（本文原標題：《怕港珠澳大橋海底隧道漏水，香港毒舌「橋王」：要不帶雨傘雨鞋？結果出乎意料！》）
10月24日上午9時，港珠澳大橋正式通車。
港珠澳大橋跨越伶仃洋，東接香港，西接廣東珠海和澳門，總長約55公裡，是粵港澳三地首次合作共建的超大型跨海交通工程。
美國有線電視新聞網網站曾刊登記者莎拉·拉扎勒斯的文章，題為《造價200億美元的「臍帶」：中國公布全球最長的跨海大橋》。文章稱，港珠澳大橋是中國發展自己的粵港澳大灣區宏偉計劃的核心，它希望這一地區的技術創新和經濟發展成就可媲美舊金山、紐約和東京的灣區。
國際隧道協會隧道專家漢斯·德維特（HansdeWit）也認為港珠澳大橋工程是「全球最具挑戰的跨海項目，其中島隧工程是迄今為止最為複雜的一項工程」。
2015年時，英國《衛報》還將其評為「現代世界七大奇蹟」。（其餘六大為北京大興機場、沙烏地阿拉伯的吉達王國塔、麥加的AbrajKudai酒店、烏克蘭的切爾諾貝爾核反應堆新石棺、英國倫敦的橫貫鐵路、法國巴黎名為GrandStadeFFR的國家橄欖球場）
中國在沉管隧道等工程上是後來者，那麼，我們是如何實現「如積薪耳，後來者居上」的呢？
本文將用典型事例介紹在港珠澳大橋項目中中國工程師是如何實現一次次創新的。
文|趙憶寧
編輯|謝芳 瞭望智庫
本文為瞭望智庫書摘，摘編自《大國工程》，中國人民大學出版社2018年出版，原標題為《港珠澳大橋：綿延56公裡的創新》，不代表瞭望智庫觀點。
港珠澳大橋香港段新華社圖12015年12月，港珠澳大橋島隧工程工地上有位特殊客人來訪——曾擔任香港土木工程署署長的劉正光，他曾主持設計建造了香港青馬大橋、汲水門大橋和汀九大橋，這三座橋梁都被譽為世界級大橋。鑑於此，他榮獲我國橋梁工程界的最高獎——茅以升獎，並在國際橋梁界享有盛名。
港珠澳大橋島隧項目部總經理林鳴曾表示：劉正光是香港橋梁界第一人，香港的幾座大橋在他手上做得確實非常好。他建的幾個橋到現在還像「青壯年」，而我們的橋至少已經步入了「中老年」，所以他一直對我們工程界頗有微詞，他就是認為中國內地的工程質量不行。因為我們的工程總是出問題，所以他從專業的角度看不起我們。
在記者採訪劉正光的那段時間裡，他還發給記者一篇香港《明報》的文章《「豆腐渣」洩洪閘橋，通車3月即現裂縫》。他說：「保證內地工程質量，不是能不能做到的問題, 而是想不想去做的問題。」當劉正光提出參觀正在施工的沉管隧道的要求時，項目工程師已經做好被他的「毒舌」批評的準備。果然，在參觀的前一天他給島隧工程項目總指揮林鳴打電話，詢問參觀隧道需不需要穿雨衣和水靴。林鳴回應說「並不需要」。顯然他並沒有全部相信，第二天雖然沒有穿雨衣，但還是穿了一雙水靴。
劉正光從西人工島進入隧道，從El管節入口處乘坐電動車到達E24管節（當時，港珠澳大橋的全部33節管節中已經完成了25節的沉放）。在已經完成的4.5公裡隧道（已經是當時世界最長的沉管隧道）中，他作為「橋王」，以行內人的專業視角審視沉管隧道的每個細節。結果出乎他的意料，24節管節的192個接頭沒有一點點滲漏的痕跡，整個隧道內既沒有「雨」，更沒有「河」，甚至沒有水痕。
當他與林鳴見面時，第一句話是：「沉管隧道沒有不漏水的，沒有想到你們的隧道能夠滴水不漏。」第二句話則是：「我們香港工程界要向你們學習。」林鳴對記者說：「之前，香港土木工程界專業人士從骨子裡看不起我們，能從他的嘴裡說出這個話比登天還難。」
