潛心臥虹踏浪行——港珠澳大橋島隧項目設計負責人追憶

港珠澳大橋島隧工程的設計團隊以強烈的責任感和使命感，本著(zhù)精益求精、精細精致的創(chuàng )新理念，從人與工程、與自然的整體思維出發(fā)，最終交出了無(wú)愧于時(shí)代也無(wú)愧于自己的創(chuàng )世精品。這其中，島隧項目設計負責人劉曉東功不可沒(méi)。 伶仃洋筑夢(mèng)珠聯(lián)璧合 2003年國慶，還在休假的中交公路規劃設計院有限公司副總工程師劉曉東接到新的任務(wù)，對港珠澳大橋可行性研究列出問(wèn)題清單，這是他與大橋情緣的起點(diǎn)。 剛完成深圳灣大橋、渴望干大工程的他明白，一個(gè)牽動(dòng)伶仃洋東西兩岸、世界矚目的超級工程終于如約而至，興奮之情不言而喻。興奮之余，劉曉東不免有些忐忑。港珠澳大橋工程之大、之復雜、之特殊，非比尋常，可行性研究面對的工作方方面面、千頭萬(wàn)緒，橋位、登陸點(diǎn)、口岸查驗、融資方式、通行政策等，不一而足，挑戰前所未有。 劉曉東與研究團隊一起，查找 資料 、外出踏勘、調研座談，經(jīng)過(guò)無(wú)數次頭腦風(fēng)暴，數不清的夜以繼日，半年后，關(guān)于大橋5個(gè)線(xiàn)位方案的初步研究成果出爐，提交大橋前期工作協(xié)調小組。綜合各方意見(jiàn)，他們提出散石灣北線(xiàn)、南線(xiàn)和極南線(xiàn)三類(lèi)共6個(gè)橋位方案，展開(kāi)進(jìn)一步研究。 2005年4月2日，粵港澳三方政府同意大橋東岸登陸點(diǎn)為大嶼山散石灣，西岸澳門(mén)登陸點(diǎn)為明珠、珠海登陸點(diǎn)為拱北，優(yōu)先考慮采用北線(xiàn)散石灣—拱北/明珠橋隧組合方案。此后，他們又補充開(kāi)展了“三地三檢”口岸方案、融資方案的深化研究，歷時(shí)4年圓滿(mǎn)完成了大橋工程可行性研究報告，其開(kāi)創(chuàng )性工作被交通運輸部評審專(zhuān)家譽(yù)為“國內最好的工可報告之一”。在劉曉東看來(lái)，可研工作取得突破的關(guān)鍵在于，既要尊重勘設原則，又要兼顧各方利益，滿(mǎn)足關(guān)切，在協(xié)調中突出技術(shù)的說(shuō)服力量。 2009年全國兩會(huì )，政府工作報告宣布港珠澳大橋年內開(kāi)工。當年3月，中國交通建設股份有限公司聯(lián)合體（簡(jiǎn)稱(chēng)中國交建聯(lián)合體）成功中標港珠澳大橋初步設計，大橋建設進(jìn)入緊鑼密鼓時(shí)刻?！霸O計就像作戰先鋒，比起施工考慮更多的是運營(yíng)期的風(fēng)險。降風(fēng)險，才能保成功?！眲詵|說(shuō)?？紤]到臺風(fēng)、軟厚土、航線(xiàn)船舶、機場(chǎng)航空限高等自然條件特點(diǎn)及海洋、環(huán)保要求，他們謀劃出總體設計思路，提出橋島隧推薦方案：在橋跨總體布置上，滿(mǎn)足航道要求，減少阻水比；保持隧道合理長(cháng)度，盡量減少人工島長(cháng)度；適當增加橋梁跨徑。 在橋梁設計上，三座通航孔橋風(fēng)格一致，采用外觀(guān)簡(jiǎn)潔的獨柱塔斜拉橋，對流態(tài)影響少。 在隧道設計上，經(jīng)過(guò)對沉管工法及盾構工法深入比選后推薦沉管工法，如此可減少人工島一半的長(cháng)度，且受地質(zhì)不確定影響小。 人工島均設計為蠔貝主題外形，島壁結構為斜坡拋石式，最終成為地標式建筑，先期盡快形成沉放首節管節的條件。半年時(shí)間，初步設計大功告成，被評價(jià)為“達到同類(lèi)工程國際水平”。 劉曉東是“被迫”成為設計團隊總負責人的。2009年10月，經(jīng)過(guò)6年的前期工作，國務(wù)院常務(wù)會(huì )正式批準港珠澳大橋工可研究報告，大橋于當年12月正式開(kāi)工。中國交建聯(lián)合體成功中標大橋島隧項目——東西人工島、海底沉管隧道，采取設計施工總承包模式建設。 中國交建集團有限公司總工程師、島隧項目總經(jīng)理林?zhù)Q將這一重擔交給劉曉東時(shí)，劉曉東沒(méi)有馬上應允。