港珠澳大橋島隧工程從設(shè)計(jì)階段就考慮珠江口

　　瀾滄江—湄公河航道二期整治工程前期工作中國、緬甸、老撾、泰國四國審查會議。

　　10月23日，港珠澳大橋正式開通。交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究院（簡稱部天科院）港口水工建筑技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室（簡稱港口水工實(shí)驗(yàn)室）積極參與大橋島隧工程建設(shè)，從前期海床演變分析研究、人工島及橋墩局部動床沖刷物理模型試驗(yàn)，到中后期鋼圓筒施工期局部動床物理模型試驗(yàn)，沉管安放基槽回淤監(jiān)測與分析預(yù)報(bào)研究工作，都付出了艱辛勞動與智慧結(jié)晶。

　　近日，港口水工實(shí)驗(yàn)室通過國家發(fā)展和改革委驗(yàn)收。據(jù)部天科院副院長兼總工程師、實(shí)驗(yàn)室主任張華慶介紹，實(shí)驗(yàn)室圍繞港口大型化、深水化、專業(yè)化碼頭建設(shè)和老碼頭安全運(yùn)行需求，在港口航道防淤減淤、水下深厚軟土地基處理、深水碼頭防波堤建造、老碼頭升級改造及安全評估等取得諸多技術(shù)突破，為港珠澳大橋島隧工程、長江口深水航道等國家重大水運(yùn)工程建設(shè)和天津港、黃驊港、洋山深水港等港口航道安全運(yùn)營提供了科技支撐，服務(wù)交通運(yùn)輸行業(yè)創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享發(fā)展。

　　部天科院院長、實(shí)驗(yàn)室管理委員會主任張華勤表示，港口水工實(shí)驗(yàn)室的成功建設(shè)，得益于國家發(fā)展和改革委、交通運(yùn)輸部等主管部門的指導(dǎo)和支持，得益于天津大學(xué)、中交航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院、中交航務(wù)工程局、天津港（集團(tuán)）有限等實(shí)驗(yàn)室共建單位的協(xié)作和配合。實(shí)驗(yàn)室組建了行業(yè)、專業(yè)結(jié)構(gòu)合理的創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，建立了產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同創(chuàng)新機(jī)制，實(shí)施科研工程和“走出去”戰(zhàn)略。實(shí)驗(yàn)室開展了重大工程關(guān)鍵技術(shù)問題科技攻關(guān)和行業(yè)發(fā)展前瞻性問題研究，破解了復(fù)雜河口深水航道淤積、跨海通道隧道基槽回淤監(jiān)測預(yù)報(bào)、大比尺波浪水槽試驗(yàn)?zāi)�擬等重大關(guān)鍵技術(shù)問題，為“長江經(jīng)濟(jì)帶”“一帶一路”倡議和交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展提供了支撐和保障。

　　“港口是主要的貨物集疏運(yùn)樞紐，我國90%以上進(jìn)出口物資要在沿海港口中轉(zhuǎn)，進(jìn)口原油、進(jìn)口鐵礦石95%以上由海運(yùn)通過港口完成。”張華慶說，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國港口建設(shè)技術(shù)總體上處于世界先進(jìn)水平。港口水工實(shí)驗(yàn)室在水動力、泥沙、地基基礎(chǔ)研究和港口建設(shè)等技術(shù)領(lǐng)域?qū)嵙π酆�，技術(shù)出口至韓國、馬來西亞等亞洲國家和南非、塞拉利昂等非洲國家。他指出：“國際海運(yùn)業(yè)的發(fā)展和港城關(guān)系的協(xié)調(diào)，離岸深水港的建設(shè)和老舊碼頭更新改造及安全運(yùn)營，都將提出新的技術(shù)要求。”

　　隨著沿海港口的大規(guī)模建設(shè)，我國近岸建設(shè)深水港的優(yōu)良港址越來越少，新建港口航道不得不選擇在淤泥淺灘、水流條件復(fù)雜的大型河口、島礁群等區(qū)域。近海區(qū)域?yàn)┩抠Y源豐富，但水深等自然條件較差，建設(shè)掩護(hù)條件良好、陸域廣闊、運(yùn)營安全的深水港較為困難，港口建設(shè)要面臨航道淤積、水下深厚軟粘土地基穩(wěn)定性等問題。離岸深水港及深水防波堤建設(shè)，將會面臨地質(zhì)條件差、大風(fēng)強(qiáng)浪造成施工條件惡劣，以及船舶通航和靠泊作業(yè)安全等問題。