劉正光對港珠澳大橋沉管隧道不漏水感到詫異是有根據的。「在全球範圍內，設計隧道時都要確保水密性。但是，建造幾公裡長而且能保證100%水密的隧道又是另外一回事。在許多國家，隧道所有者和設計師都明白建造100%水密的隧道意味著什麼樣的挑戰。」漢斯·德維特對記者說。這位資深沉管隧道專家是荷蘭隧道工程諮詢公司的運營總監，也是國際隧道協會國際沉管隧道工作小組（第11小組）成員，他曾參與過卡達多哈沙爾克跨海大橋、巴西聖保羅跨河懸索大橋、阿姆斯特丹IJ河隧道和韓國巨加跨海大橋等工程。
「在全球範圍內，無數的案例表明,在隧道中出現一些漏水是很常見的。」荷蘭特瑞堡集團(TheTrelleborgGroup) 工程產品商業開發部經理路德·波柯特（RuudBokhout）對記者說。特瑞堡集團是一家全球領先的隧道密封系統的供貨商，它的產品被用於全球許多沉管隧道。「混凝土隧道最常見的漏水原因，是混凝土在養護期間出現收縮，以及建築結構無法適應荷載作用而出現裂縫。雖然設計隧道時都要求確保水密性，但是在許多國家，有限的滲漏也是普遍被接受的，通常在招投標階段會明確相應限度，但是目前還沒有一個統一的標準。」
路德·波柯特告訴記者，目前全球有150多條沉管隧道，但是「大橋＋沉管隧道」的最具代表性的組合體只有厄勒海峽大橋、韓國巨加大橋和港珠澳大橋。「據我所知厄勒海峽大橋海底隧道存在一些漏水現象，但並非因為我們的水密系統問題，而是因為混凝土密實的工藝不夠好，全球150多條沉管隧道中，漏水大多是混凝土問題造成的。」針對業內關於韓國巨加大橋沉管隧道漏水的傳言，他強調說：「特瑞堡公司並非該工程的密封件供應商。」
打破沉管隧道漏水的「常規」，從工程啟動開始就成為中國工程師的信念。「沉管隧道為什麼漏水？無論是哪個環節導致漏水，都是因為基礎出了問題。」島隧工程總指揮林鳴說，「舉個例子，港珠澳大橋的地基是厚軟土地基，不同於厄勒海峽大橋海底隧道的巖石地基，所以沉管隧道的基礎剛度協調及不均勻沉降控制非常困難。合同規定港珠澳大橋沉降限度是20釐米，而國外同類工程的沉降限度在30釐米以上。」
為了實現沉降達標，並且讓隧道不漏水，中國工程師在如何使軟土層變硬上做文章，進行了多項有價值的創新，用技術突破攻克隧道漏水的難關。他們在40多米深的水下為沉管隧道基床底部鋪上2～3米的碎石並夯平，創造出一種新的複合地基，使沉管隧道的沉降值大大縮小，平均值在5釐米左右；他們的沉管預製水準被國際同行評價為「絕對是世界一流的」，無論是設計理念、操作過程還是用材用料都按照國際標準進行最優化的設計。
「港珠澳大橋島隧工程項目部對項目的管理及現場的施工水準相當之高，可以用通俗的話來講，工程建設者們打造了一個超級樣板工程。這不僅為中國同類工程，也為全球同類的工程定出了一個全新的高標準。」德國PERI公司大中華地區業務主管鄭寬志對記者說。
厄勒海峽大橋與韓國巨加大橋分別建成於2000年和2010年，而到2016年6月記者採訪時港珠澳大橋尚在建設中。當記者質疑港珠澳大橋沉管隧道當下的滴水不漏，問是否尚需要時間驗證時，港珠澳大橋島隧工程設計總負責人劉曉東說：「隧道是否漏水，在施工過程中就會發現。我們的沉管隧道要經受40米水深，相當於約5個大氣壓的壓力，在這麼大的壓力之下，無論是密封件還是沉管混凝土或者其他環節出現問題，瞬間就會顯現。一定是有缺陷才會漏水，從理論上講，如果施工構件或者施工工藝沒有缺陷，沉管隧道未來也不會漏水。」
他們是怎樣做到了「國際一流」並打造了「超級樣板工程」的呢？港珠澳大橋建設六年來，中國工程建設者為了實現沉管隧道的「滴水不漏」歷盡艱辛。