畢竟，從東南大學(xué)公路與城市道路工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)后，他一直與江海上的橋梁設計打交道，積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗。而島隧工程對于他來(lái)說(shuō)，是個(gè)完全陌生的領(lǐng)域，心里沒(méi)底。當時(shí)，我國沒(méi)有深海沉管隧道的先例，世界上僅有的兩座海底沉管隧道長(cháng)度也沒(méi)超過(guò)3公里，而這個(gè)項目的沉管隧道長(cháng)達6.7公里，工程之復雜、艱巨可想而知。 林?zhù)Q認準了劉曉東，若是他一口答應下來(lái)，那他就不是林?zhù)Q心目中的劉曉東了。對這一世紀工程的渴望，對未知領(lǐng)域的好奇與探索，讓劉曉東找到了說(shuō)服自己的方法：道中有術(shù)、術(shù)中有道，路橋相通、橋隧相通，而且設計團隊里國內外咨詢(xún)設計高手眾多，正是取長(cháng)補短、融會(huì )貫通的好舞臺。 高精度拼接滴水不漏 “我倆有相似性吧?！闭f(shuō)起林?zhù)Q，劉曉東笑著(zhù)說(shuō)。精益求精、不留瑕疵，勇于創(chuàng )新、敢為人先，讓每一步都成為無(wú)憾人生之履歷。 2010年，林?zhù)Q與劉曉東等設計師來(lái)到青島，對初步設計方案中的沉管地基鋼減沉樁施工方法，組織開(kāi)展1∶1典型試驗。試驗結果讓他們驚出一身冷汗——沉降變形，樁帽上的碎石散落，專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)為“不收攏”，與設計數據相差懸殊。細問(wèn)之下，才知原來(lái)用的是江河上沉管隧道的經(jīng)驗辦法，且其中還有未經(jīng)證的“假設”。對失誤零容忍的林?zhù)Q決心重新研究，重新設計，組合基床的新方法由此誕生。而深海深槽的技術(shù)突破，相當于給沉管隧道在海底鋪了一張安穩床。 海底沉管隧道為保證通航需要，33節沉管呈W形，最重的沉管重8萬(wàn)噸，總重264萬(wàn)噸，沉放位置、沉降偏差、對接精度、最終節頭止水、島隧過(guò)渡等無(wú)不考驗著(zhù)設計人員的能力和水平。珠海營(yíng)地設計樓里的燈火見(jiàn)證了他們的開(kāi)拓與進(jìn)取、拼搏與奮斗。在剛性與柔性之間，設計人員創(chuàng )造性地提出半剛性拼接技術(shù)，為沉管隧道安裝按下了啟動(dòng)鍵。 首節安裝最是牽動(dòng)人心，劉曉東在安裝現場(chǎng)熬了96個(gè)小時(shí)，為海底“初吻”保駕護航。每一節都是第一節，同樣的挑戰，同樣的考驗，時(shí)時(shí)刻刻都在發(fā)生。安裝到第15節時(shí)，基床淤泥出現異常，較往常增多，安裝停止，開(kāi)始進(jìn)行淤泥問(wèn)題研究。設計團隊找到了源頭——幾海里以外的采砂船，開(kāi)展了全面系統性研究，并取得重大突破，將淤泥警報由年、天精確到月、時(shí)。 做到4000米時(shí)，劉曉東的信心倍增，之后，更創(chuàng )下了一年10節的“中國速度”。直到合龍時(shí)的“終吻”，工程雖然一波三折，兩次返航，卻硬是將偏差從16厘米降至2.5毫米，達到毫米級的安裝精度。 設計之功，施工之力，珠聯(lián)璧合，攻下了深海深槽、強回淤、大徑流、異常波、曲線(xiàn)段等幾大難題，最終創(chuàng )下了“滴水不漏”的深海沉管隧道建設奇跡，一舉將我國沉管隧道技術(shù)推向世界前列，將世界沉管隧道技術(shù)推向新的極致，樹(shù)立了新的標準。 攻關(guān)克難 鋼圓筒橫空出世 與劉曉東的“遲疑”不同，島隧工程設計團隊中另外一位重量級人物——梁桁則是被項目一步一步地“綁架”在了島隧工程上。 劉曉東告訴記者，當年年僅39歲的中交第四航務(wù)工程勘察設計院有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)中交四航院）副總工程師梁桁率領(lǐng)團隊，自主研發(fā)了全新的深插圓筒設計計算方法、結構構造和止水構造，成功克服了圓筒振沉關(guān)、圓筒穩定關(guān)、全島止水關(guān)三大難關(guān)，攻克了島內隧道基坑施工期止水、島體陸域工后沉降小于30厘米、軟土地基下島壁岸坡穩定、縮短筑島工期四大技術(shù)難題。