国家重大工程深圳至中山跨江通道（下文简称深中通道）已于2024年6月30日通车试运营。该通道是贯彻落实习近平总书记关于建设粤港澳大湾区和加快建设交通强国重大战略决策的有力举措，旨在推进交通等基础设施的互联互通。作为粤港澳大湾区“A”字形交通主骨架的关键一横，深中通道让珠江口东西两岸的“深莞惠”与“珠中江”两大城市群实现了跨海直连，有力促进大湾区资金、人才、技术等各项资源要素高效便捷流动。
在深中通道的建设历程中，上万名建设者历经七年艰辛，攻克了多项世界级技术难题。其中，我校王环玲教授团队参与的深中通道深水深槽凿岩施工技术开发联合研究，是这一伟大工程中的重要成果和科技突破之一。
分析风险挑战，为打造凿岩工艺奠定基础
深中通道集“桥、岛、隧、水下互通”为一体，是全球首个综合建设难度极高的跨海集群工程。在深中通道沉管隧道基槽开挖的复杂工程背景下，团队面临着一项前所未有的技术挑战，即在不使用爆破技术的情况下，对水深40米以下的坚硬花岗岩进行物理性打通凿击。此项工程不仅规模宏大，对施工质量的要求也极为严苛，特别是在处理基槽内广泛分布、深埋且高强度的花岗岩层时，其难度更是在国内外尚属先例。
传统施工过程中，水下爆破工艺常被用于处理此类硬质基槽的清礁问题。随着环保意识的增强和通航需求的提升，水下爆破因其环境影响大、施工手续复杂及许可要求严格等弊端，逐渐在深水深槽清礁工程中受到限制，甚至面临禁爆要求。此外，由于珠江口是“海上熊猫”一级保护动物中华白海豚的主要活动区域，我国设立了国家级自然保护区。因此，在深中通道建设过程中，还需考虑保护白海豚等动物的生存条件。探索并应用更为环保、高效的凿岩工艺，成为首要考虑的问题。
但是，从现实情况出发，深中通道的水下地质情况又极具复杂性。在通道沉管隧道工程的隧道基槽设计标高区域内，E6-E12和E24-E30管节段面临着极为复杂的地质条件，其中全、强、中风化花岗岩密集分布，这些岩石的物理力学特性显著，尤其是中风化花岗岩，显示出极高的硬度和破碎难度。更为挑战的是，深中通道的基槽开挖深度接近40米，这一深度条件下的凿岩作业在国内外尚属空白，缺乏直接相关的案例和经验可供借鉴。同时，深水环境对凿岩棒与岩石间的相互作用产生了更为复杂的影响，常规的岩石冲击破坏分析方法难以准确反映实际情况，破岩机理变得模糊不清，施工参数的设定和优化也变得异常困难。
因此，深中通道沉管隧道基槽开挖工程不仅是对现有施工技术的极限挑战，更是推动深水凿岩技术理论研究与实践创新的重要契机。为了克服当前面临的施工难题，实现施工的高质量与高效率，团队亟需开展针对性的系统研究，深入探索深水条件下的岩石破碎机理，优化凿岩工艺及施工参数，为类似工程提供宝贵的理论支撑与实践经验。
反复实验论证，为打造凿岩基础提供理论依据
攻克深水深槽凿岩技术的每一步，都蕴含着建设者们敢为人先的创新精神和不分昼夜的执着坚守。王环玲教授团队协助广州航道局开展了理论和工程应用研究，在深入调研国内外凿岩与清礁工程案例后，系统归纳了多种岩石清礁方法的工艺细节、适用条件及其优劣，并特别聚焦于深中隧道项目中的深水深槽凿岩施工特性。为提高工程效率，施工单位调入具备此重量级的中国唯一施工舰艇“金建”轮，进行了长达一个月的密集现场原位实验，制定数种方案进行实验评估。
“我们急需解决的问题是如何用重达35吨的铁锤对水下40米的坚硬花岗岩进行精准凿击，且不能超挖、欠挖深于50厘米。”围绕深水凿岩关键核心技术难题，他们系统深入地进行理论创新和工程应用探索。“从操作层面来看，这样的工程实施犹如海底绣花，团队需要用最原始的锤子凿岩技术，创造出最先进的凿岩成果。”王环玲教授在回忆刚接手项目时说到。为深入理解并优化施工技术，团队设计实施了一系列严谨的实验研究与数值模拟分析。首先，通过三轴力学实验，在不同渗压和循环加卸载条件下，深入剖析了中风化花岗岩的力学特性、破坏模式、渗透性能及能量耗散机制。接着，动态压缩与循环冲击实验揭示了高加载率下岩石的动态力学行为、变形破坏特征及其在循环冲击下的力学响应与损伤演变。此外，利用数值模拟技术模拟了深水深槽凿岩过程，研究了水深、冲击速度、凿击参数等对岩石破碎的影响，并探讨了不同凿岩棒形状破岩的效果。最后，通过现场原位凿岩实验，直接评估了凿岩布局、次数及凿岩棒高度等因素对凿岩效果和效率的影响，为实际施工提供了宝贵的技术指导和参考依据。
从2019年接手项目起，团队成员便全身心投入到制定最终凿岩方案的艰巨任务中。历经一年的紧密监控，从项目的初步设计到施工图的每一个细节，他们都倾注了无数心血。在这一年里，团队成员多次深入深中通道工程现场，他们不仅在与时间进行着一场无声的赛跑，更是在与重重困难进行着顽强的较量。为了找到最优最稳定的凿岩方案，考虑到凿岩锤下落的重力与水的阻力、岩石与水之间的冲击力等一系列因素，他们制定并优化了上千组实验组合，对现场模拟进行了上万次的迭代计算。同时，团队还需配合凿岩现场实验进行后续的清洗、分析工作，精确计算破碎程度，不断对设计方案进行优化调整。在复杂多变的海底地质环境中，他们凭借着坚韧不拔的毅力和卓越的专业技能，最终找到了最佳的凿岩方案。
关键技术创新，为世界凿岩技术贡献中国方案
在模拟、测试、再模拟、再测试的循环往复中，团队成员不断突破自我，攻克了一个又一个技术难关。研究团队基于花岗岩冲击荷载下的动态破坏过程与破碎特征，引入能量理论考虑损伤岩石承载特性和循环冲击作用下花岗岩力学参数的疲劳特性，提出了循环冲击作用下岩石的损伤演化特征。进一步在深中通道岩石冲击破碎原位试验基础上，建立了凿岩参数影响岩石破碎效果的理论方程，构建了凿岩工程岩石破碎块度分布预测方法，提出了海底岩石单轴压缩强度在不同分布范围时所采用的凿岩参数计算方程，为深水深槽凿岩工程提供理论支撑和技术参考。利用先进的科技手段，对凿岩过程中的每一个细节进行精细化管理与控制，确保工程安全与质量的同时，也推动了隧道建设技艺的革新与发展。这不仅提升了施工质量的稳定性，还大幅提高了施工效率，具有广阔的推广运用前景。
汗水与智慧交织，艰辛与成就并存。王环玲教授以创新贡献，解决最棘手、最坚硬的科学问题。她带领团队在长达三年的深中通道深水深槽凿岩工程中充分展现了逢山开路、遇水架桥的奋斗精神，不仅是对专业精神的最好诠释，更是对国家基础设施建设贡献力量的生动实践。他们的每一份努力，都在为这条举世瞩目的通道奠定坚实基础，让梦想照进了现实，也让世界见证了中国工程师与科研人员的卓越风采。