圖為新華網無人機隊航拍港珠澳大橋。新華網伍嘉煒攝2一位歐洲著名島隧專家依據經驗給出一個數值：全世界的節段式沉管隧道漏水率平均值為10%左右，也就是說十個接頭中就可能有一個漏水。他說目前尚沒有沉管隧道100%不漏水的記錄。這樣看來，香港土木工程署前署長劉正光參觀港珠澳大橋隧道前詢問是否準備雨衣和水靴確實在情理中。
港珠澳大橋隧道共要製造並安裝33節管節，幾百道工序不僅環環相扣，還要重複千百遍。只要一個環節出問題，漏水將不可避免。截至2016年6月12日，港珠澳大橋沉管隧道項目的施工人員已經完成27節管節的安裝，建成隧道總長度為4702.5米，佔總長度的80%以上。以每節管節有8個接頭計算，27節管節共有216個接頭，如果按照10%的漏水率平均值計算，一二十個接頭漏水在正常範圍內。
中國工程師們是如何做到港珠澳大橋沉管隧道零隱患且滴水不漏的呢？「說起來都是淚。」2015年12月22日E24管節水下對接，記者跟隨海底隧道管節浮運安裝船隊出海，島隧工程設計負責人梁桁、副總工程師劉亞平和第五工區常務副經理宿發強，為記者講述了E15管節沉放「三次浮運兩次返航」的故事。
2014年11月15日是E15管節沉放的「窗口期」。出發前的13日、14日，粱桁和劉亞平帶領團隊用多波探測器對沉管隧道基床進行了三維掃測，13日壟溝輪廓清晰，而14日再次掃測時發現壟溝上出現了3～4釐米浮泥。而此時，E15管節已經被拖出桂山島塢區，原定浮運計劃是在15日晚上出發。箭在弦上，發還是不發？
此時，前方潛水員傳來信息：浮泥密度正在減小。檢測結果顯示，泥的密度已經從之前的1.3～1.4克/立方釐米減小到1.26克/立方釐米。項目部集體作出決策：出發！
「在浮運過程中，人們還是忐忑不安。在E15管節運到了現場將要沉放前，林總要求潛水員再次潛水作業，這在之前是從來沒有過的。潛水員帶來了壞消息：經過短短的八九個小時，基槽泥沙又增多了。」梁桁說。
在監控室參與決策會的人都經歷了漫長且痛苦的糾結過程。有一種意見認為不妨嘗試安裝，「幾百人幹了一個多月，花了如此大的成本，總要試一試」；也有人以國外同類工程舉例證明，管節對接精度即使放寬到8 釐米問題也不大，4 釐米的回淤，不會給隧道質量帶來根本性的影響。
在場的工程師們都清楚，這條正在鋪設的世界上最長的沉管隧道之所以沒有一點點漏水，關鍵是整個工程精益求精。「就不均勻沉降來講，目前國際上同類隧道的沉降量控制在20釐米左右，而港珠澳大橋海底隧道的沉降量控制在5釐米左右。正是基於良好的基底剛度，基底對整個沉管結構受力均勻，不僅基底沒有額外的開裂風險，而且各個管節之間的GINA止水帶和剪力鍵也沒有額外受力，所以才會滴水不漏。假設有一個管節下面有超出標準的淤泥，意味著沉降量將額外增加6～7釐米，將會接近或超過GINA止水帶的承受能力，滴水不漏則會成為泡影。最壞的結果，也可能是近8萬噸的管節下放精度上出現巨大偏差。由於管節巨大負吸力的作用，重新抬起來校正的可能性很小。」梁桁說。
總指揮林鳴比任何人更清楚返航意味著什麼：基床回淤後要挖掉淤泥重新鋪設基床，直接產生的費用以千萬元計，管節回拖一次也要花費幾千萬元，加上海事部門配合浮運的近20條護航船以及拖輪的使用費用，這將對工程產生巨大財務壓力。但在他的內心，財務壓力與工程的質量不能相提並論：如果對接出現問題，近8萬噸的管節一旦沉到海底，當時世界上沒有任何一臺設備可以把管節提起來。隧道漏水是一定會發生的，更嚴重的問題是必將影響航道的航運。而珠江口是中國最繁忙的航運水域，每天船舶流量達5000艘次。
「基礎不牢，地動山搖！如果繼續安裝，沉管隧道基礎存在著極大的不確定性。這是一條生命線，絕不能拿大橋質量和沉管安全作賭注。中止安裝，管節回航！」林鳴和他的團隊最後作出決策。
