本報記者 米金升 實習(xí)記者 任明朝 通訊員 陳向陽

　　7月18日，廣東珠海的中交港珠澳大橋島隧工程項目部調(diào)度中心，大屏幕上的臺風(fēng)預(yù)報圖清楚顯示，我國南方41年來最強臺風(fēng)“威馬遜”已經(jīng)登陸海口，這意味著這一超級臺風(fēng)將不會“光臨”正在緊張建設(shè)中的港珠澳大橋工地。

　　懸著的心還沒放下，另一個消息傳來，菲律賓以東洋面生成了新的臺風(fēng)“麥德姆” ，這會不會影響港珠澳大橋建設(shè)中一個月以來最好的窗口期？

　　這兩個信息是國家海洋環(huán)境預(yù)報中心為港珠澳大橋島隧工程提供的專項預(yù)報。

　　在世界上獨一無二的超級工廠里，制作一個個長180米、重約8萬噸，尺寸類似于一幢60層樓房的巨大混凝土沉管，然后把它運輸?shù)绞┕ずＳ颍惭b到精心準(zhǔn)備的海底基槽中，一節(jié)節(jié)對接起來，形成一個海底隧道，專業(yè)術(shù)語叫沉管隧道。這便成為當(dāng)今世界上土木工程界最難的工程之一——港珠澳大橋島隧工程。

　　大家都知道，衛(wèi)星發(fā)射需要天氣“窗口” ，這里也需要“窗口” 。一個8萬噸龐然大物在大海中長距離浮運，并在海底40多米的指定位置進行精確安裝，將會受到千變?nèi)f化的風(fēng)、浪、流等多種因素的影響。因此就要選擇一個風(fēng)平浪靜、海流舒緩的時間段，這就是“窗口期” 。綜合考慮天氣、海浪、海流復(fù)雜性以及工程建設(shè)本身的各種約束，一個月中只有兩個窗口期。

　　16日至20日期間，國家海洋環(huán)境預(yù)報中心一直在不斷分析臺風(fēng)“威馬遜”及“麥德姆”的發(fā)展態(tài)勢以及對施工區(qū)的影響，經(jīng)過對海浪、海流情況進行的分析和預(yù)測，中國交建總工程師、中交港珠澳大橋島隧工程項目部總經(jīng)理林鳴和他的團隊確定了20日和22日兩個對接窗口時間。

　　找準(zhǔn)這個窗口期花了三個多月。

　　國家級預(yù)測機構(gòu)專門為港珠澳大橋島隧工程建設(shè)提供專項預(yù)報，雖然已經(jīng)接近兩年，但這次預(yù)報對國家海洋環(huán)境預(yù)報中心來說也是一個前所未有的挑戰(zhàn)。即便參與過“雪龍?zhí)枴焙汀膀札執(zhí)枴表椖浚瑖液Ｑ蟓h(huán)境預(yù)報中心現(xiàn)場預(yù)報員孫虎林仍然認為，為港珠澳大橋第11節(jié)沉管安裝提供預(yù)測是他參與的難度最大的項目。

　　海底暗流帶來的新挑戰(zhàn)

　　為了給沉管安裝提供充足的準(zhǔn)備時間，海洋環(huán)境預(yù)報中心需要提前10到15天提供海面氣象預(yù)報。然而， 7日以上的天氣預(yù)報準(zhǔn)確性相對較低。在西方發(fā)達國家， 7日以上天氣預(yù)報的精確度也要大打折扣。同在深海，“蛟龍?zhí)枴睔庀箢A(yù)報只需要提前3天。

　　兩年前，國家海洋環(huán)境預(yù)報中心為中交港珠澳大橋島隧工程項目部派出專項組，在北京設(shè)有一個研究工作組，在項目部設(shè)立一個現(xiàn)場工作組。針對整個施工范圍內(nèi)的氣象、波浪、海流進行觀測與分析。專項組一方面通過詳細的觀測積累基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，另一方面通過建立綜合模型來實現(xiàn)精確預(yù)報。

　　據(jù)中交港珠澳大橋島隧工程項目部副總經(jīng)理、設(shè)計總負責(zé)人劉曉東介紹，來自于風(fēng)云衛(wèi)星基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場觀測的數(shù)據(jù)輸入到遠在北京的超級計算機，作出預(yù)測后，再和來自現(xiàn)場的實際數(shù)據(jù)對比，用來優(yōu)化預(yù)報模型，并不斷校驗?zāi)Ｐ偷目煽啃?。只有這樣，才能確定沉管浮運安裝的最佳時段。這要求幾乎和衛(wèi)星發(fā)射一樣。