　　隨著國家對生態(tài)環(huán)境保護(hù)重視程度的提升，岸線成為重要的自然資源。為保護(hù)岸線、提高碼頭岸線使用率，對于老港區(qū)碼頭進(jìn)行升級改造提高靠泊能力或恢復(fù)岸線開發(fā)旅游觀光帶，成為老港區(qū)發(fā)展和協(xié)調(diào)港城關(guān)系的重點(diǎn)。因此，對老港區(qū)碼頭改造和恢復(fù)岸線存在較大的技術(shù)需求。

　　據(jù)了解，使用年限超過30年的高樁碼頭在船舶撞擊、作業(yè)荷載、海水侵蝕等條件作用下，基樁、橫梁、面板等構(gòu)件會存在損傷情況，影響結(jié)構(gòu)安全運(yùn)營。板樁碼頭的鋼板樁及錨定結(jié)構(gòu)銹蝕問題、重力式碼頭基床遭到水流沖刷基礎(chǔ)穩(wěn)定性問題等，都會影響碼頭安全運(yùn)營。這就需要定期對結(jié)構(gòu)物及地基基礎(chǔ)進(jìn)行檢測、分析評估其安全性，對不安全情況采取加固措施，或?qū)κ褂脳l件予以限制，以保證其安全運(yùn)行。

　　10月10日，中央財(cái)經(jīng)委員會第三次會議提出，要實(shí)施海岸帶保護(hù)修復(fù)工程，建設(shè)生態(tài)海堤，提升抵御臺風(fēng)、風(fēng)暴潮等海洋災(zāi)害能力�！昂０稁зY源豐富且生態(tài)環(huán)境敏感脆弱，既是高生產(chǎn)力地區(qū)，又是生態(tài)保護(hù)的重點(diǎn)區(qū)域�！辈刻炜圃嚎萍继幪庨L趙洪波認(rèn)為，協(xié)調(diào)海岸帶開發(fā)與保護(hù)的關(guān)系，將是重要的科研方向。隨著海洋強(qiáng)國建設(shè)的推進(jìn)實(shí)施，我國將推進(jìn)島礁開發(fā)建設(shè)。島礁地形復(fù)雜，波浪與防護(hù)工程研究是水工建筑領(lǐng)域一個(gè)嶄新的課題。

　　隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和對外投資的增加，我國參與建設(shè)的海外工程越來越多，阿聯(lián)酋、意大利、斯里蘭卡等國的港口建設(shè)都可見到中國人的身影�！坝《妊箫L(fēng)浪與太平洋風(fēng)浪特征大不相同，建設(shè)斯里蘭卡、孟加拉等國港口及其防波堤，要面臨涌浪、長周期波等技術(shù)難題�！辈刻炜圃汉Ｑ笏畡恿χ行闹魅侮悵h寶研究員表示，隨著“一帶一路”倡議的推進(jìn)實(shí)施，海外水運(yùn)工程建設(shè)的諸多技術(shù)難題需要解決。

　　“港口航道建設(shè)諸多難題的解決，需要科研、設(shè)計(jì)、施工、使用單位緊密結(jié)合�！睆埲A勤認(rèn)為，港口水工實(shí)驗(yàn)室集科研、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營管理等單位于一體，通過開展科技研發(fā)解決港口水運(yùn)工程建設(shè)技術(shù)問題，通過科技成果轉(zhuǎn)化，為我國及海外水運(yùn)工程建設(shè)和發(fā)展提供技術(shù)支持和保障。

　　走進(jìn)部天科院臨港基地，遠(yuǎn)遠(yuǎn)就看見一條長龍橫臥在實(shí)驗(yàn)場上，這是國之重器、港口水工實(shí)驗(yàn)室核心設(shè)施之一——大比尺波浪試驗(yàn)水槽。

　　近年來，我國在遠(yuǎn)海珊瑚礁周圍建設(shè)了碼頭、燈塔、通信、氣象等基礎(chǔ)設(shè)施�！吧汉鹘概c周邊深海水深差明顯，距離珊瑚礁幾百米左右，水深能夠增大到數(shù)百米甚至上千米�！贝蟊瘸卟ɡ怂�槽實(shí)驗(yàn)室副主任陳松貴博士說，這種地形上的波浪力量很強(qiáng)，必須建立堅(jiān)固的防波堤。技術(shù)人員利用大比尺波浪水槽，通過水槽物理模型實(shí)驗(yàn)，掌握了島礁波浪運(yùn)動規(guī)律。