17日18 時，E15 管節正式回航。將已經出塢的巨型管節重新拖回塢中並不容易，回航編隊在作業海區頂著五六級大風以及超過1 米高的海浪返航。約7海裡的航程，回航編隊小心翼翼地走了24 小時，E15 管節毫髮無損地被拖回沉管預製廠深塢。
這在世界橋梁工程建築史上並沒有先例。
圖為新華網無人機隊航拍港珠澳大橋。新華網 伍嘉煒攝3管節被拖回塢後，中國工程師們並沒有把失敗歸因於運氣不好，而是立即組織對失敗原因的探究，迅速展開對失敗的認定和分析。對失敗的分析比對成功的總結要難得多。
總指揮林鳴提出問題：為什麼之前所裝的14個管節的基床沒有發生突然回淤？導致E15管節基床突然發生回淤的原因是什麼？為了尋找問題原因所在，他們迅速集結國內對珠江口水情長期跟蹤研究的知名泥沙專家到珠海，包括交通運輸部天津水運工程科學研究院、南京水利科學研究院、中山大學和中交第四航務工程勘察設計院有限公司（簡稱「中交四航院」）等機構的專家。
中交四航院副總工程師梁桁是港珠澳大橋島隧工程沉管基礎監控的負責人，他對記者說：「我記得特別清楚，第一次開會時，我國著名的泥沙專家、78歲的王汝凱大師說，我們不是來這裡做科研的，而是要用大會戰的方式解決工程遇到的問題。」之後，「隧道基槽泥沙回淤專題攻關組」成立。
他們採用衛星遙感測量、多波束掃描與水體含沙量測定等多種方法展開研究。實測數據有三個重要發現：第一，這片海區的水體含沙量異常，含沙量從原平均值每立方米0.1千克上升到每立方米0.5～0.6千克；第二，海床表面物質發生了粗化現象，原因不明；第三，項目所在的伶仃洋部分水域呈微淤態勢。
衛星遙感信息進一步證實，隧道基槽以北17～18公裡範圍海域有大面積渾水。當工程師們到達這個區域時看到，有七八十條採砂船正在作業，伶仃洋海域往日清澈的海水變得與黃河水一樣，含沙量為1.58千克/立方米，而之前只是0.02～0.05千克/立方米。
隨著國家提高對工程質量的要求標準，減少水體含沙量成為首先要解決的問題。這些採砂船直接在現場邊採邊洗，事實上形成上遊有一群人在不斷地攪和海水，使泥沙翻卷向下遊襲來。之前採砂船是在更北的30～40公裡處採砂，正是採砂船向南移動了15～16公裡，直接改變了珠江口局部水域豐水少砂的規律。
在這個區域作業的採砂船都持有政府批准的合法文件。面對港珠澳大橋這個國家工程，廣東省政府全力協調各方利益關係，果斷決定：一定要確保國家重點工程——港珠澳大橋順利施工，立即停止採砂，停止採砂時間是從2015年2月11日到5月1日。
2015年2月24日，大年初六，E15管節再次出徵，距離第一次拖回管節過去了3個多月。根據之前收集的所有信息反饋，判斷未發現異常，但當船隊即將到達施工區時，前方傳來消息：E15管節碎石基床尾部突然發現2000平方米的淤積物。「2000多平方米的異常區約佔管節基床總面積的1/4！且泥沙厚度有八九十釐米。當看到潛水員從基槽撈出的滿滿一箱泥巴樣本時，所有人驚呆了。泥沙從何而來？」梁桁對記者說。
分析認為，當第一次出現回淤後，施工人員清理了基床槽底的淤泥，而基槽邊坡上面覆蓋了一層薄薄回淤物，而回淤物受到外力擾動後發生了雪崩般的「塌方」。「我們原來的認識不足，加上世界沉管隧道目前沒有邊坡清淤的先例，導致了這個局面。對風險的認知總是一個不斷總結和積累的過程。」梁桁說。
王汝凱對記者說：「港珠澳大橋是目前世界唯一深埋大回淤節段式沉管工程，單節管節重約8萬噸，最大沉放水深46米，是目前世界上綜合難度最大的沉管隧道。管節對基床的平整度要求非常嚴格，為了保證工程質量，設計要求泥沙淤積量不能超過4釐米。遇到這樣大面積的泥沙回淤，只能返航。」
