道合龙。

“超大体量复杂钢结构智能制造生产线、沉管混凝土浇筑装备及系统、8万吨级沉管快速纵向移动装备及系统……”在深中通道项目十大世界首创技术中，钢壳混凝土沉管隧道相关技术占据七项，说明深中隧道是深中通道项目汇集黑科技最多的关键构筑物。

制造巨型钢壳混凝土沉管，是摆在深中通道建设者面前的第一道难题。钢壳混凝土沉管，其实是先用大量钢板焊接成一个中空型的钢壳，再往其中注入混凝土的结构，可以将其看作一个“三明治”，外面包着两层钢，中间的馅就是混凝土。这块“三明治”形状特殊，由内外两层长方体形的钢板焊接而成，这双层钢板之间还被分隔出2000多个隔仓，隔仓就是浇筑混凝土的位置。用这种方式来制造沉管不仅能增加它的强度和刚度，还能使其更加不易受压变形。

▲世界首创沉管混凝土智能浇筑装备及系统。（供图：沈仲）

由于钢壳结构的特殊性，浇筑过程封闭且不可视，混凝土浇筑后无法进行振捣作业。为此，深中通道建设团队研发高流动自密实混凝土进行浇筑。这种混凝土具有高流动、低收缩、免振捣的特性，能够实现沉管仓格的填充密实，满足混凝土与钢壳缝隙不超过5毫米的严格标准，确保沉管百年质量。

巨型沉管制造好了，接下来就要把沉管安放于大海深处的预定位置。在沉管沉放安装前，要对隧道地基进行处理。这个工序包含西人工岛隧道过渡段加固处理，隧道基槽精挖、块石振密、基槽清淤、碎石整平等内容。2018年7月到2022年6月30日，历经1400多天，5公里深中隧道基槽全线贯通。在深中通道深中隧道基槽开挖的过程中，负责施工的三艘超级装备金雄轮、金建轮、捷龙轮功不可没。它们克服自身重力、海浪、洋流等多重影响，在海底“绣花”，将基槽开挖、清淤等误差控制在厘米级。

▲深中通道海底沉管隧道e26管节正浮运前往隧址。（供图：郑武星）

沉管浮运安装施工，深中通道建设团队面临更大的挑战。沉管预制在珠海牛头岛沉管预制场，距离安装地点约50公里，运输途经国内最繁忙的航道。为了解决沉管长距离浮运安全风险高等技术难题，大国重器沉管浮运安装一体船“一航津安1”应运而生。深中通道建设团队自主研发的“一航津安1”是世界首艘集“功能一体、船管一体、结构一体、动力一体”的，55米宽、165米长、8万吨级沉管浮运安装作业的装备。它可以实现沉管快速出坞、安全浮运、精确定位与沉放安装等综合作业，沉管浮运安装效率较传统工艺提升一倍以上，在40米水深条件下，安装精度控制在4厘米以内。

“‘一航津安1’的投入使用，使海底沉管浮运安装进入了‘智能时代’。”中交一航局深中通道项目经理部副总经理、常务副总工程师宁进进带领团队历时3年，成功研发了“自航式沉管运输安装一体船及施工成套技术”，推进沉管隧道安装革命性地进入智慧化时代。