逐梦伶仃——中交四航院港珠澳大桥岛隧工程建设纪实

桥隧相连，海上奇葩，旷世壮观。

它是中国交通史上技术最复杂，建设要求及标准最高的工程之一；

它是世界上最长的跨海大桥，全长55公里；

它拥有全球最长的公路沉管隧道和全球唯一的深埋沉管隧道；

它创造了沉管隧道最终接头毫米级偏差的世界纪录；

它让中国的深海岛隧建设从弱国迈向强国；

它被英国《卫报》誉为“新世界七大奇迹”；

它就是港珠澳大桥，大湾区经济腾飞的超级引擎。

潮头冲浪 逐梦伶仃

现在港珠澳大桥通车了，回过头来看，如果我们没有赶上这班车，我们的市场竞争能力就会比起同行落下一大截。

——中交四航院董事长 朱利翔

在经济结构急需优化调整的今天，尽快构建港珠澳交通大通道，增强香港及珠江东岸地区经济辐射带动效应，便捷港澳及珠江两岸之间的交通联系，早已成为三地共同的愿望。

港珠澳大桥建成通车后，近1.2亿人口都将会被连接起来，从香港到珠海将由3个多小时缩减到半小时左右。

要达成这个目标，工程师们必须建造出一座横跨伶仃洋的跨海大桥。这座大型跨海大桥包括海中岛隧工程，香港、珠海和澳门三地口岸4个人工岛，以及香港、珠海、澳门三地连接线。工程总长55公里，其中主体大桥工程全长约29.6公里，海底隧道长6.7公里。费用之高、难度之大、风险之巨，难以想象！

这样一个超级工程显然不是某一家单位能够独立完成的。港珠澳大桥建设涉及的单位部门近百个，中交第四航务工程勘察设计院有限公司（以下简称“中交四航院”）主要承担了岛隧工程的全线勘察、珠澳口岸人工岛勘察，沉管预制厂、海底隧道与东西两个人工岛、珠澳口岸人工岛的设计任务，以及珠澳口岸人工岛、澳门口岸人工岛的监理等工作任务。

“正是由于我们在长江口、南沙港的大圆筒施工中积累了经验，使得我们的筑岛设计备选方案通过，中国交建总工程师林鸣果断拉我们入局。我们是由勘探阶段中途接手，一条腿跨入了这个世界级工程的门槛。当然，我们也没有让林总工失望，我们在下沉式钢圆筒施工的计算能力、沉管预制厂设计、半刚性沉管隧道基础设计、人工岛建筑设计等多个领域获得了‘世界首创’的荣誉。王汝凯、卢永昌、梁桁等一批设计大师、名师脱颖而出，在岛隧工程中担纲设计主持，勇挑大梁。历经8年多的不懈拼搏，我院科研骨干人才辈出，硕果累累。”中交四航院董事长朱利翔如是说。

所有的伟大工程都源于设计师的构想。设计不是无中生有、凭空想象，必须基于精准的地质数据，因地制宜。而精细化勘察就是获取数据的必备工作。

匠心筑梦 精细勘察

每次作业，我们的勘察船在海上都要待很长时间，很多工作人员回到岸上站都站不稳。

——中交四航院副总工程师、勘察处副处长 祝刘文

伶仃洋海域水文极为复杂，波浪大，浮动厉害，常规钻探平台根本无法作业。为了解决这个重大难题，中交四航院勘察团队对国外先进的海上勘察设备进行了详细的调研。

“我们考察的荷兰一家公司生产的勘察设备，是可以满足我们的需求的，但对方要价1000万元一套，这个价格远远超出了我们的承受范围。面对有限的条件，我们只能自己攻关研发设备。”中交四航院副总经理、港珠澳大桥勘察总指挥廖建航回忆道。

功夫不负有心人，中交四航院勘察团队成功研制了符合国际标准的勘察设备和勘察工艺（海上液压升降钻探平台、分离式液压驱动钻机、大型钢质鹅头钻塔等），同时还引进了国外先进的原位测试设备，并结合实际进行了改进和创新。