　　2013年5月，港珠澳大橋沉管隧道成功安裝第一節(jié)沉管。國家海洋環(huán)境預(yù)報中心功不可沒。在根據(jù)此前模型預(yù)測提供的窗口，到2014年3月，港珠澳大橋由淺入深成功完成了10節(jié)沉管。第10節(jié)沉管最深處在43米處?！按翱谄凇鳖A(yù)報越來越成熟，安裝作業(yè)越來越規(guī)范。

　　或許這只是挑戰(zhàn)的開始。在第10節(jié)沉管安裝之后，項目部意識到，海流對安裝有意料之外的影響。

　　為什么？其機理是什么？

　　沉管安裝一般都是幾十個小時連續(xù)高強度作戰(zhàn)，誰也不能休息。安裝成功之后，大家都會補個覺。第10節(jié)沉管安裝完成后，林鳴和他的團隊睡不著了。4次專題討論會， 10多次對沉管安裝的所有細節(jié)進行排查。項目決策團隊都在思考一個問題：對這樣一個全新的超級工程，認識上是否還存在盲點？

　　港珠澳大橋工程投資超過700億元，近6公里的沉管隧道由33節(jié)沉管在海底次第對接而成，是整個工程的核心，任何一節(jié)沉管出了問題，都會對工程建設(shè)產(chǎn)生致命的影響、對工程120年的使用壽命產(chǎn)生致命影響。而且，這項偉大的工程，在實際范圍內(nèi)可資借鑒的東西少之又少。全世界100多條沉管，超過40米水深的很少，深水安裝長度超過2公里的更少。港珠澳大橋沉管隧道槽深30米左右，這在全世界還是第一次；深水安裝的長度超過3公里，在全世界也是第一次。

　　就像過電影一樣，每個人都在不斷地思考，每個人又都未能找到答案，壓力逐漸集中到了林鳴身上，他要為整個團隊找到方向。這位在橋梁建設(shè)界經(jīng)歷無數(shù)大風(fēng)大浪并且在港珠澳大橋島隧工程建設(shè)前三年經(jīng)歷多次重大技術(shù)闖關(guān)的宿將，也感受到了前所未有的煎熬，他一遍又一遍地“過電影” ，還是沒有找到解決問題的辦法。

　　長時間專注于這一問題，對他的身心健康產(chǎn)生了影響。劉曉東發(fā)現(xiàn)，開會或者聽工作匯報時，經(jīng)常感覺到林鳴會走神；身邊的人看到林鳴憔悴了許多，也覺得他一段時間變得急躁起來。林鳴后來也意識到，必須從中跳出來，于是他開始強迫自己干一件毫不相干的事情，每天學(xué)一段時間英語。

　　有一天，有人提到，在2012年對珠江口主航道海流流速進行測量的時候曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)過一個反?，F(xiàn)象：一組測量數(shù)據(jù)顯示沉管安裝基槽里的海流流速大于正常流速。當(dāng)時以為這是一個測量誤差。

　　林鳴馬上決定，對沉管基槽中的海流作進一步分析。

　　劉曉東說，海流的一般規(guī)律是，水面下三分之一處的流速最大，越接近海底越小。按照這一規(guī)律，沉管能否安裝是根據(jù)水面下三分之一處的流速來決定。如果海流過大，對付一個8萬噸的大家伙，施工裝備可能會拉不動、穩(wěn)不住、停不了。因此，海流流速也是國家海洋預(yù)報中心專項預(yù)報的核心內(nèi)容之一。

　　沿著這一個線索的研究找到了突破口。劉曉東說，港珠澳大橋沉管隧道是世界上一個大規(guī)模的深埋沉管隧道，水深有10多米，然后在海床上挖出一個最深達30米的深槽，沉管就要埋在這個深槽里。分析發(fā)現(xiàn)，第10節(jié)沉管隧道安裝時，水下40米處的流速要遠遠大于水下10米處。這個深槽中的海流不符合一般規(guī)律。