2011年5月15日，西人工島第一個(gè)大圓筒順利振沉，梁桁的設計團隊提交了一份優(yōu)秀的設計答卷。 劉曉東說(shuō)，“快速成島”理念的橫空出世，是港珠澳大橋項目順利平穩進(jìn)行的重要基石。當然，為了追求快、準、狠，其中還是遇到了不少困難的?！白铑^疼的是島隧過(guò)渡段的隧道基礎，那段時(shí)間是最頭疼的，壓力很大?！绷鸿焖麄儺敃r(shí)沒(méi)準備，“原來(lái)不是我們的工作，不在我們設計范圍內?！?隧道基礎技術(shù)原來(lái)是用樁基的，用最常規的方式，后來(lái)發(fā)現不能滿(mǎn)足工期的要求，因為要把樁振到水下。梁桁與同事李建宇等人忙活了3個(gè)月，繪制施工圖?！耙蟀殉两悼刂圃?0公分以?xún)?。把差異沉降控制在公分級以?xún)?，梁桁?tīng)到這個(gè)要求以后簡(jiǎn)直是睡不著(zhù)覺(jué)?！痹谧鍪┕D的那段時(shí)間，在計算的過(guò)程中，梁桁壓力很大。 事實(shí)證明，隧道基礎是中交四航院及其項目負責人梁桁最值得驕傲的濃墨重彩的一筆。 慎思創(chuàng )新踏坦途 2010年，在接到負責港珠澳大橋桂山沉管預制廠(chǎng)的設計任務(wù)時(shí)，劉曉東、梁桁及其設計團隊感到一片茫然：什么叫工廠(chǎng)法預制沉管？而且是工廠(chǎng)法預制長(cháng)180米、寬38米、高11.4米、重達7.4萬(wàn)噸的世界上體量最大的鋼筋混凝土沉管！那時(shí)候，他們只是知道厄勒海峽曾經(jīng)使用過(guò)工廠(chǎng)法預制沉管，但那個(gè)沉管的斷面尺寸要比港珠澳大橋沉管隧道小很多。那時(shí)候，他們手上只有一本介紹性的英文參考文獻《The Tunnel》，里面只有寥寥不到30頁(yè)關(guān)于預制工廠(chǎng)的介紹。 劉曉東、梁桁深刻意識到，只有在工廠(chǎng)內預制才能最大程度減少環(huán)境因素對沉管預制質(zhì)量的影響，達到120年使用壽命的嚴苛要求，只有采用工廠(chǎng)法，才能具備全年365天不間斷流水生產(chǎn)，趕上緊迫的工期。遍尋文獻，四處查訪(fǎng)，駐守一線(xiàn)，挑燈夜戰，結合牛頭島地質(zhì)條件和地形，梁桁團隊大膽提出深淺塢平行布置、沉管塢內寄存、重力式混凝土和鋼扶壁相結合的深塢塢門(mén)、三角形自穩式橫拉鋼結構淺塢塢門(mén)等多個(gè)獲得國家發(fā)明及實(shí)用新型專(zhuān)利的重大創(chuàng )新設計方案。 劉曉東對梁桁的工作贊賞有加。他認為中交島隧工程項目總經(jīng)理部之所以把后續的設計任務(wù)全部交給了中交四航院，得益于該院在人力、物力上的巨大投入，中交四航院總工程師盧永昌以及梁桁等人的艱苦努力，以及該團隊年輕有為、接受新事物快和勇于突破自我的創(chuàng )新精神。 自然天成更美好 2018年春節前，在一場(chǎng)有關(guān)島隧項目景觀(guān)設計與工程美學(xué)的研討會(huì )上，劉曉東見(jiàn)到了港珠澳大橋的首倡者、香港合和實(shí)業(yè)有限公司董事會(huì )主席胡應湘，他認為港珠澳大橋工程證明了我國的設計、施工能力和精細化管理水平有了極大的提升，建筑水平已躍居到世界一流。 島隧工程設計團隊打破專(zhuān)業(yè)、國別之界，攻克了一個(gè)又一個(gè)難關(guān)，在創(chuàng )新之路上留下了閃光的足跡，在奮斗之旅上結下了深厚的情誼。雖有因對初步設計理解的差異等帶來(lái)的困擾，劉曉東、梁桁依然心存感激，其理念、視角，對人與自然關(guān)系的灼見(jiàn)，對他們的開(kāi)拓思路、整體突圍大有益處。與高手過(guò)招，不照搬照抄，快速超越，這是他們一直對設計人員反復強調的真經(jīng)?！皠?chuàng )新不是盲目的?！睄u隧項目九成以上的初設都被變更過(guò)，劉曉東說(shuō)，創(chuàng )新的大方向不能錯，要有總體感覺(jué)，再找方法，用技術(shù)突破一切藩籬。 經(jīng)過(guò)港珠澳大橋的洗禮，島隧工程設計團隊的工程思維、工程美學(xué)也上了一個(gè)新的臺階。所有的工程最終要解決的是人與自然的關(guān)系問(wèn)題，心存敬畏自然之心，鑄就自然天成之作，在自然面前，永遠葆有一顆求知敬畏的心。 ?