E15管節第二次出航，在走到2/3的路程時只能再次被拖回。返航？指揮船上霎時氣氛凝重，一些人按捺不住情緒當場流下了熱淚。「當時心情特別激動，忍不住地掉眼淚。」山東大漢宿發強（港珠澳大橋島遂工程第五工區常務副總經理）說，「第一次出航非常艱難，200多人的團隊連續72個小時不睡覺，巨大的壓力已經接近人的承受極限。這個工程從開工到現在，我們連續多少個春節在這裡？！500多人從大年三十等到初六的時間窗口，沒有想到又出現塌方被迫返航，心不甘呀！」他形容這是「人類無力抗拒自然的痛苦」。
建立一套回淤預警預測系統，為後續管節安裝提供保障，是工程當時面臨的最急迫的需求。E15管節雖然兩齣兩進，但正是這兩次失敗明晰了工程需求所在，由此為滿足需求創設了回淤預警預測系統，收穫了失敗的第一個「潛在收益」。這項「收益」很可能正是對行業未來具有重大影響的智力成果。
之前管節安裝有海浪、天氣等氣象窗口的預報，E15管節遭遇的泥沙回淤，使管節安裝增加了泥沙回淤預報。「泥沙回淤預報是非常難的事情，因為泥沙回淤受人為因素幹擾大，既不可控也沒有規律性，其難度並不亞於氣象窗口預報。港珠澳大橋項目在泥沙回淤預報上實現了三大突破：第一，從宏觀到微觀。原來做泥沙回淤研究只限於宏觀層面，比如大江大河或者一個海域，很少做具體到某個點的微觀研究，現在實現了從幾十平方公裡的宏觀預報到8000平方米沉管基槽的微觀預報的突破。第二，從長期到短期。以往做泥沙回淤研究是以百年或者幾十年計，而現在的預報縮短到以十天為周期，也就是說，在從管節基床鋪設到安裝管節的這段時間內，為工程決策提供泥沙回淤的準確信息。第三，泥沙回淤預報的微量化。以前做泥沙回淤預報的量級是以米計量，通常是1～2米，最小單位也不過是50釐米。而沉管安裝工程預報要求以10釐米、4釐米為計量單位。我們做到了。」梁桁介紹說。
正是兩次沉管安裝的意外失敗，才孕育出泥沙回淤預報的創新，正是這種「意外」給創新提供了機遇。這類創新既滿足了工程最為迫切的需求，也完美地展示了創新的意義。在這些創新手段的護航下，3 月24 日，浮運船隊攜E15管節第三次踏浪出海，經過數輪觀測、調整後，E15管節在40 多米深的海底與E14管節精準對接。
4大多數創新並不是想像中經過周密規劃、刻苦鑽研最終取得的預想成果，實際上很多創新大都因意外而誕生。雖然不是每一次意外都能產生創新,但意外事件常常是創新的契機。關鍵是此時是否有人能想到好點子。
應對管節基床泥沙回淤，通常解決辦法是在深水環境下定點清淤。雖然可以用大功率的清淤設備清除淤泥，但同時也會把除了淤泥外的固體抽上來，比如石子，這對高精度的碎石墊層基床而言是滅頂之災。一節管節基床的鋪設費用是5000多萬元。正是為了達到基床鋪設的精度要求，港珠澳大橋島遂工程項目部與上海振華重工研製了高精度拋石整平船，其整平精度為±25毫米。
E15管節「三次浮運兩次返航」事件，使林鳴有個強烈的願望，如果有一臺高精度清淤設備就好了，既能把50米深海底基床上的淤泥清理乾淨，而且還不會讓基床上的一顆石子移動。自有記錄以來，全世界沒有任何一項工程在碎石層面上清淤。「我理解,林總希望有一顆治理回淤的『救心丹』，這樣就不會錯過安裝管節的時間窗口，但是這太難了。」梁桁說。
王學軍是上海振華重工集團海工院海工機械設計所副所長，因主持設計港珠澳大橋島隧工程的拋石整平船等關鍵設備，獲中國交建科技進步獎特等獎和「建設功臣」稱號。他回憶道：「當我就此事第一次到珠海見林總時，他首先提出能否在整平船上加裝一套清淤裝置的設想。為了完善這套系統的設計，我們之後多次交流想法，因為做工程的人才最明白他們想要的是什麼東西，而振華重工則是通過裝備研發，把他們的想法變為現實。」