　　不僅如此，大比尺波浪水槽還可以模擬多種工程。據(jù)陳松貴介紹，大比尺波浪水槽自投入運(yùn)行以來，完成新型雙箱浮式防波堤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和消浪效果原型試驗(yàn)、惡劣水文條件下港口水工結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)理和設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化研究、島緣陡變地形與極淺水波浪沖擊作用機(jī)理研究等10余項(xiàng)省部級科研課題，引領(lǐng)了大比尺物理模型試驗(yàn)技術(shù)發(fā)展。

　　“港口水工實(shí)驗(yàn)室的另一個(gè)核心設(shè)施，是500g·t土工離心機(jī)。”部天科院巖土中心副主任張宇亭博士說，該土工離心機(jī)目前是國內(nèi)的，具有模型比尺大、實(shí)驗(yàn)精度高等特點(diǎn)，且配置國際先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、開展動力離心模型試驗(yàn)的振動臺以及3自由度加旋轉(zhuǎn)的4軸機(jī)械手。

　　據(jù)介紹，土工離心模型試驗(yàn)作為一種可再現(xiàn)原型特性的試驗(yàn)方法，是目前的研究巖土材料在復(fù)雜靜、動應(yīng)力下物理力學(xué)性能的手段，可以模擬建筑物在未來運(yùn)行中可能發(fā)生的形變，助力解決我國水運(yùn)工程領(lǐng)域的巖土工程問題。

　　張宇亭舉例說，瓊州海峽水深接近200米，建設(shè)海峽隧道存在施工安全風(fēng)險(xiǎn)，既有理論也面臨諸多新問題和挑戰(zhàn)。為此，部天科院通過土工離心模型試驗(yàn)，研究高水壓條件下開挖面穩(wěn)定機(jī)理和合理支護(hù)壓力設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)，為瓊州海峽隧道建設(shè)論證提供理論支撐。此外，土工離心機(jī)還可以為老舊碼頭安全運(yùn)行提供保障。據(jù)了解，技術(shù)人員利用土工離心機(jī)，建立帶缺陷樁高樁碼頭前承臺等模型，研究樁身彎矩、結(jié)構(gòu)位移等，并為老碼頭安全運(yùn)營提供保障。

　　港珠澳大橋如蜿蜒巨龍跨越伶仃洋，在交通史上寫下濃墨重彩的華章。大橋島隧工程可謂在大海深處“穿針”，需要面臨海洋泥沙回淤這個(gè)世界性工程難題。海底泥沙回淤，但是E15沉管安裝時(shí)，隧道基床泥沙淤積超過標(biāo)準(zhǔn)值，工程被迫中止。

　　部天科院臨危受命，成功分析導(dǎo)致基槽發(fā)生異常淤積的泥沙來源，并建立沉管基槽“回淤預(yù)警預(yù)測系統(tǒng)”，提前7天預(yù)報(bào)泥沙淤積精度達(dá)到厘米級，為E15至E33共19個(gè)管節(jié)的沉管安放提供保障。“我們的泥沙淤積預(yù)報(bào)，是及時(shí)的、準(zhǔn)確的、成功的。”部天科院海岸河口工程研究中心主任楊華研究員自豪地介紹，該技術(shù)方法將進(jìn)一步研發(fā)創(chuàng)新，推廣應(yīng)用到深中通道的工程建設(shè)中。

　　與之相呼應(yīng)，在長江口深水航道建設(shè)這個(gè)水運(yùn)交通重大工程中，部天科院也立下汗馬功勞。據(jù)了解，在深水航道三期工程中，建設(shè)方投入超過二期工程兩倍的疏浚力量，把北槽航道從10米疏浚到12.5米。開挖過程中回淤量比原先預(yù)測大得多，航道增深至12.5米后，回淤卻使水深一度徘徊在10米上下，回淤研究成了頭等難題。

　　楊華回憶，他們與建設(shè)者及科研同行共同攻關(guān)，利用港口水工實(shí)驗(yàn)室港口航道防淤減淤研發(fā)平臺，開展現(xiàn)場觀測、室內(nèi)試驗(yàn)、理論分析及數(shù)值模擬，研究來水來沙條件變化、河床演變、水沙輸移等因素對長江口深水航道回淤的影響。

