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梦桥——记港珠澳大桥岛隧工程项目副总经理、设计总负责人刘晓东校友

发布者:李震发布时间:2018-01-22浏览次数:13

“你把桥放在梦中,我把梦放在桥上。你筑一个有形的梦,我筑一个无形的桥……”这段颇有哲理的歌词源自《梦桥———港珠澳大桥之歌》。桥,变天涯为咫尺,自古以来就凝聚着人们的无限情结。

港珠澳大桥,就像是一个中国结,连起了中国人的情结。它东连香港,西接珠海、澳门,集桥、岛、隧为一体,一国两制连三地,是当今世界最长的超级跨海工程。2017年5月2日22时许,伶仃洋上,重达6000吨的最终接头像“楔子”一样将海底隧道连为一体,这意味着被英国《卫报》誉为“现代世界七大奇迹”之一的世界最长跨海大桥———港珠澳大桥主体工程将全线贯通。

  港珠澳大桥也是“我国继三峡工程、青藏铁路、南水北调、西气东输、京沪高铁之后又一重大基础设施项目”,是中国实现由桥梁大国到桥梁强国跨越的里程碑。其中,由中国交通建设股份有限公司联合体采用设计施工总承包模式承建的岛隧工程,包括东、西人工岛、沉管隧道三大部分,是大桥的控制性工程,也是整个大桥建设中难度最高的关键所在。

岛隧工程结合、超大管节预制、复杂海洋条件下管节的浮运和沉放、高水压条件下管节的对接以及沉管的水密性及耐久性、隧道软土地基不均匀沉降控制,无一不是当今世界交通工程建设技术的顶级难度挑战。担纲这一世界级工程设计的总负责人,就是我校杰出校友、港珠澳大桥岛隧工程项目副总经理、施工图设计总负责人刘晓东。  

一、“超级样板”工程

港珠澳大桥是一座桥—岛—隧一体的大桥。主体工程由长22.9公里的桥梁和6.7公里的海底隧道组成,隧道两端建有东、西两个人工岛。去年9月,主体桥梁合龙;技术和施工难度更大的海底隧道工程一直在紧锣密鼓的进行中。这条隧道是我国第一条于外海建设的超大型沉管隧道,由33个巨型沉管组成。每节管道长180米,宽37.95米,高11.4米,单节重约8万吨,几乎与一艘航母的体量相当。

2013年5月6日,首节沉管顺利与西人工岛暗埋段对接,完成“海底初吻”。历时近四年,今年3月7日,随着第30节沉管沉入海底,全部33节沉管安装成功。隧道工程“最终接头”安装完成,意味着港珠澳大桥主体工程即将全线贯通。这为大桥全线通车赢得了重要保障。届时,香港至珠海的陆路通行时间将由3小时变成半小时。

  眼看着大桥在自己负责的图纸上即将变为现实,为之付出多年努力的大桥即将建成,刘晓东心潮澎湃。从不玩发朋友圈的他也在微信上告诉大家沉管全部安装完成的消息。

作为连接香港、珠海和澳门的超大型跨海通道,从研究、设计、施工到最终接近完成,港珠澳大桥历经十余年的漫长的岁月。在这过程中,设计者、建设者们承担着难以想象的压力,遭遇过原有设计方案不符合实际情况、沉管沉放“三次回拖两次安装”等各种问题,也面临着新设计方案不被理解,外在因素导致需要多方沟通的局面。最终,诸多问题被一一克服,中国的工程师们以脚踏实地、勇于创新、不断挑战自我的精神,让这一中国的“超级样板”工程一步步地开始展示她的曼妙身姿。

二、滴水不漏的海底隧道

港珠澳大桥的岛隧工程从某种意义上来说是建筑史上的奇迹:需要试验及需突破界限部分占到工程总量的一半,以及为应对特殊挑战实现技术创新占工程总量的15%,这么多复杂而高端的技术最重要的目标之一是确保海底隧道不能漏水。

  国际资深沉管隧道专家、荷兰隧道工程咨询公司的汉斯·德威特认为:“在全球范围来说,设计隧道时都要确保水密性。但是,建造几公里长而且保证100%水密性的隧道又是另外一回事。在许多国家,隧道所有者和设计师都明白建造100%水密的隧道意味着什么样的挑战。”一位欧洲著名隧道专家依据经验给出一个数值:全世界的节段式沉管漏水率平均值为10%左右。也就是说,10个接头中有一个漏水。这位专家认为,目前尚没有沉管隧道100%不漏水的纪录。港珠澳大桥隧道共要制造安装33节沉管,几百道工序不仅环环相扣,还要重复千百遍,只要一个环节出问题,漏水将不可避免。

  然而,中国人做到了!