在王學軍的記憶裡，他與林鳴就設計方案展開的幾次討論都是在上海浦東機場附近的酒店進行的，林鳴每次來都是穿著工作服，開完會馬上就回珠海。「我從來沒有見過這樣的情景，能感受到工程對高精度清淤設備需求的迫切。」王學軍說。
對工程而言，解決問題所要攻克的一個原理或者某項技術，對於那個工程問題來說一定是新課題。島隧工程項目部很快將挑戰簡化為需求——一個需要解決的技術問題，之後，這個需求又變為一個被詳盡描述的問題。將需求和一些技術聯繫起來，並能令人滿意地滿足那個需求的過程就是創新。「三次浮運兩次返航」的第二項潛在收益正在向他們走來。
「從設計角度講，這個設備的關鍵點是要實現定點高精度清淤，而把清淤設備嫁接到整平船是個好主意。」王學軍認為。整平船通過四根樁腿將船體抬升，受波浪、水流、風等自然條件影響較小，不僅可以定點而且具有穩定性。再加上拋石管頂部的第二GPS定位系統接收的三維坐標數據，並結合拋石管長度、拋石管傾斜角度及底部液壓缸的行程進行碎石基床的標高控制，整個系統測量精度控制十分精確。
「其實拋石管的原理與清淤原理有相同之處，整船可以實現碎石整平的高精度要求，如果在清淤機頭部加裝兩個水泵，理論上可以完成精細清淤。只不過一個是拋石，一個是清淤，隨著機頭的移動，泥泵把淤泥抽走，與整平船的移動是類似的。當然，泥泵的機頭離淤泥面多少距離，才能保證已經建成的基槽不遭到破壞，這是我們要研究的。說起來簡單，實際上工作量很大，全套系統包括對泥泵轉速、水流量的計算，以及如何通過系統控制完成精確動作控制等。」王學軍說。
這個案例描述了一個解決方案是如何被提出，以及一項新技術是如何為滿足需求而產生的全過程。上海振華重工立即成立了有200多人參與的「零號工程」項目組，從方案設計到物資採購，再到設備製造，一路暢行在綠色通道上。從林鳴開始提出想法到最後成功研製出深水高精度清淤設備，只用了４個月。這是在一個原有的集成技術中加入新元素的成功範例。
「『救心丹』超級棒，高精度定點清淤設備挽回了一個安裝窗口。」梁桁說。2015年11月4日，E22管節安裝前，現場泥沙監測數據和多波束掃測數據顯示，基床泥沙回淤量顯著增加。高精度清淤設備一經使用便初展神威。它完美得令人驚嘆！「清淤完成後，碎石表面不僅乾淨且紋絲未動。精確清淤裝置最大的意義在於保證了當月安裝兩節管節的進度，這在之前是從來沒有過的。」王學軍說。
2015年12月21日清晨6時30分，隨著港珠澳大橋第24節管節在海底精準安裝，中交島隧建設者在颱風、基槽回淤、珠江口大徑流以及冬季寒潮大風等惡劣條件下，創造了一年完成10節管節安裝的世界紀錄。而已經建成的韓國巨加大橋的18節管節安裝歷時3年，平均每年安裝6節。
「人們提起海洋工程裝備首先想到的是北歐國家。港珠澳大橋無疑是世界上最大的跨海海底隧道組合工程，上海振華重工能為超級工程量身定做裝備，人們是否可以認為，上海振華重工已經步入海洋工程裝備製造的世界前列？」記者問道。「我覺得可以這樣說。值得自豪的是所研發裝備的核心部件都是我們自己的，這些才是振華重工的核心技術。」王學軍說。
港珠澳大橋項目猶如打開創新之門的工具箱：以目的為導向，在「超級工程」中創新了一個個「超級產品」。
圖為新華網無人機隊航拍港珠澳大橋。新華網伍嘉煒攝5港珠澳大橋海底沉管隧道由33節管節相互聯結而成。自人類工程史上修建第一條鋼筋混凝土沉管隧道以來，沉管制作只有剛性和柔性兩種方法。
