【故事】匠心“智”造精“隧”
文章來源：中國交通建設(shè)集團(tuán)有限公司 發(fā)布時(shí)間：2023-03-22
前不久，湖北省襄陽市襄江大道魚梁洲隧道正式通車運(yùn)行，作為國內(nèi)整體規(guī)模最大的內(nèi)河沉管隧道項(xiàng)目，兩次下穿漢江的沉管隧道全長1011米，由10節(jié)沉管組成。
在魚梁洲隧道建設(shè)過程中，中交集團(tuán)所屬中交二航局聚焦技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)，踐行生態(tài)環(huán)保理念，解決了一系列技術(shù)難題，打造了中國首條全產(chǎn)業(yè)鏈國產(chǎn)化沉管隧道。
技術(shù)引領(lǐng)，開啟“大國智造”新征程
沉管隧道誕生于20世紀(jì)40年代。在陸地上預(yù)制箱狀混凝土管，然后將混凝土管一節(jié)一節(jié)地沉放到水底，兩節(jié)沉管之間使用止水帶粘合，拼接連成整體通道。止水帶就像保溫杯密封圈，利用天然橡膠高彈性和壓縮變形的特點(diǎn)，防止沉管漏水，這是沉管隧道實(shí)現(xiàn)百年壽命的核心構(gòu)件。
然而，魚梁洲隧道通車之前，止水帶的生產(chǎn)技術(shù)一直被少數(shù)國家壟斷。時(shí)任中交二航局魚梁洲隧道項(xiàng)目總工程師孫曉偉始終憋著一口氣：“止水帶一直依賴進(jìn)口，制造技術(shù)和定價(jià)權(quán)永遠(yuǎn)不可能握在自己手中。我們要掌握主動(dòng)權(quán)。”為了搶在魚梁洲隧道管節(jié)下沉前，研發(fā)出國產(chǎn)止水帶，項(xiàng)目部成立了由材料、結(jié)構(gòu)、土木等專業(yè)人員組成的7人技術(shù)攻堅(jiān)小組和80余名技術(shù)人員組成的孫曉偉創(chuàng)新工作室，積極同國內(nèi)廠家開展合作試驗(yàn)。
止水帶壓縮量是考察沉管隧道能否實(shí)現(xiàn)永久密封的核心數(shù)值。受膠料的硫化程度、最小水密封壓縮量、100年應(yīng)力松弛量、管節(jié)溫度位移、地震位移等多因素影響，其計(jì)算方法和經(jīng)驗(yàn)取值是技術(shù)團(tuán)隊(duì)攻克的難點(diǎn)。“越是硬骨頭，我們越要啃下它。”孫曉偉說。
項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)夜以繼日地開展技術(shù)攻關(guān)。膠料的硫化程度受溫度、能量方法設(shè)計(jì)和控制混煉工藝等因素的影響，直接影響到壓縮量的大小，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)從試驗(yàn)和建模入手，展開首個(gè)攻堅(jiān)。可是，十幾輪試驗(yàn)下來，沒有取得實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，大家有些沮喪。“每次試驗(yàn)失敗都意味著我們離成功更進(jìn)了一步。”孫曉偉安慰著疲憊的團(tuán)隊(duì)成員。終于，第23輪試驗(yàn)過后，技術(shù)團(tuán)隊(duì)有了新發(fā)現(xiàn)，通過將硫化程度計(jì)算和硫化仿真分析相結(jié)合，成功實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)止水帶硫化參數(shù)的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)。
經(jīng)過半年的研究試驗(yàn)，國產(chǎn)止水帶在湖南株洲進(jìn)行產(chǎn)品應(yīng)力松弛、壓縮性能和水密封等試驗(yàn)。結(jié)果顯示，國產(chǎn)止水帶的壓縮性能和水密性與國外公司產(chǎn)品基本相當(dāng)，應(yīng)力松弛試驗(yàn)的平均衰減率為35%，低于國外公司的37.5%。專家組一致認(rèn)為，沉管隧道應(yīng)用國產(chǎn)止水帶，可滿足100年使用要求，但是平均衰減率仍有一定提升空間。專家評審的結(jié)果令團(tuán)隊(duì)成員士氣大振。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)乘勝追擊，對平均衰減率問題發(fā)起攻關(guān)。通過多次研討和試驗(yàn)，成員們對橡膠配制和混煉工藝不斷優(yōu)化提升，進(jìn)一步提升了止水帶抗水、抗撕裂、耐老化等方面的性能。最終試驗(yàn)結(jié)果顯示，所有性能全部達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)。