　　經(jīng)過不懈努力，他們分析了南港、圓圓沙和北槽航道回淤的主要泥沙來源、常態(tài)回淤時(shí)空分布的主因，指明近期宜采取攔截南導(dǎo)堤越堤泥沙、遠(yuǎn)期采取調(diào)整口門方位優(yōu)化水流結(jié)構(gòu)的減淤思路。部天科院的研究成果，與其他眾多團(tuán)隊(duì)研究成果一起，為南導(dǎo)堤加高工程的決策、實(shí)施以及未來長江口深水航道治理思路提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。終，長江口巨輪暢行，東方大港化繭成蝶，百年夢想，一朝夢圓。

　　眾所周知，我國沿海地區(qū)泥沙構(gòu)成復(fù)雜，優(yōu)良的建港條件相對較少。許多港口坐落在粉沙質(zhì)、淤泥質(zhì)、多沙河口等泥沙運(yùn)動活躍的海岸沿線，港口航道防淤減淤問題突出。作為重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，港口水工實(shí)驗(yàn)室在防淤減淤技術(shù)方面，開展了一系列的工作。

　　港口水工實(shí)驗(yàn)室研究黃驊港、京唐港等粉沙質(zhì)海岸泥沙運(yùn)動規(guī)律及工程應(yīng)用；依托連云港港30萬噸級航道、天津港復(fù)式航道等港口工程，對淤泥質(zhì)海岸泥沙運(yùn)動開展系統(tǒng)研究�？偨Y(jié)多項(xiàng)研究成果，港口水工實(shí)驗(yàn)室研發(fā)人員研發(fā)了大氣、波浪、潮流和徑流全動力過程泥沙數(shù)值模擬系統(tǒng)，成果成功應(yīng)用于濱州港、東營港等粉沙質(zhì)海岸港口和長江口、鴨綠江河口、遼河口等多沙河口航道工程中。

　　依托重大、重點(diǎn)工程項(xiàng)目，部天科院港口水工實(shí)驗(yàn)室在港口航道防淤減淤技術(shù)上開拓創(chuàng)新，取得了一批重大科研成果，解決了一批重大、重點(diǎn)工程項(xiàng)目的泥沙問題，為水運(yùn)業(yè)的發(fā)展提供了科技支撐。

　　伴隨中國“一帶一路”倡議的落地，我國參與了越來越多的海外工程建設(shè)，這就需要科研人員掌握更多印度洋、太平洋、大西洋等海洋水動力特征。

　　“全球水動力要素分析系統(tǒng)的建立，是重要的一步�！辈刻炜圃汉Ｍ獠恐魅蝿⒑３刹┦空f，依據(jù)該系統(tǒng)，技術(shù)人員可以快速分析深水海域的海洋多要素條件包括風(fēng)、浪、流、溫、鹽，重點(diǎn)研究全球海域臺風(fēng)特征及海上絲路涉及的海洋特征。目前，該系統(tǒng)已應(yīng)用于國外港口、濱海電站及島橋等項(xiàng)目建設(shè)中。

　　“孟加拉國吉大港海港建設(shè)，面臨很多技術(shù)難題�！标悵h寶舉例說，孟加拉灣海域地形獨(dú)特，海洋洋流對海岸侵蝕明顯，河口水流分叉多，泥沙運(yùn)動更加復(fù)雜，防波堤、防沙堤建設(shè)更加困難。部天科院憑借港口航道回淤研究成果、印度洋水動力分析成果及斯里蘭卡防波堤建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，將助力孟加拉國吉大港海港建設(shè)。

　　不僅如此，部天科院還為港口防災(zāi)減災(zāi)及安全運(yùn)營提供技術(shù)支持。據(jù)了解，海上絲路涉及的我國南海、太平洋、北印度洋風(fēng)暴災(zāi)害頻發(fā)，嚴(yán)重影響沿岸城市的堤防、港口運(yùn)營、人民生命財(cái)產(chǎn)安全。以孟加拉灣為例，該地區(qū)地勢低平、海岸呈喇叭狀，易受到海水入侵。這就需要研究海浪洋流運(yùn)動規(guī)律及相互作用，進(jìn)而為近岸涉海工程防災(zāi)減災(zāi)提供基礎(chǔ)科學(xué)依據(jù)。

