在水中开挖出“道路”并不简单,尤其是大型航道的修建,不仅工程量大,而且时时受水流影响不易控制,此外,航道的建设绝非一劳永逸,需要长期的监测和定时清理。
远洋航行的巨轮,吃水深度常常有几米甚至十几米,这放在有几千米深的海洋里自然是穿梭自如,可是船终究要靠岸,一旦进入近海、江河、湖泊等近岸地区,这里水深相当浅不说,并且还富于变化,这可怎么办?
人们想到了一个办法,那就是开挖出可供船只航行的、水深足够的区域作为通航水域,这便是航道。
(一)长江口深水航道:世界上较大、较复杂的河口整治工程
在水中开挖出“道路”并不简单,尤其是大型航道的修建,不仅工程量大,而且水下的环境时时受水流影响,不易控制,此外,航道的建设绝非一劳永逸,水流会不停地带来泥沙,需要长期的监测和定时清理。
但是,考虑到航运的效率较高,所以航道的修建对于经济的贡献是巨大的。从1998年开始一直持续到今天的长江口深水航道工程,显着地提升了长江的通航能力和通航效率,将长江打造为了中国重要的运输大动脉,进而加快了整个长江中下游的发展步伐。
长江口深水航道的整治难度是少有的。
首先,凡是有一定含沙量的河流,在入海口处都会有“拦门沙”,河口的拦门沙并不是一成不变的,而是随着江水的流动,不断堆积与流失形成的动态平衡系统。这使得长江口的沙滩始终冲淤不定,水势复杂多变。在这种环境下,传统的清淤装备和工艺都不适用,工程实施起来风险性较高,施工难度是**的。
其次,作为世界上较大的河口,长江口的分汊河口更是给工程师们出了难题。河流是动态的,而施工还会改变这种动态。这么长的河道整治,先修哪儿,修多长,都会带来江水流量、流速的改变,进而影响后续的工作。
此外,航道的建设历来是一项*程。英国的塞纳河整治到13.6米水深,耗时45年。美国的密西西比河航道整治到13.7米深,耗时160年。而中国人则要在12年内完成这样的壮举。
(二)3.2亿立方米的基建性疏浚土,堆成土堆可以绕地球8圈
这意味着,2.5万吨以上的海轮只能停在外海,无法通过长江口进入上海港。然而,国际通用的集装箱船已经普遍达到了5-10万吨,这意味着长江拦门沙将绝大多数的商船都拦在了**之外,严重制约了国家的经济发展。
大江入海的通道从不通畅。每年,从上游奔流而下的4.8亿吨泥沙在长江口淤积,形成了约60公里的浑浊浅滩。这些拦河沙将长江的入海口层层分叉,让长江口呈现了四口入海的态势。但即使是这四个入海口,也是“里外深,中间浅”,拦门沙较其顽固地阻塞着航道。
从1978年开始,中国每年都对长江口航道进行疏浚。但由于财力和技术都十分有限,只能将水深勉强维持在7米。
1998年1月,长江口水道治理工程正式开始,主要工程分三期实施,计划分阶段将航道水深增深到8.5米、10米和12.5米。
然而,对于长江口这个特殊地点来说,将航道向下挖深5.5米谈何*?淤泥刚挖出,新的泥沙马上随江水涌进,周而复始,没有穷尽。
清淤过程中,多学科科研人员联合攻关,创建了考虑径流、潮流、波浪和盐水等多因素共同作用的全沙数学模型、航道回淤预测数学模型,开发了软粘土地基在波浪重复荷载作用下软化的加固处理技术等,借此科学有序地完成清淤工作,到2010年3月,全长92.21公里、底宽350-400米的12.5米深水道全线贯通,从此,5万吨级船舶可以全天候通航,20万吨级巨轮也可以乘潮通航,长江的“江海联运”真正得以实现。
有人统计过,从河口挖出的3.2亿立方疏浚土如果按照1立方米的土堆依次排列,可整整绕地球8圈。
(三)工程量巨大,开发研制了多项创新技术和设备
前面已经提到,长江口深海航道建设是一项工程量巨大、建设难度较高的水运工程,任务实施过程中,多项技术和设备都是专门针对这一工程而研制出来的。
1、大堤:新开发半圆型沉箱防波堤解决工程量大、缺少石料问题
水无常形。在**河流中,水与河道都在不停地改变,无论是深浅还是走向。为了稳定或改善河势,人们会修建堤坝、护岸等建筑物,使得航道固定下来。这样的建筑物被称为河道整治建筑物。
这些建筑物是治理工程的关键,其中航道两侧固定航道的斜坡堤尤为重要。一般来说,在斜坡堤中,通常会采用大量的石块来构成主体。既施工方便,又具有很强的适应能力和变形能力。但是,长江口航道工程量实在太过巨大,而周围又缺少石料来源,抛石结构的成本无法承担。
因此,工程中采用了当时较新开发的新型防波堤结构。这种结构的下部是抛石基床,上部则是半圆形的混凝土预制壳。这种壳体堤坝重量轻,节省材料。运输时可以浮在水面上,轻松运输就位;到现场之后引水灌入,让壳体沉下。这种堤巧妙地利用了曲形表面,能够有效地*海浪,抗波性能较好。
利用这种新型堤坝,工程有效地节约了资金并缩短了工期,同时还将工程质量提高了。