除了技术上的困难，多变的天气状况与勘察现场的限制也为勘察作业增添了许多挑战。

2010年的冬季非比寻常，冷空气频繁来袭，大风大浪和浓雾较以往更频繁。而勘察现场位于珠江口国家级主航道，过往的船只种类多、密度大，安全隐患非常大。除此之外，勘察现场位于中华白海豚保护区，对环保要求极高。

“像我们这个项目，受天气影响太大了。风浪超过两米就必须回港，从港口到勘察现场，单程要4个小时，往返的成本太高。每次作业，我们的勘察船在海上都要待很长时间，很多工作人员回到岸上站都站不稳。”中交四航院副总工程师、勘察处副处长祝刘文说道。

面对重重困难，祝刘文带领的勘察团队并没有退缩。2010年12月30日，20多艘钻探船乘着凛冽寒风，从珠江口岸出发，150多名工程人员披星戴月三班倒，24小时不停歇，追赶工程进度。

2011年5月26日，所有外业工作全部完成。中交四航院地质勘探的优势充分发挥了出来：在4个月内“零伤亡、零事故、零污染”地完成了勘察任务，提前2个多月完成勘察工作。勘察现场严格按照国际标准进行，误差率控制在厘米之内，开创了国内工程精细化勘察的先例，达到国际先进水平。

图1 港珠澳大桥背后的“勘察尖兵”

慎思创新 沉管筑岛

这一个个首次和首创，彰显的不仅仅是设计团队的显著成绩，更是不屈不挠的工匠精神。

——中交四航院总工程师、港珠澳大桥岛隧工程设计总工程师 卢永昌

图2 全国水运工程勘察设计大师、中交四航院总工程师卢永昌

图3 港珠澳大桥人工岛建设现场

勘察任务紧锣密鼓进行的同时，而人工岛项目的中交四航院工程师们，也在苦苦思索着如何快速成岛的科学办法。

“如果按照传统的抛石筑岛方案来操作，虽然技术上可行，但工期根本不允许。而且首次在深海筑岛，必须保证工程质量。”中交四航院总工程师、港珠澳大桥岛隧工程设计总工程师卢永昌说。

面临深水填筑、厚软土地基、工期紧、作业条件差等不利因素，如何在保证通航条件下减少施工工期、最大限度缩小对中华白海豚的影响、确保工程质量，成了困扰工程师们的心结。

经过一番分析论证后，中交四航院人工岛项目设计团队创造性地采用大直径钢圆筒快速成岛方案，这一方案得到了众多专家的一致认同，并迅速集结中交四航院水工、岩土等多个专业设计精英展开技术攻关。

虽然钢圆筒快速成岛的工程之前在国内并没有成功范例，那时中交四航院在全球范围内第一次与美国APE公司一起开发了一个四锤联动的振沉系统，实践证明这个系统是成功的。尽管如此，大多数人也认为该工程难度太大，根本没办法实现，毕竟这样的技术难点在当今世界水运工程中尚属首例。

结构稳定性如何？能不能满足施工条件？能不能插入那么深？一个个现实问题摆在设计团队面前。

“在这方面我们有过相关技术的积累，从理论上是可以实现的。于是，我们前往类似工程经验丰富的日本进行调研。然而，日本工程师看过我们的方案后，考虑到工程的插入深度已超过了他们以往的经验，再则他们也从来没有设计过如此大直径的钢圆筒，最后给我们的答案并不乐观。”卢永昌说。

可这一切的打击，都不能磨灭设计师们的意志，他们誓要将这项技术进行到底。于是，设计师们重新评估，同时请来了美国APE公司帮助进行新技术开发，最终将四锤联动升级为八锤联动。

2010年5月6日，整个振动锤设备和第一个钢圆筒从上海运到了珠海。5月15日，伴随着一场小雨，港珠澳大桥西人工岛的第一个钢圆筒顺利打进了海底30多米的深处，垂直精度完全符合设计要求。超大体量钢圆筒的振沉在以前就是个传说，当它被拎起来时，这个庞然大物随着潮水和波浪上下起伏，紧扣着大家的心弦。