  自1928年人类工程史上修建第一条钢筋混凝土沉管隧道以来,沉管制作的工具箱里只有刚性和柔性两种方法。

  刘晓东用积木给出通俗易懂的比喻:“刚性结构好比一块长条积木,而柔性结构好比乐高小块积木拼接的积木条。刚性缘于是整体结构,使接头漏水的概率减小,但如果地基出现沉降,大体量沉管受力不均匀出问题的概率也随之增大。而柔性结构是用小管节串成一个大管节,比刚性结构应对沉降有明显优势。无论是选择哪种结构,最终目的是为应对地基发生不均匀沉降时,最大程度减少对海底隧道的影响。”

  在大桥前期设计阶段,国际知名岛隧咨询公司的专家们比较两种结构,认为无论哪种方案对港珠澳大桥隧道都存在一定的问题。对此,权威隧道专家给出“深埋浅做”的两个解决方案,其一,是在沉管顶部回填与水差不多重的轻质填料,这需要增加十多亿元人民币投资,工期也将延长;其二,是在120年运营期内控制回淤物厚度,进行维护性疏浚,维护费数十亿元人民币。

  这样做代价太大,中国工程师心有不甘。最终,工程采取了“半刚性”这个听起来很“哲学”的方案。尽管这个天方夜谭似的方案备受责疑,但是在刘晓东等工程技术人员的努力下,“半刚性”只花费了极小的代价就把沉管深埋的构想变成了现实。从此,世界百年沉管结构的工具箱除了已有的“刚性”“柔性”之外,增加了“半刚性”的新成员。

三、对失误零容忍

港珠澳大桥是一项前所未有的超级工程,工程师们在进行工程设计时发现,整个工程的很多方面从设计理念、设计图纸、施工方案等没有先例可以借鉴,既有的工具箱中并没有可用或者适合的工具。由此他们面临着要自己不断创造新方法、制造新工具的处境。

建设的过程是不可逆的!因此,在港珠澳大桥建设者们的心中,必须严苛到不允许任何试错,只能成功,因为一旦将错误铸成事实,谁都没有能力去纠正。这是一项对失误和错误零容忍的工程。刘晓东这样解读:“作为工程的实施者与承包人,做工程必须要把工程的风险和质量放在第一位。这是基于对工程属性的认识:第一,岛隧组合工程我们之前并没有做过;第二,深海沉管隧道工程在属性上归类为高风险工程,我们心存敬畏之心。与陆上的工程相比,在海洋里施工,人与自然的力量对比悬殊,在海浪、海流、台风、气候面前非常渺小,可以说是风险无处不在,对此我们有清醒的认识。第三,在连接粤港澳三地区域内施工,我们不能出任何问题,这个工程国际关注度非常之高。如果我们对上述问题考虑不周到,工程出现那么一点点差错,首先是代价和时间不可控,而且,失误将是不可逆转的。”

  对失误零容忍是工程必须要有的首要指导思想!

  刘晓东从不盲从国外工程师的经验,也绝不给任何人,包括他自己留面子。他常说:“只有不给自己留面子,才能给世纪工程挣面子!”他记得交通运输部的专家组组长,时任交通部副部长冯正霖说过:“我们没做过的事情,没经验的事情,希望是试验先行。”对此,刘晓东的理解是,如果我们没有把握更谈不上经验,一定先要通过试验研究清楚再实施。

2010年中标后,项目组在青岛做过一次典型试验。原来工程设计的隧道基础是“钢减沉桩”,就是在海底打桩,上面铺上桩帽,桩帽上面再铺碎石,之后把沉管放在上面。这个方案可行吗?但是,这个方案是外国专家给的,他们说能做成。中国工程师也希望能够成功,但是经过试验发现,如果按照他们的方案做,相当于给港珠澳大桥的海底隧道建设挖了一个很大的陷阱。之后,通过研究分析,工程改用了复合地基作为沉管隧道基础的设计施工方案,这在国内也是首次。

就这样,为确保工程一次完成,刘晓东和工程技术人员一起一次次地推翻了原有的方案,创造了在一个工程中更改九成以上原设计方案的纪录,目的是使所有的风险可知可控。正是在这样的氛围中,项目组对找出的问题进行了很多次试验,真正确保了对失误的容忍,也确保了工程万无一失。

四、半道出家的“晓东总”  

  作为港珠澳大桥岛隧工程项目副总经理、施工图设计总负责人,刘晓东负责港珠澳大桥隧道和人工岛的设计却是半道出家的。

  刘晓东1970年出生于江苏扬州。古城的水土也给刘晓东打上了清晰的烙印,行事风格,甚至发言讲话也带有浓重的家乡味道,儒雅俊秀的刘晓东常被同事们亲切地称为“晓东总”。2010年,是“晓东总”事业发展中一个具有重要意义的一年。

  这年里,已经在桥梁界有着一点知名度的刘晓东做出了职业生涯中的一个重大决定,放弃了驾轻就熟的桥梁设计工作,转入一个大多数中国工程师都陌生的领域,牵头负责港珠澳大桥隧道和人工岛的施工图设计,向超大规模沉管隧道这一世界级难题发起挑战。

  他坚信“道桥相通”!中国哲学特有的智慧早已融入了刘晓东的血液中。

  无疑,接受这一世界级工程挑战的勇气和将要承受的压力是常人难以想象的。面对困难,他不仅具备迎接挑战的勇气和信心,更具有接受挑战的“底气”:原来,早在6年前,刘晓东就开始负责港珠澳大桥前期研究工作。长期以来,他专注于港珠澳大桥项目研究及设计工作,先后主持完成了大桥工程可行性研究、总体方案深化研究和主体工程初步设计。