　　這一奇特的現(xiàn)象突破了專家們的傳統(tǒng)認知，“從來沒遇到過這種現(xiàn)象，常理難以解釋” ，孫虎林說。

　　不符合規(guī)律的海流，專業(yè)術(shù)語叫紊流。國內(nèi)外對紊流的研究均屬空白。

　　國家海洋環(huán)境預(yù)報中心必須要把基槽中的紊流研究明白，并作出精確預(yù)報。中交港珠澳大橋島隧工程項目部副總經(jīng)理尹海卿作了個比喻，比如北京舉辦奧運會，就要對8月份的天氣進行分析預(yù)報，這是一個大范圍相對模糊的預(yù)報；另外在開幕式之前，就要對這一天下午4點到晚上的幾個小時內(nèi)，鳥巢上空的氣象作出精確預(yù)測。港珠澳大橋沉管隧道建設(shè)也有兩個預(yù)測系統(tǒng)，一個是施工大范圍內(nèi)海流的預(yù)測；另外一個是沉管安裝范圍內(nèi)幾百平方米海流的精確預(yù)測。

　　一開始，預(yù)報組認為這個預(yù)報難度太大。在項目部的堅持下， 2014年6月，國家海洋環(huán)境預(yù)報中心再次成立專項組，中心領(lǐng)導(dǎo)牽頭，涉及幾乎所有的業(yè)務(wù)部門，全力展開工作，所用計算機1秒鐘的計算能力達到了60萬億次。

　　專項組首先根據(jù)現(xiàn)場需求建立預(yù)測模型、進行初步預(yù)測，然后通過把結(jié)果和現(xiàn)場實際測量數(shù)據(jù)對比，來不斷校驗、優(yōu)化模型，直到預(yù)測越來越接近實際情況。

　　尹海卿說，新問題的出現(xiàn)對預(yù)測提出了更高的要求，是一個小范圍精確預(yù)報，這對預(yù)報工程來講，難度很大。針對現(xiàn)場的海流變異，安裝沉管既要避開上面流大的時候，也要避開下面流大的時候，尤其是兩個管節(jié)必須要在水底流速最小的時候才能對接，這就要求既有大的窗口期，又有小的窗口期。

　　對海洋環(huán)境預(yù)報中心來講，也是個全新的任務(wù)：好比讓一個鍛鑄刀劍的鐵匠制造一個繡花針。加班加點一個多月，項目組有了基本穩(wěn)定的預(yù)報。期間，國家海洋環(huán)境預(yù)報中心總工等技術(shù)專家多次到現(xiàn)場督戰(zhàn)。模型確定后， 6月29日，13套深槽海流觀測儀器自浙江杭州由專車運至觀測現(xiàn)場，展開管節(jié)基槽內(nèi)測流工作，為提高對接窗口預(yù)報精度。

　　大塊頭需要大智慧

　　對于林鳴來說，難題還沒有解決。有了國家海洋環(huán)境預(yù)報中心的專項支持，自己就有了海流的完整信息，但是，在海流的作用下， 8萬噸的沉管從海面沉放到40多米海底的過程中，會是怎樣的狀態(tài)？這是個更嚴重的問題。

　　整個安裝靠纜系控制，就好像吊鉛球一樣，吊得越高，線就越長，鉛球越容易擺動。沉管是靠水面上的安裝船的纜吊著緩緩下沉、安裝，在海流作用下，沉管會發(fā)生擺動，這就要實時監(jiān)測沉管的姿態(tài)，確保安裝不能有一絲偏差。

　　尹海卿說，管子入水之后，怎樣運動，速度和加速度是多大，橫向搖了還是縱向擺了，擺動頻率是多少，這些信息需要實時掌控，擺動大了，就要停下來穩(wěn)一穩(wěn)。

　　掌握這些信息，就要眼睛。

　　沉管這個大家伙，振動的幅度很小，振動又非常緩慢，專業(yè)術(shù)語叫低頻長周期振動。尹海卿說，一個擺動可能要100多秒，一共就擺動了10厘米，很難精確測量。清華大學(xué)、上海交大等高校的研究所都有高精度的振動測試平臺。但是聯(lián)系了多家科研機構(gòu)都說干不了。要么是沒有技術(shù)，要么是沒有設(shè)備，要么是沒有合適的方法。尹海卿也曾聯(lián)系國家地震檢測機構(gòu)尋求幫助，但是那里的傳感器也只能測量0 . 07赫茲的振動。而沉管的擺動頻率可能會是0 . 01赫茲。