什麼是沉管結構的剛性與柔性？
港珠澳大橋島隧工程總設計師劉曉東用積木給出通俗易懂的比喻：「剛性結構好比一塊長條積木，而柔性結構好比樂高小塊積木拼接的積木條。剛性結構因為是整體結構，接頭漏水的概率會減小，但如果基底出現沉降，大體量沉管受力不均勻，出問題的概率也隨之增大。而柔性結構是用短管節串成一個長管節，比剛性結構應對沉降有明顯優勢。無論選擇哪種結構，最終目的都是為在地基發生不均勻沉降時，最大程度減少對海底隧道的影響。」
通常來講，人們更傾向於使用以前曾經被證明的解決方案。在大橋前期設計階段，國際知名島隧諮詢公司的專家們比較了兩種結構，認為無論哪種方案對港珠澳大橋海底隧道來說都存在一定的問題，論證過程也很糾結。「我們認真研究了兩種方案應用在港珠澳大橋海底隧道上的情況，無法直接選擇其中一種作為整體設計方案，因為兩種方案在特定的項目條件下都表現出了各自的優缺點。根據對各方面的研究考量，我們認為節段式（柔性結構）更加經濟、可行。」漢斯·德維特說。
現有工程記錄顯示,剛柔兩種結構體系的沉管隧道都是淺埋隧道，回填及覆土厚度在2米左右；而港珠澳大橋沉管隧道是世界上唯一的深埋沉管隧道,沉放最大水深為水下40多米。為了預留出30萬噸級航道，港珠澳大橋沉管隧道需要埋到海床以下20多米。要在這種條件下建設沉管隧道，是否要顛覆沉管隧道的傳統概念？在20多米的覆蓋層下，有超過淺埋沉管5倍的荷載，如果採用傳統的結構體系，沉管結構的安全得不到保障。林鳴擔心「200多個水下接頭，如果有一個接頭遭到破壞，後果不堪設想」。
面對問題，權威隧道專家給出「深埋淺做」的兩個解決方案：其一是在沉管頂部回填與水密度差不多的輕質填料，這需要增加10多億元人民幣投資，工期也將延長；其二是在120年運營期內控制回淤物厚度，進行維護性疏浚，維護費也要數十億元人民幣。
「深埋淺做」的設想雖然對工程方案有了一個交代，但代價太大，中國工程師心有不甘。他們一直在尋求結構設計的一條新路。「從2012年年初，我和設計團隊一直在尋找一種可替代結構體系，希望為工程建設找到一條新出路。」林鳴說。創新就出現在人們面臨問題的時候，尤其是在面對非常清晰的問題時。
尋找出路的過程是痛苦和令人絕望的。但有一天解決方案的靈感在寂靜時刻倏然而至，讓人覺得在潛意識中各部分已經完全被組合完好了一樣。2012年11月17號凌晨，總設計師劉曉東的手機上收到一條簡訊：「嘗試研究一下半剛性。」發信人是林鳴。「那一夜我幾乎沒睡，凌晨5點左右，我的腦海中突然閃出了半剛性這個概念，它能夠提高接頭的能力，可能是從結構上實現深埋沉管隧道的一條出路。」林鳴回憶道。他所提出的半剛性結構設想，是保留甚至強化串起短管節的鋼絞線，加強短管節之間的連接，使180米長、由數個短管節連接而成的標準管節的變形受到更大的約束，增強深埋沉管的防錯位能力。
漢斯·德維特從專業的角度描述說：「半剛性方法利用了節段式隧道（柔性）和整體式隧道（剛性）理念的優點，保留了最初用於運輸和沉放的後張預應力鋼絞線。柔性隧道通常比剛性隧道便宜許多，但是需要很多臨時後張預應力鋼絞線，才能將所有小節段連接成一個管節，完成運輸和沉放。尤其是在海底隧道工程中，運輸和沉放條件都很惡劣，因此需要相當大的預應力張拉。這種半剛性方法很有吸引力。這是因為臨時階段的預應力鋼絞線可以滿足隧道最終狀態處於剛性行為時的更高受力要求（在柔性隧道裡後張預應力鋼絞線被剪斷，因此可承受力小很多）。如果保留預應力鋼絞線（所有預應力鋼絞線都不需要剪斷了），隧道的性價比就更高，而沉管隧道節段接頭的移動也會被顯著減少甚至避免，這有利於隧道水密性。」
