美國深水航道建設(shè)用160年，中國只用12年，不負(fù)基建狂魔之名

遠(yuǎn)洋航行的巨輪，吃水深度常常有幾米甚至十幾米，這放在有幾千米深的海洋里自然是穿梭自如，可是船終究要靠岸，一旦進(jìn)入近海、江河、湖泊等近岸地區(qū)，這里水深相當(dāng)淺不說，并且還富于變化，這可怎么辦？

人們想到了一個辦法，那就是開挖出可供船只航行的、水深足夠的區(qū)域作為通航水域，這便是航道。

（一）長江口深水航道：世界上最大、最復(fù)雜的河口整治工程

在水中開挖出“道路”并不簡單，尤其是大型航道的修建，不僅工程量大，而且水下的環(huán)境時時受水流影響，不易控制，此外，航道的建設(shè)絕非一勞永逸，水流會不停地帶來泥沙，需要長期的監(jiān)測和定時清理。

但是，考慮到航運(yùn)的效率極高，所以航道的修建對于經(jīng)濟(jì)的貢獻(xiàn)是巨大的。從1998年開始一直持續(xù)到今天的長江口深水航道工程，顯著地提升了長江的通航能力和通航效率，將長江打造為了中國重要的運(yùn)輸大動脈，進(jìn)而加快了整個長江中下游的發(fā)展步伐。

長江口深水航道的整治難度是史無前例的。

首先，凡是有一定含沙量的河流，在入海口處都會有“攔門沙”，河口的攔門沙并不是一成不變的，而是隨著江水的流動，不斷堆積與流失形成的動態(tài)平衡系統(tǒng)。這使得長江口的沙灘始終沖淤不定，水勢復(fù)雜多變。在這種環(huán)境下，傳統(tǒng)的清淤裝備和工藝都不適用，工程實(shí)施起來風(fēng)險性極高，施工難度是空前的。

其次，作為世界上最大的河口，長江口的分汊河口更是給工程師們出了難題。河流是動態(tài)的，而施工還會改變這種動態(tài)。這么長的河道整治，先修哪兒，修多長，都會帶來江水流量、流速的改變，進(jìn)而影響后續(xù)的工作。

此外，航道的建設(shè)歷來是一項(xiàng)大工程。英國的塞納河整治到13.6米水深，耗時45年。美國的密西西比河航道整治到13.7米深，耗時160年。而中國人則要在12年內(nèi)完成這樣的壯舉。

（長江口深水航道示意圖）

（二）3.2億立方米的基建性疏浚土，堆成土堆可以繞地球8圈

大江入海的通道從不通暢。每年，從上游奔流而下的4.8億噸泥沙在長江口淤積，形成了約60公里的渾濁淺灘。這些攔河沙將長江的入海口層層分叉，讓長江口呈現(xiàn)了四口入海的態(tài)勢。但即使是這四個入海口，也是“里外深，中間淺”，攔門沙極其頑固地阻塞著航道。

從1978年開始，中國每年都對長江口航道進(jìn)行疏浚。但由于財力和技術(shù)都十分有限，只能將水深勉強(qiáng)維持在7米。

（常見的集裝箱船尺寸極大，甲板上的人只是幾個小像素點(diǎn)）

這意味著，2.5萬噸以上的海輪只能停在外海，無法通過長江口進(jìn)入上海港。然而，國際通用的集裝箱船已經(jīng)普遍達(dá)到了5-10萬噸，這意味著長江攔門沙將絕大多數(shù)的商船都攔在了國門之外，嚴(yán)重制約了國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