每个钢圆筒单重超过500吨，最重550吨，高度最高50.5米，为世界最大，在结构加固方面创新采用了T形钢加固。除此之外，采用8台液压锤联动下振沉大直径圆筒，为世界首创。利用圆筒的止水，实现岛内抽水，降低插板标高，通过降水达到350千帕的超大荷载，对深层软土进行预压，为国内乃至世界首次。这一个个首次和首创，彰显的不仅仅是设计团队的显著成绩，更是不屈不挠的工匠精神。

2011年12月21日，东人工岛最后一个钢圆筒振沉完毕。从第一个钢圆筒到第120个钢圆筒，岛隧建设者们仅用时221天，成功实现了当年开工、当年成岛，这意味着港珠澳大桥岛隧工程人工岛施工建设首战告捷。两个人工岛的建设进度比最初的计划提前了180多天，比初设工期提前将近2年。中交四航院设计团队凭借着出色的设计方案，通过与制造、振沉施工单位的大力配合，交出了珠澳大桥岛隧工程东西两个人工岛顺利成岛的满意答卷。这也是在中国乃至世界交通建设史上都具有里程碑式的重要意义。

苦心孤诣 鏖战桂山

桂山预制厂设计之初，我们只有一本英文版的参考文献，不到30页。我们整个团队就盯着里面的图片整整看了一个星期，琢磨着怎么运用到我们的项目上去，那段时间整个项目组都倍受煎熬。

——中交四航院副总工程师 港珠澳大桥沉管预制厂设计分项项目经理 陈良志

为了实现桥梁与隧道的转换，工程师们还需要设计一段长达6.7公里的海底沉管隧道。港珠澳大桥桂山沉管预制厂的设计任务落在了中交四航院设计团队的肩上。

“传统的沉管预制都是采用‘干坞法’，但是‘干坞法’存在预制场地大、预制条件粗放、灌排水时间长、人力资源需求高等诸多问题。这无法满足紧迫的工期及高质量管节预制的要求，于是我们把目光投向了‘工厂法’。在世界工程史上，只有厄勒海峡唯一一次使用过工厂法预制沉管，尽管沉管断面尺寸要比港珠澳大桥沉管隧道的要求小很多，但这已是仅有的可供借鉴的工程了。”时任中交四航院副总工程师、港珠澳大桥岛隧工程设计负责人梁桁说。

图5 港珠澳大桥超级设计团队

2010年，在接到港珠澳大桥桂山沉管预制厂的设计任务时，当时的设计团队感到一片茫然：什么叫工厂法预制沉管？而且是预制长180米、宽38米、高11.4米、重达8万吨的世界上体量最大的钢筋混凝土沉管。

中交四航院的设计师们再一次向世界性难题发起冲击，成功改良了“工厂法”，将沉管预制、出运过程中的工序进行细分，形成流水作业生产模式，确保了隧道沉管的顺利预制。

“桂山预制厂设计之初，我们只有一本英文版的参考文献，不到30页。我们整个团队就盯着里面的图片整整看了一个星期，琢磨着怎么运用到我们的项目上去，那段时间整个项目组都倍受煎熬。第一次蓄水出现漏水，所有人的心都揪了起来。第二次蓄水成功时，我跑到没人的地方大哭了一场，彻底释放内心的压力。”中交四航院副总工程师、港珠澳大桥沉管预制厂设计分项项目经理陈良志介绍道。

工程总平面设计方案是一个因地制宜、不拘成法、具体问题具体分析的典型案例。根据场地现有地形地貌特征，中交四航院人创造性地提出了将深坞与舾装系泊区合并且与浅坞区并排布置的总体格局方案，避免在岛外建设防波堤，完全突破了厄勒海峡模式。

2012年4月29日，港珠澳大桥岛隧工程首节沉管预制启动。

沉管预制难，沉管安装更是难上加难，如同大海穿针。这些超级沉管将在海底实现厘米级精确对接，难度系数丝毫不亚于“神九”与“天宫一号”的对接。

但在沉管安装之前，还有一个问题必须解决，那就是沉管隧道基础方案设计。港珠澳沉管隧道处于外海，且具有管节长、水深、强回淤、软土地基等特点，沉管隧道基础方案设计影响因素多、设计难度大，基础设计方案直接影响沉管隧道能否顺利实施。