  十余年来,刘晓东为港珠澳大桥项目倾注了全部心血和深情厚爱。

  缺乏国内外海大型沉管隧道施工的案例和经验,没有现成的资料和文献可以借鉴和参考,从零开始,刘晓东开始了漫漫探索。在项目早期,他积极与有经验的国内外专家讨论、交流,收集国外大型外海岛隧工程建设资料,实地考察国外类似工程,虚心学习,潜心钻研,厚积薄发,“十年磨一剑”,为他今天领导岛隧施工图设计团队打下了坚实的基础。

回想起当初答应林鸣总经理邀请他做岛隧工程项目副总经理、施工图设计总负责人,刘晓东坦言:“确实是心里有两个矛盾,一个是舍掉原来十几年的专业,第二个可能做一个新的东西,没底,万一做的不成功怎么办。”后来的实践证明了刘晓东当初对于道桥相通的判断,工程力学这些很基础的知识在桥梁工程和隧道工程上是完全互通互用的,只是在工程实践中要时刻抓住主要矛盾、牢固树立“中庸之道”,努力建立辩证的“平衡的思想”。结果,刘晓东这个原本“做桥的”工程师改做隧道,打破了思维定势,克服了既定约束,给隧道工程带来很多原创性的技术革新。

五、“至善”的秘籍

作为超级跨海岛隧工巨大的压力,但是每每在工程的关键和紧张的时刻,都没有表现出一丝的焦虑和不安。在同事看来,他们的“晓东总”总是平易近人、态度谦和、从不发脾气。在日夜奋战的现场设计室中,也从未见过刘晓东训斥或者当面批评过任何人。这源于自信的从容让他赢得了大家的尊重。

他是自信的,他对他的团队也给予了自信。但是,这种自信从何而来?这在他回母校的演讲中找到了答案。

2015年11月,东南大学在四牌楼校区举行仪式,聘请刘晓东为兼职研究员。仪式结束后,刘晓东为两百多位研究生做了一场主题为“港珠澳大桥总体设计与关键技术”的学术报告。当晚,刘晓东还来到九龙湖校区为本科生做了一场主题为“从工程实践看工程师素养培育”的课外研学讲座。两场演讲中,他介绍了港珠澳大桥“追求方案合理、坚持技术创新、实施设计精细化”的总体技术思想,并特别强调,他要求完成的施工图水平不输于任何一国际设计公司。他也回顾了母校的成长经历,特别是“止于至善”精神对于他成长路上的潜移默化。他给学弟学妹们不断传授着“至善”的秘籍。

在刘晓东看来,正是这种“至善”的品质,让他获得了自信的源泉。

刘晓东记得在校时,黄卫、邓学钧、邵容光、叶见曙等老师上课时,虽然没有高谈阔论地大谈“至善”,但在教学和科研中都表现出认真、踏实、严谨、敬业的品质。事实上,自著名桥梁专家茅以升上世纪初在我校创立工科以来,东南大学就不断探索办学、育人之道,积淀了优良深厚的工科教育传统。刘晓东在这里如鱼得水,刻苦学习,勤于思考,很快成为一名各方面全面发展的高材生。毕业后,他也把这种勤学上进的品德带到了工作岗位上。

从江阴大桥开始,刘晓东先后参与了厦门海沧大桥、武汉军山长江大桥、深港西部通道深圳湾大桥等多座桥梁的设计工作。他承担的工作也慢慢变得越来越重要。从最初的普通工程师,成长为能独挑大梁的主要设计师。辗转各地修建每一座新的大桥,刘晓东都好像要面临一场新的挑战。他认为:“每个桥都是一个新东西,挑战最大的是什么?就是要做没做过的事!”就是在不断的挑战中,刘晓东的桥梁理论功底和综合管理能力达到了一定的水平。他主持的多座著名特大桥设计,荣获多项国家级和省部级奖。

港珠澳大桥岛隧工程是刘晓东从桥梁设计转向隧道设计的一个转折。这不是一般的跨越,而是他人生路上又一个“至善”的顶点。  

经过十余年艰苦卓绝的建设,2017年底迎来了港珠澳大桥即将建成通车的喜讯。站在即将通车的桥上,刘晓东回想起了20年前收看香港回归祖国的动人场景。他没有想到自己会在某一天成为香港建设和复兴的一个重要成员。在刚刚结束的中共十九大上,习近平总书记多次强调指出的“美丽中国”宏伟目标凝聚了数亿国人奋力复兴中华的梦想。能为自己的祖国多献一份热血,能为自己的事业再加一份成功,能为自己的母校续添一份荣光,刘晓东感觉到无比的骄傲和自豪。他相信自己倾力参与建设的港珠澳大桥一定会像赵州桥那样成为后人敬仰的一个路标。

他又想起了《梦桥——港珠澳大桥之歌》:你把桥放在梦中……(


本文刊载于《东南大学报》 第1359期 2017年12月30日 第10版


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