1998年1月，長江口水道治理工程正式開始，主要工程分三期實(shí)施，計劃分階段將航道水深增深到8.5米、10米和12.5米。

然而，對于長江口這個特殊地點(diǎn)來說，將航道向下挖深5.5米談何容易？淤泥剛挖出，新的泥沙馬上隨江水涌進(jìn)，周而復(fù)始，沒有窮盡。

清淤過程中，多學(xué)科科研人員聯(lián)合攻關(guān)，創(chuàng)建了考慮徑流、潮流、波浪和鹽水等多因素共同作用的全沙數(shù)學(xué)模型、航道回淤預(yù)測數(shù)學(xué)模型，開發(fā)了軟粘土地基在波浪重復(fù)荷載作用下軟化的加固處理技術(shù)等，借此科學(xué)有序地完成清淤工作，到2010年3月，全長92.21公里、底寬350-400米的12.5米深水道全線貫通，從此，5萬噸級船舶可以全天候通航，20萬噸級巨輪也可以乘潮通航，長江的“江海聯(lián)運(yùn)”真正得以實(shí)現(xiàn)。

有人統(tǒng)計過，從河口挖出的3.2億立方疏浚土如果按照1立方米的土堆依次排列，可整整繞地球8圈。

（三）工程量巨大，開發(fā)研制了多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)和設(shè)備

前面已經(jīng)提到，長江口深海航道建設(shè)是一項(xiàng)工程量巨大、建設(shè)難度極高的水運(yùn)工程，任務(wù)實(shí)施過程中，多項(xiàng)技術(shù)和設(shè)備都是專門針對這一工程而研制出來的。

1、大堤：新開發(fā)半圓型沉箱防波堤解決工程量大、缺少石料問題

水無常形。在天然河流中，水與河道都在不停地改變，無論是深淺還是走向。為了穩(wěn)定或改善河勢，人們會修建堤壩、護(hù)岸等建筑物，使得航道固定下來。這樣的建筑物被稱為河道整治建筑物。

這些建筑物是治理工程的關(guān)鍵，其中航道兩側(cè)固定航道的斜坡堤尤為重要。一般來說，在斜坡堤中，通常會采用大量的石塊來構(gòu)成主體。既施工方便，又具有很強(qiáng)的適應(yīng)能力和變形能力。但是，長江口航道工程量實(shí)在太過巨大，而周圍又缺少石料來源，拋石結(jié)構(gòu)的成本無法承擔(dān)。

因此，工程中采用了當(dāng)時最新開發(fā)的新型防波堤結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的下部是拋石基床，上部則是半圓形的混凝土預(yù)制殼。這種殼體堤壩重量輕，節(jié)省材料。運(yùn)輸時可以浮在水面上，輕松運(yùn)輸就位；到現(xiàn)場之后引水灌入，讓殼體沉下。這種堤巧妙地利用了曲形表面，能夠有效地消除海浪，抗波性能極好。

利用這種新型堤壩，工程有效地節(jié)約了資金并縮短了工期，同時還將工程質(zhì)量提高了。

（半圓體堤，表面布孔也有助于消除波浪）

2、定位和測量：大膽啟用GPS衛(wèi)星解決水上大范圍測量控制難題

任何土木工程的實(shí)施都需要精確的定位和測量。對于普通的建筑，工程師們只需要在陸地上架設(shè)測量儀器就可以進(jìn)行精準(zhǔn)定位。但航道工程距離陸地有5公里遠(yuǎn)，根本無法使用常規(guī)的測量手段進(jìn)行工程測量。在1998年，GPS定位還是個新鮮事，在國內(nèi)的使用更是少之又少。上海航道局與同濟(jì)大學(xué)測量系合作，經(jīng)過兩個多月的科研攻關(guān)，成功地運(yùn)用了GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)，建立了航道工程的控制網(wǎng)。這項(xiàng)科研成果一舉解決了遠(yuǎn)離陸地的水上大范圍測量控制的難題，為21世紀(jì)大型航道修建工程積累了寶貴的技術(shù)財富。