2011年9月，中交港珠澳大桥岛隧工程项目部委托中交四航院开展沉管隧道基础设计研究工作，要求9月底完成基础方案设计初稿。设计团队临危受命，夜以继日，创造性地提出了PHC桩刚性桩、高压旋喷桩柔性桩、挤密砂桩散体桩复合地基和天然地基刚度逐渐过渡的地基基础方案。“这是世界首创，这个复合地基技术也获得2017年航海技术科技进步一等奖。复合地基技术很好地控制了沉管隧道工后沉降，使岛上建筑结构以沉管隧道为基础具备了可能，也就是说岛上建筑没有打一根深桩，而是直接站在了沉管隧道上。”中交四航院建公院副总工、时任港珠澳大桥岛隧工程隧道基础设计项目负责人李建宇说。

泥沙回淤研究不是一般的科研，要紧扣工程需要搞科研，一切举措要服务于工程，发挥参与单位的各自优势，倡导不计个人名利、合力攻关的奉献精神。

——中交四航院顾问、全国工程勘察设计大师 王汝凯

2013年5月7日，历经96个小时的连续鏖战，港珠澳大桥海底隧道首节沉管顺利安装成功，圆满实现了“深海初吻”。

然而，第一节的成功并不意味着后面32节安装都可以简单复制，严苛的外海环境和地质条件，使得施工风险不可预知。工程师们没有想到，在完成前14节沉管安装后，E15沉管安装却遭遇了意想不到的难题，按连两次安装皆以失败而告终。

“沉管安装的基床面泥沙淤积标准为容重1.26千克/立方厘米。回淤物的淤积厚度不能大于4厘米，而当时的潜水员发来报告，隧道基床表面的泥沙回淤厚度在不到24小时里达到了6.8厘米，已经大大超过了设计要求！”中交四航院顾问、全国工程勘察设计大师王汝凯说。

消息传到北京，举国关注。在交通运输部的协调指导下，国内25位常年研究珠江口泥沙、潮汐和气象方面的顶级专家，成立了技术攻关“国家队”。攻关组由中交四航院、天科所、南科院和中山大学组成，王汝凯任攻关组执行副组长，开展了基槽回淤专题研究。

攻关组根据现场大量实测资料，并结合动力地貌、卫星遥感反演、数学模型试验等相关研究，发现工程上游10公里的水域有几十条船在做采砂作业，采砂区含沙量达27克/立方米，采砂形成的高含沙浑水以直接输移和再搬运方式进入基槽，卫星图片资料和数学模型也支持这一结论。情况探明后，攻关组立即向广东省政府作出汇报，省政府作出了对沉管作业区上游十几公里范围内的7个采砂点停止采砂的决定，保障了E15沉管的正常安放。

在随后的近4年时间里，精准化的预计厚度预警预报，保证了E15-E33沉管的安全安放。

2017年5月2日，世界综合吊装能力最大的起重船“振华30”，吊起重达6500吨的接头，在近30米深海里，经过近40个小时的连续施工，最终接头的连接与精调终于顺利完成。至此，经过建设者6年多的持续奋战，世界最大的沉管隧道——港珠澳大桥沉管隧道以最完美的数据顺利合拢。

磨砻淬励 双岛绽放

两个人工岛如同两个小城市一般，在海中央，一开始大家都低估了工程的难度，但真的开始设计时，才发现问题比我们想象的多得多。

——中交四航院港珠澳大桥岛隧工程岛上建筑项目总建筑师 冯颖慧

在建设之初，两个人工岛的定位就不仅仅是一个交通节点。为了充分发挥人工岛的地标优势，它将成为两座集交通、管理、服务、救援和观光功能为一体的综合运营中心。

两岛合约20万平方米，岛上主体建筑约7.3万平方米（含水下两层隧道剩余特殊空间2.8万平方米），处于远离陆地25公里的开敞海域，对其建设的需求、功能、三地的标准等都是一个全新的课题，目前在世界上都没有类似的工程先例。