半剛性創新的洞見並不是結束，而只是一個開始。新概念需要經歷技術論證才能轉化為可能的技術方案：輸出技術方案鏈條的一端是沉管隧道的「安全需求」以及「節省投資」的要求,另一端是通過什麼樣的方法與途徑滿足需求或要求。
形成方案後，設計團隊又用了30多天完成《半剛性沉管結構方案設計與研究報告》，而之後的過程充滿異議、批評乃至責備。首先聽到的是來自內部「最好不要過度創新」的聲音。緊隨其後的是外國權威專家的譏諷：「你們有什麼資格創造一個新的結構？」而遭遇更多的是來自國內同行專家的質疑。港珠澳大橋初步設計方案已經通過論證與批准程序，為前期設計方案作出貢獻的都是權威專家，說服權威專家並取得共識比技術創新本身更艱難。
為了論證半剛性結構，從2012年底到2013年8月，他們經歷了200多個備受煎熬的日子。但是林鳴堅持認為：「我們相信半剛性是一種科學的解決辦法，如果不堅持就是沒有盡到責任。」他們邀請國內外6家專業研究機構進行「背對背」的分析計算，從模型試驗及原理上驗證半剛性結構的可行性。各家的研究論證結果趨同，證明半剛性是從結構上解決沉管隧道深埋的科學方法。半剛性結構最終得到了各方面的一致認可。
經過近兩年的努力和堅持，半剛性只花費了極小的經濟代價就把沉管隧道深埋的構想變成了現實，到2016年6月24日，已安裝隧道總長達到4702.5米，目前它不僅已經是世界上最長的公路沉管隧道，在長度上也超過了國內其他已建沉管隧道長度的總和。
漢斯·德維特對中國工程師的創新給予了高度評價，他說：「荷蘭的海因隧道（PietHeinTunnel）是第一個保留預應力鋼絞線的，運用了一些半剛性方法的基本概念。而中國工程師們真正使這個方法邁上了新臺階，實現了真正的創新。節段接頭的完備設計使得後張預應力鋼絞線在抗彎剛度被超過時，允許接頭產生一定的旋轉，來克服接頭受力。同時，管節節段接頭設計利用法向力（其中預應力是很重要的一部分），來提高節段接頭的抗剪能力。這很好地展示了工程中的挑戰是如何激發創新的。」
從此，世界百年沉管隧道結構的方案箱裡除了已有的「剛性」「柔性」之外，增加了「半剛性」這個新成員。這個新成員不僅獲得了名分，同時它也成為一項新技術。創新存在於新的解決方案轉變為標準工程的過程中，其間包含著許許多多微小的進步和修正，它們積累在一起的共同作用推動著實踐前進。「創新並不是顯示所謂的創造性，而是為滿足需求另闢蹊徑地完成工程任務。」林鳴說。
6港珠澳大橋島隧工程向人們展示「世紀工程」巍巍壯觀的身姿，同時將64項創新技術貢獻給世界沉管隧道工程。
總設計師劉曉東按照技術難度列出一個譜系：從應用慣例和標準組件的傳統技術，到那些需要實踐或試驗的項目及面臨真正難以突破的關口的項目，再到需要應對一些特殊挑戰的項目。在港珠澳大橋島隧工程項目中，應用慣例和標準組件方面包括「橋梁；人工島陸域形成、軟基加固、消浪結構等；沉管預製廠土木結構；沉管基槽開挖、沉管回填、沉管附屬工程等」，約佔比35%；需要試驗及需突破難關部分是工程主要部分，包括沉管基礎、沉管預製、沉管島上段等，佔比約50%；還有一些項目是工程應對特殊挑戰部分，需要技術創新，其中很多都是世界上第一次，比如深插鋼圓筒、半剛性沉管結構、外海沉管安裝系統、沉管最終接頭等，佔比約15%。
一項標準的基建工程需要試驗及需突破技術難關部分佔到工程總量的一半，並且為應對特殊挑戰而實現技術創新的項目佔工程總量的15%，這在中國工程史上是第一次。
總監製：金風
監製：夏宇
責編：戴麗麗李逸博
編務：李浩然