每日科普|“海底绣花”为世界隧道工程提供中国方案

在浩瀚的伶仃洋底，一条长约6.8公里的海底隧道如潜龙入海，首尾牵起深中通道的东、西两座人工岛，成为珠江口两岸联通的重要一环。

深中隧道，世界首例双向八车道钢壳混凝土沉管隧道。在整个工程施工中，技术含量高、难度大，采用多项创新举措，丰富了世界跨海沉管隧道的“中国标准”，为世界跨海通道工程贡献了“中国方案”。

工程团队攻克了哪些技术难题，让沉管完成“海底初吻”？又采用了什么创新方式，将沉管“悄无声息”地安放在海底？近日，记者采访了深中通道海底沉管隧道建设者，听他们说说沉管隧道背后的“中国智慧”。

“一航津安1”应运而生

深中隧道为双向八车道钢壳混凝土沉管隧道，由32节“航母般”大小的沉管连接而成。单个标准管节长165米、宽46米、高10.6米、重约8万吨。在水下40米安装这些庞然大物，难度堪比“天宫”对接。

从建设立项开始，就面临一个又一个亟待解决的世界难题：钢壳结构新形式、尺寸超宽、浮运距离超长、航道封航时间长……欲善其事，先利其器，现有装备无法满足施工要求，研发新的方案和装备，成为必由之路。

世界首艘沉管浮运安装一体船“一航津安1”。中交一航局供图

回想起攻关克难的建设过程，中交一航局深中通道项目部常务副总工程师宁进进历历在目：“沉管造出来以后，是从50公里以外的桂山岛拖过来，如果开车在高速公路上，50公里一脚油门就过去了。但是拖着8万吨的沉管，这50公里就很费劲，所以我们又造了一个新船叫‘一航津安1’。”

科研工作者历时3年自主研发建造的“一航津安1”，是世界安装能力最大、沉放精度最高、施工作业最高效、性能最先进的海底隧道沉管施工专用船舶，集沉管浮运、定位、沉放和安装等功能于一体。船长190.4米，宽75米，甲板面积相当于两个足球场，是海底隧道施工领域又一划时代的技术创新之作。

“一航津安1”需要把重约8万吨的沉管从桂山岛安全运送到50公里外的深中通道施工海域，这并不是件容易的事。如何让一体船始终保持安全前进呢？

中交一航局港研院深中通道项目部总工寇晓强介绍说：“我们研发了一种专门针对沉管浮运的动态监测技术，这项技术主要的核心点是在浮运的过程中，重点关注沉管的姿态和受力情况，实时反馈给浮运指挥。”

“深海智眼”为海底施工保驾护航

巨型“一航津安1”拖带着“航母般”大小的巨型沉管，若在茫茫大海中失去定位信号，无异于失去“眼睛”，风险不堪设想。

“沉管隧道测量是一个很大的难点之一，因为在海底看不见摸不着，我们要准确定位，这就是我们测量界的一个难题。”据中交一航局深中通道项目测管中心主任锁旭宏介绍，为了给“一航津安1”安装一双明亮的眼睛，项目团队花费了18个月，研发了一套智能化的测控系统。“整条链都由一双‘眼睛’指导安装，让我们施工过程中时时都能知道它的三维姿态位置，这样就方便了整体任务的执行。”

创新团队在自主研发的新型测控软件上实现了系统之间的穿透，可采集GPS和北斗两种信号。哪种信号更稳定，精度更高？随之开启的又是漫漫攻关之路。

“我们做了上百次甚至上千次的实验，从白天到晚上，从陆地到海上，全覆盖的区域，都要测试。”锁旭宏说，虽然过程艰辛，但最终测试的结果令团队喜出望外，因为他们发现北斗系统提供的数据非常稳定。团队把北斗卫星系统和自主研发的智能化的测控系统有效融合到一起，对模型进行了迭代升级。

一切进展按部就班，然而随着全线最深管节E9安装窗口期临近，创新团队又开始思考一个新的课题。沉管沉放安装，主要依靠在沉管顶部安装9层楼高的测量塔来接收北斗信号，获取定位数据，而E9将安装到水下近40米的更深海域，超出了测量塔的高度。同时，深中通道沉管隧道最终接头如“抽屉般”套制在E23沉管内部，更是无法架设测量塔，传统工艺也无计可施。

现实考验下，创新团队向困难进军，研发出水下双目摄像定位系统。这套系统就像人的眼睛一样镶嵌在最终接头上，被称为“深海智眼”，可以实时提供最终接头推出过程中的三维姿态数据，并显示三维可视化界面，为沉管海底安装对接提供了更加可靠、更高精度的定位数据。

创造“深中速度”和“深中精度”

2020年6月17日11时45分，深中隧道首节沉管E1成功对接，完成“海底初吻”，一体船首秀宣告成功。随后，创新团队陆续完成沉管E1到E22的完美安放，也积累了22节沉管的施工经验，但是E23管节内置最终接头，结构特殊，大家丝毫不敢掉以轻心。

最终接头的对接就像“海底绣花”，误差要控制在“毫米级”。为了实现这一高难度目标，建设者们历经2年技术论证、1年联合设计，在世界范围内首创了沉管整体预制水下推出式最终接头新工艺。

“最终接头说起来很简单，像一个抽屉一样，你在家里把抽屉拉出来很简单，可我这个‘抽屉’大概是1600吨，在水下很深的地方拉出来很费劲。”宁进进介绍说，“所以我们提前做了一种联合设计，用了平衡水压加千斤顶推出的方式，这样的话只需8个千斤顶就可以把中心轴推出来。如果没有这种水压平衡的话，要用大概五六十个千斤顶才能把它推出来，这是一种优化设计。”

2023年6月10日，一体船“一航津安1”拖带最后一节沉管E23及最终接头完成了最后一次“深中之旅”，深中通道沉管隧道正式合龙。创新团队创造了“一年9节”的深中速度和“连续7节沉管毫米级对接”的深中精度。

深中隧道建设过程中，创新团队面对难题，以“敢教日月换新天”的奋斗精神攻坚克难，填补了多项行业空白，真正实现了跨海通道的智能建造。它如同一条潜行于伶仃洋下的巨龙，以其6845米的雄伟身姿，铸就了世界工程史上的辉煌篇章。