　　2014年5月27日，北京香山北麓一棟不起眼的小樓里，中航工業(yè)北京長城計量測試技術(shù)研究所研究員邵新慧接到了電話，港珠澳大橋島隧工程請求技術(shù)支援，檢測深海沉管運動姿態(tài)。

　　這個名不經(jīng)傳的機構(gòu)，業(yè)務(wù)卻絕對是“高精尖” ：為航空航天提供計量測試技術(shù)保障與支撐。為土木工程提供技術(shù)服務(wù)，是不是有點牛刀小試？不過邵新慧覺得心里沒底，十余年的工作經(jīng)驗里，都是在做天上的傳感測量，從來沒有在深水里做過震動測量，更何況這次是水下40米。幾番思索下，邵新慧決定迎接挑戰(zhàn)。

　　林鳴也赴北京專程拜訪中航工業(yè)計量所，一番交流后，港珠澳大橋建設(shè)面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)，也讓中航工業(yè)計量所感到意外。隨后，一個由副所長牽頭、骨干成員組成的參與港珠澳大橋?qū)ｍ椦芯啃〗M成立了。

　　沉管就像海底的大鐘擺，需要精確測量其左右、上下以及傾角方向上的擺幅。深水又導(dǎo)致了沉管運動的超低頻特點，如果傳感器沒有極高的靈敏度，壓根不可能測到。邵新慧曾參與某導(dǎo)彈項目，頻率精度只需要達到0 . 1赫茲。

　　沉管在安裝之前要進行幾十個小時的準(zhǔn)備工作，測量儀器在水中時間長了可能會出現(xiàn)虛假波動，即“零漂” ，影響測試結(jié)果。

　　這都要求，要選擇靈敏度極高的傳感器，才能實現(xiàn)精確測量。

　　中交港珠澳大橋島隧工程項目部也抽調(diào)水工領(lǐng)域?qū)＜医M成小組，與中航工業(yè)計量所專項組一同鉆進了北京的實驗室，廣泛調(diào)研后，對各個廠家的傳感器、陀螺等進行驗證。經(jīng)過六七天的實驗，終于選出了滿足項目需求的設(shè)備。國內(nèi)最先進的微機械陀螺和高速度傾角傳感器，以及航空航天導(dǎo)航制導(dǎo)專用設(shè)備，共同組成了為港珠澳大橋量身定做的沉管運動姿態(tài)實時監(jiān)測系統(tǒng)。

　　系統(tǒng)雖已初步成型，但這些設(shè)備是否真能測量出深海里的沉管微小運動“姿態(tài)” ？6月17日，中航工業(yè)計量項目組從北京前往珠海，奔赴港珠澳大橋項目，在桂山島進行實地檢驗。項目組模擬沉管水下振動，用所選儀器進行深水測量，并與全站儀的測量數(shù)據(jù)進行比對。實驗結(jié)果讓項目組十分欣慰。

　　7月6號，包含院士在內(nèi)的十幾位專家在中山開會，最終確定采用中航工業(yè)計量的沉管運動姿態(tài)實時監(jiān)測系統(tǒng)。

　　測量方案塵埃落定，接下來是緊鑼密鼓地籌備港珠澳大橋第11節(jié)沉管安裝測量工作。7月21日，港珠澳大橋島隧工程第11節(jié)沉管安裝中，邵新慧測得，沉管橫向擺幅在1毫米以內(nèi)，垂向擺幅在2厘米以內(nèi)。這一實時監(jiān)測系統(tǒng)，就像深海中的眼睛，時刻緊盯沉管運動姿態(tài)。得益于該系統(tǒng)，一旦沉管擺幅較小時，項目部能夠抓準(zhǔn)時機進行對接。最終，第11節(jié)沉管實現(xiàn)了精確對接。

　　“能為世紀(jì)工程保駕護航，我很榮幸?！鄙坌禄坌Φ?。對中航工業(yè)計量所來說，港珠澳大橋項目是其首次進行深水測量的重大突破，為今后低頻長周期的測量提供了寶貴的經(jīng)驗。島隧工程項目團隊終于從近5個月的焦慮、無助中闖關(guān)成功。這段壓力幾乎讓他崩潰的日子中，林鳴有了兩個額外的小收獲：“我明白了為什么陳景潤會撞到樹上，我也對精神病的形成機理有了一點體會。 ”原標(biāo)題:當(dāng)前2014.07.31[第243期]