（長江口深水航道一期工程GPS控制網(wǎng)，圖片來自《長江口深水航道治理整治建筑物施工與關(guān)鍵技術(shù)研究》. 曹根祥）

除了建筑物工程的測量外，GPS也被用于進(jìn)行水下地形的測量，服務(wù)于航道的疏浚工作。由同濟(jì)大學(xué)支持開發(fā)的水下三維坐標(biāo)測量技術(shù)，運(yùn)用GPS，結(jié)合常規(guī)方法同步采集的測深數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理后，CAD可以自動繪制水下地形圖，整個過程完全自動化，無需人工干預(yù)。在長江口航道項(xiàng)目中，大膽嘗試的工程師們開始嘗到了信息技術(shù)為工程帶來的便利。

3、工程設(shè)備：研制專用船機(jī)設(shè)備克服工程量巨大難題

討論長江口航道工程，任何時候都離不開工程量的問題。許多本來簡單的工程面對如此巨大的工程量都變得困難起來。要克服如此巨大的工程量，靠落后設(shè)備和人海戰(zhàn)術(shù)必然是要失敗的。因此在開工之前，工程方面就開始研制各項(xiàng)工程所需的專用船機(jī)設(shè)備。

由于海上工程量巨大，并且可以借助水的浮力進(jìn)行運(yùn)輸和操作，因此相比起陸地上幾噸、幾十噸的工程設(shè)備，海洋工程專用的船機(jī)設(shè)備基本都是上千噸的巨無霸。

首先是軟體排鋪設(shè)船。所謂“軟體”，是大面積的、相互柔性聯(lián)結(jié)的混凝土塊。它們鋪設(shè)在土堤上，既能固定土堤的形狀，防止被水沖散；同時又有較強(qiáng)的變形能力，不容易破碎、失效。

（混凝土軟體排的鋪設(shè)）

在長江口航道工程中，項(xiàng)目部共投入使用了5艘專用軟體排鋪設(shè)備，排水量高達(dá)1500-3000噸。它們每天共可鋪排三萬平方米的混凝土軟體排，相當(dāng)于4個足球場的面積。

航道的修筑還離不開最基本的拋石。石料能穩(wěn)穩(wěn)地壓住航道，防止水流的沖擊變形。工程采用的拋石機(jī)也是個巨無霸。它每天能拋石1500立方米，全自動化操作。

（工程使用的長專5號拋石船，長72米，寬25.4米，吃水3.5米，排水量超過5000噸）

為了吊裝堤壩所用的動輒數(shù)百噸重的水泥塊體，工程專門研制了專用的各種吊具。據(jù)統(tǒng)計，僅一期工程需要安裝的大型水泥塊體就達(dá)到了2800個。考慮到長江口惡劣的環(huán)境，減少潛水員危險的水下作業(yè)，工程研發(fā)出了多種自動生鉤、脫鉤的液壓吊具。這些吊具的吊裝能力達(dá)到200噸，可以獨(dú)自吊起整塊壩體。

（200噸自動化液壓吊具）

有了這些大型自動化機(jī)械的助力，長江口航道的建設(shè)沒有使用危險性大、效率低下的“人海戰(zhàn)術(shù)”，而是實(shí)現(xiàn)了以機(jī)械化為主。不用“蠻力”，而是發(fā)揮人的智力。這在19年前的當(dāng)時是一種非常具有開創(chuàng)性的施工思想，也給后來的工程留下了機(jī)械化施工的寶貴經(jīng)驗(yàn)。

此外，長江口是一個對生態(tài)十分敏感的水域，有著獨(dú)特的生態(tài)系統(tǒng)，一旦遭到嚴(yán)重破壞，恢復(fù)起來必將是艱難而漫長的過程。施工中通過環(huán)境影響評價、航道疏浚工程拋泥區(qū)選劃、在工程實(shí)施中對施工和營運(yùn)期的水質(zhì)、生態(tài)環(huán)境、漁業(yè)資源進(jìn)行監(jiān)測，并且承擔(dān)和資助了長江口的水生生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)工程，工程中使用的半圓型沉箱防波堤的中空結(jié)構(gòu)和孔洞也可以很好地為各種水生生物提供庇護(hù)和生存空間。這一系列都保證了深水航道工程實(shí)施對生態(tài)的影響盡量減到最小。