止水帶的研發(fā)是魚梁洲隧道進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新的一個(gè)縮影。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)集合優(yōu)勢資源，從關(guān)鍵技術(shù)、核心裝備、特殊材料、智能建造等多個(gè)領(lǐng)域入手，自主研發(fā)了全漂浮式高精度整平船，首創(chuàng)無焊接裝配式端封門結(jié)構(gòu)，首次采用柔性壓載水袋進(jìn)行管節(jié)壓載等，實(shí)現(xiàn)沉管隧道建設(shè)全產(chǎn)業(yè)鏈國產(chǎn)化的目標(biāo)。
戰(zhàn)淤之路，創(chuàng)造沉管安裝“襄陽速度”
2021年4月8日，E4管節(jié)按照節(jié)點(diǎn)工期進(jìn)行沉放對接施工。上午11點(diǎn)，沉放駁吊放沉管開始下沉，下午3點(diǎn)30分，沉放纜索的拉力值出現(xiàn)下降趨勢，定位監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，管節(jié)實(shí)際下沉高度并未達(dá)到目標(biāo)標(biāo)高。
工區(qū)經(jīng)理王金緒看著監(jiān)控系統(tǒng)上顯示的異常數(shù)值，神情嚴(yán)肅。“這意味著沉管發(fā)出了提前觸底的信號，后續(xù)對接工作將可能無法進(jìn)行。”他解釋說。
下水探摸沉管接頭及底面情況的潛水員發(fā)現(xiàn)，在E4管節(jié)底面與最終沉放的基床間發(fā)現(xiàn)淤泥沉積，平均厚度達(dá)10厘米，導(dǎo)致E4管節(jié)與擬對接的E5管節(jié)對接接頭垂直方向錯(cuò)臺達(dá)10厘米，遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)及規(guī)范允許的對接精度要求。
“沉管基床遭遇異常回淤。”現(xiàn)場總指揮、項(xiàng)目負(fù)責(zé)人孫曉偉眉頭緊蹙，思考再三之后，堅(jiān)定地下達(dá)指令：“提起沉管，清淤后再對接！”
項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)隨即對異常回淤形成原因展開分析。原來，E4管節(jié)所在的東汊沉管區(qū)域位于唐白河與漢江交叉口處，4月連續(xù)陰雨天氣，雨勢猛增，唐白河水從上游攜帶大量泥沙，在流入東汊沉管河段時(shí)，因水域突然擴(kuò)寬，水流流速急劇減小，造成泥沙在東汊沉管河段淤積，基床局部形成急劇回淤。清淤中，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，氣舉泵的單點(diǎn)式吸泥和抓斗船的粗放式抓泥在吸泥效果和效率上都有改進(jìn)空間。團(tuán)隊(duì)攜手技術(shù)部門迅速開展科技攻關(guān)。半個(gè)月后，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的“回”形清淤平臺展現(xiàn)在團(tuán)隊(duì)成員面前。“這個(gè)由底部鋼管作業(yè)平臺、可移動(dòng)小車、氣舉泵三部分組成的平臺，可以精準(zhǔn)定位與覆蓋單節(jié)沉管基床范圍，并通過移動(dòng)小車上設(shè)置的聯(lián)排式氣舉泵，實(shí)現(xiàn)縱橫雙向高效吸泥。”王金緒介紹說。