图6 港珠澳大桥人工岛

如何打造这个极具复杂性与集成性的海上综合交通体设施呢？它与陆上建筑不同，海上孤岛并没有任何基础设施。一个又一个的现实难题摆在设计团队面前。

“两个人工岛如同两个小城市一般，在海中央，一开始大家都低估了工程的难度，但真的开始设计时，才发现问题比我们想象的多得多。”中交四航院建公院副总工程师、港珠澳大桥岛隧工程岛上建筑项目总建筑师冯颖慧介绍道。

这个项目囊括了20多个不同专业的协同合作，40多个单体子项的设计，包括机电设施、市政设施和隧道排洪设施等，都需要重新统筹设计。在过去，如此高强度、长时间的驻地设计在中交四航院并不常见。自介入岛上建筑这个项目中来，整个团队就开始马不停蹄地设计，高峰时整个团队有60、70人。设计团队不仅要设计图纸，还要考虑工期、造价、工程风险、施工难度，甚至需要在现场协助施工人员规划场地。

冯颖慧说：“岛上没有地方放材料，材料和临时施工设施必须移来移去，不像在城市，打个电话，把材料送过来就可以了。这个地方你要从船上运到岛边，还要设置临时堆放点，这就需要很精细的策划，先做哪块儿，再做哪块儿。”

2014年11月，岛上建筑设计图纸初稿完成并通过专家审查。然而，中交四航院岛上建筑项目的工程师们还没来得及松一口气，后续几次超强台风对广东地区灾难性的影响，使得项目总部和设计团队开始重新审视这个工程：对于这种海中建筑，如果在现在日益频繁出现的极端气候下，按常规的海边建筑设计去考虑会不会有风险呢？为此，设计团队重新组织风险排查，项目部专门委托专家团队对他们的图纸进行技术支持，开展了数十项专题研究，涉及诸如隧道的防淹、外海的高风压、岛上设备的抽湿和耐腐蚀性等问题。

2016年4月，兼顾其余设计，中交四航院齐头并进地深化技术工作，第二次专家审查通过。至此，设计师们一共出了3版图纸，仅一版就3000多张，透彻完善了当初的设计。

如今，在碧海蓝天的映衬下，我们所看到的那极简、隽秀、典雅的清水建筑正是岛上建筑团队的扛鼎之作。设计团队把中西文化合璧、现代与传统融汇的创作理念完好地运用在东、西人工岛的建筑造型上。

经过5年的营地奋战，团队最终圆满完成了岛上建筑、附属设施超过40项设计单体子项及22个专业协同的庞大系统设计工程，绘就了“珠江口地标性建筑”的宏伟蓝图。

在这样一项多专业领域、超大跨度集成的外海城市综合体工程的设计过程中，设计者们用最普通的材料、极简的元素、精湛的工艺，综合自然环境、使用功能与人文内涵，为世界呈现了一个实用性与观赏性完美融合的成功范例，更是启发了人们从另一角度重新思考和审视现代化工程美学的发展方向。

8年磨一剑，世界超级工程给予这支超级设计队伍尽显才华的千载难逢机遇。

8个寒来暑往，这支超级设计队伍团队一共制作了上万张图纸，完成了137项试验研究，创造了200多项技术专利。

8年来的不懈拼搏，成就了中交四航院建设“交通与城市基础设施领域一站式综合技术服务商”的梦想，充分彰显了央企国家队的实力。

人生有梦，不负芳华。这个梦的筑就，离不开设计师队伍的智慧结晶，离不开建设者们的兢兢业业，也离不开监理团队的严苛把关。他们用心血筑造的港珠澳大桥，已成为世界工程设计史上的一座丰碑。

它的美丽、雄伟，世人有目共睹。它不仅连接了港、珠、澳三地的人心和距离，还把中国过去几十年的建桥经验、技术标准与设计理念对接起来，同时重新定义了“中国制造”未来的方向。