　　近年來，部天科院港口水工實(shí)驗(yàn)室與水路綠色建設(shè)與災(zāi)害防治國際科技合作技術(shù)基地相配合，圍繞“一帶一路”海浪預(yù)報(bào)、風(fēng)浪流耦合作用開展研究，并依托全球范圍內(nèi)的涉海工程項(xiàng)目，為工程建設(shè)論證及規(guī)劃設(shè)計(jì)提供了可靠科研基礎(chǔ)支撐。經(jīng)過40多年發(fā)展，部天科院已成為水運(yùn)工程科研領(lǐng)域中國技術(shù)“走出去”的典范，猶如海上絲路的“定海神針”，為沿岸港口工程建設(shè)與發(fā)展帶來和平與安寧。

　　“在交通強(qiáng)國建設(shè)征程中，我國將在特殊重大工程建設(shè)、交通通道能力提升等方面要攻克一批關(guān)鍵技術(shù)，這就需要充分發(fā)揮科技創(chuàng)新的支撐引領(lǐng)作用�！睆埲A勤認(rèn)為，當(dāng)前和未來一個(gè)時(shí)期，交通運(yùn)輸水運(yùn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和養(yǎng)護(hù)技術(shù)難度加大，建設(shè)、養(yǎng)護(hù)、管理和服務(wù)協(xié)調(diào)發(fā)展任務(wù)艱巨，這都提出了新的技術(shù)需求。

　　黨的十九大報(bào)告提出“堅(jiān)持陸海統(tǒng)籌，加快建設(shè)海洋強(qiáng)國”�！白呦蚝Ｑ笫敲褡逭衽d、國家富強(qiáng)的必由之路。”張華勤表示，我國既是陸地大國，也是海洋大國，擁有廣泛的海洋戰(zhàn)略利益。目前，我國海洋事業(yè)總體上進(jìn)入了歷史上的發(fā)展時(shí)期，為我們建設(shè)海洋強(qiáng)國打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。助力建設(shè)海洋強(qiáng)國，港口水工實(shí)驗(yàn)室將加強(qiáng)應(yīng)用技術(shù)研究，解決國家水運(yùn)重大工程建設(shè)和“一帶一路”沿線水運(yùn)工程項(xiàng)目建設(shè)中遇到的難題。

　　目前，中交懸浮隧道工程技術(shù)研究組工作正穩(wěn)步推進(jìn)，部天科院為懸浮隧道研究量身定制的試驗(yàn)水池也將啟用，標(biāo)志著懸浮隧道物理模型試驗(yàn)研究工作全面展開。據(jù)趙洪波介紹，部天科院將參與8項(xiàng)核心專題工作，研發(fā)數(shù)值模擬技術(shù)和物理模型試驗(yàn)技術(shù)，構(gòu)建懸浮隧道相關(guān)理論體系，為懸浮隧道的研發(fā)提供科學(xué)依據(jù)，提升重大工程技術(shù)領(lǐng)域的核心競爭力。

　　“懸浮隧道是未來一段時(shí)間的研究熱點(diǎn)，代表著世界水工建筑領(lǐng)域的水平�！睆埲A慶說，懸浮隧道是特大型跨海橋隧及海上構(gòu)筑物的代表之一。未來，海上城市、海上機(jī)場等海上浮動建筑物，和懸浮隧道、海底隧道等海下建筑物會越來越多，而它們都要面臨惡劣的水文泥沙環(huán)境。

　　港口水工實(shí)驗(yàn)室圍繞提升特大型跨海橋隧、海上構(gòu)筑物等工程建設(shè)的安全保障能力，重點(diǎn)研究精細(xì)化風(fēng)浪流模擬預(yù)報(bào)技術(shù)，復(fù)雜環(huán)境中的水文、泥沙觀測分析及災(zāi)害評估技術(shù)，深基槽泥沙淤積高精度預(yù)報(bào)技術(shù)和施工期相關(guān)保障技術(shù)等。

　　港口水工實(shí)驗(yàn)室致力于瞄準(zhǔn)港口水工建筑技術(shù)世界前沿問題，加強(qiáng)基礎(chǔ)性、前瞻性研究，引領(lǐng)科技前沿。港口水工實(shí)驗(yàn)室將進(jìn)一步提升服務(wù)國家戰(zhàn)略的能力，提高支撐交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展的實(shí)力，引領(lǐng)國際港口工程領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展，服務(wù)我國交通強(qiáng)國、海洋強(qiáng)國建設(shè)和國際港口工程建設(shè)技術(shù)發(fā)展。
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