一切準(zhǔn)備就緒。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)“整裝齊發(fā)”，再次開啟E4管節(jié)沉放對接施工。E4管節(jié)最終在漢江水下25米深處“安家”，對接精度達(dá)到7毫米，遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)規(guī)定的20毫米，“真正達(dá)到毫米級對接。”王金緒說。
同年7月，漢江流域再次迎來多場特大暴雨，漢江及其支流上游汛情十分嚴(yán)峻，5次大流量泄洪、3次封航停工，大量漂浮物聚集，高達(dá)1米的泥沙淤積填埋沉管基槽，迫使沉管施工不得不超長“待機(jī)”。有了E4管節(jié)的沉放經(jīng)驗(yàn)，在重重不利情況下，項(xiàng)目部在3個(gè)月時(shí)間里，先后進(jìn)行了4輪基床清淤，對損壞的卵石墊層進(jìn)行3次整平，總清淤量超過5萬立方米。之后，項(xiàng)目部采用東西汊沉管交叉安裝的形式，搶抓冬季漢江泥沙少的窗口期，在35天內(nèi)順利完成了3節(jié)沉管的安裝。
“除去汛期的影響，相當(dāng)于我們平均每26天就下放了一節(jié)沉管，可以說創(chuàng)造了沉管安裝的‘襄陽速度’。”孫曉偉自豪地說。
環(huán)保先行，彈響生態(tài)保護(hù)“協(xié)奏曲”
魚梁洲素有“漢江明珠”美譽(yù)，是國家一級水源地保護(hù)區(qū)，水質(zhì)達(dá)到可直接飲用的國家二類標(biāo)準(zhǔn)。魚梁洲隧道項(xiàng)目水上施工環(huán)節(jié)很多，為了盡可能地保護(hù)這一江凈水，項(xiàng)目部“煞費(fèi)苦心”。
一方面，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地運(yùn)用各種裝置，構(gòu)筑起隔絕施工水域與天然水域的堅(jiān)固屏障。“物理阻隔是杜絕水上污染的最簡單直接的方式。”工程部長汪梓嵐介紹說。項(xiàng)目部使用的船用油水分離器，通過重力分離、纖維過濾、超濾膜滲透分離等三重“關(guān)卡”，大量減少船機(jī)艙底廢水中的油污含量。“如此一來，污染風(fēng)險(xiǎn)幾乎可以忽略不計(jì)。”汪梓嵐說。
另一方面，項(xiàng)目部不斷對施工工藝進(jìn)行創(chuàng)新，減少對環(huán)境的干擾和資源的浪費(fèi)。
根據(jù)國際通用做法，沉管施工前，需要使用碎石材料對開挖完成的河床基槽進(jìn)行整平施工，或沉管安裝完成后在沉管與基地之間注漿壓沙填實(shí)。“隧道沉管段基槽范圍內(nèi)地層卵石、圓礫含量較高，何不就地取材，把基槽開挖的卵石用來鋪設(shè)墊層？”考慮到魚梁洲河段體量龐大的卵石，孫曉偉大膽地提出了設(shè)想。
經(jīng)過研究討論，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)決定大膽探索一條環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益一舉兩得之路。項(xiàng)目部對墊層厚度、壟溝尺寸、卵石粒徑、預(yù)壓荷載等變量進(jìn)行調(diào)節(jié)，模擬出7種工況下墊層的變形位移、沉降量等要求，發(fā)現(xiàn)粒徑在2.36毫米至63毫米間的卵石符合施工要求，可以“變身”墊層。原本面臨廢棄命運(yùn)的卵石，成功實(shí)現(xiàn)“就地轉(zhuǎn)崗”，大量減少了施工現(xiàn)場永久廢棄的土方轉(zhuǎn)運(yùn)量，最大限度地維護(hù)了施工現(xiàn)場水土生態(tài)的自然原始風(fēng)貌。
在工程建設(shè)期間，項(xiàng)目部積極配合地方政府，對禁漁水域?qū)嵤﹪?yán)格保護(hù)，保護(hù)漢江水生生物資源，助推水域生態(tài)改善；從實(shí)際出發(fā)，通過材料創(chuàng)新、工藝創(chuàng)新等方式實(shí)現(xiàn)綠色創(chuàng)效，其中利用廢棄粉質(zhì)砂性黏土生產(chǎn)止水帷幕塑性混凝土施工技術(shù)，減少二氧化碳排放量近5噸。
“金山銀山不如綠水青山，矢志不渝打造百年生態(tài)環(huán)保工程，是我們?nèi)w建設(shè)者不可推卸的責(zé)任！”孫曉偉感慨地說。
【責(zé)任編輯：家正】
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