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港珠澳大桥15年里给工程师出了多少连环难题?终于还是克服困难建成通车啦!

今天,2018年10月24日,港珠澳大桥正式通车。作为“基建狂魔”又一项超级工程,港珠澳大桥自建造起就吸引了众多关注,央视更是为它专门拍摄了同名纪录片。如今,万众瞩目下,港珠澳大桥正式向世人展示其完美的形象。




亮点


总长约55公里:世界最长的跨海大桥;


120年设计使用寿命:可抵抗8级地震、16级台风;


50万平方米钢桥面:世界最大规模的钢桥面铺装工程;


设计速度100公里/小时:双向六车道;


6.7公里海底隧道:中国第一条外海沉管隧道、世界唯一的深埋沉管隧道。




集多个世界之最于一身的跨海大桥,建造的难度当然也是世界级的。2004年立项,2009年开工,2018年通车,15年的时间里,港珠澳大桥究竟给中国的工程师们出了多少难题?



抵御8级地震、16级台风,保证120年使用寿命



港珠澳大桥设计初始,就给工程师们提出了苛刻的要求,让我们一个一个来看。



先说地震,地震来临,如何减震?



港珠澳大桥是有史以来最大规模使用钢材建造的桥梁,海中主体桥梁用钢量约40万吨,可以建造60座埃菲尔铁塔。和混凝土结构的桥梁相比,更轻的钢材结构一定程度上减轻了地震的威胁,但这还远远不够。



为此,工程师们找到了一种新型高阻尼橡胶材料,采用这种高阻尼的橡胶支座,有助于地震能量的耗散。于是工程师们针对此种橡胶材料着手进行工程试验,为大桥设计最佳的橡胶减震方案。



第二是台风。



港珠澳大桥所在的伶仃洋海域,台风多发,每年有200天左右遭受6级以上强风。可以说不是有台风,就是台风在来的路上。韧性强的钢梁会在风力的作用下自然摆动,一旦产生共振,后果不堪设想。



为此,上海同济大学的研究团队利用风洞试验探索解决共振的办法。最终发现,通过加上一个溢流板,可以在17级风力作用下使振幅从40公分降低到6公分。


最后说寿命,在海洋环境中,钢材会被腐蚀地更快。我国内地建造的大桥目前设计的寿命尚不足120年,海洋中的氯盐则使得港珠澳大桥的120年寿命难上加难。



早在1987年就放在海边的混凝土块,数十年的数据积累为新型混凝土材料的研发提供了帮助。与此同时,太原钢铁迎难而上,自主研发设计生产了双相不锈钢筋,与传统不锈钢筋相比,大大提高了抗腐蚀性能。





在中华白海豚保护区动工,会影响环境吗?


伶仃洋海域内生活着大约2000多头中华白海豚,它们生活的水域是国家级自然保护区,而港珠澳大桥正好要从这片水域穿过,这也引发了公众的争议。为了解决这一问题,针对施工各个环节的全面的指导手册出台。



不允许使用柴油打桩锤,不允许直接挖泥,要采取维护措施,不能让污染物扩散,也不能有震动等等。



大桥管理局在建造过程中对整个保护区进行监管,看是否落实各种保护措施。日常监测工程对白海豚的影响,更好地实现保护工作。



港珠澳大桥开通的这一天,人工岛附近的白海豚群,大概是对工程师们环保施工最好的反馈。





船只繁忙,施工过程中如何协调航线?


为了保证海域上每天4000多艘船只和工程船只的顺利航行,工程师们和海上交通警察、海事局合作,重新规划航道,这也是中国最大的一次航道改造工程,也为施工过程的安全提供保障。




毗邻国际机场,怎么保证航班正常起降?


航道繁忙,怎么保证绝对畅通?


附近的机场要求桥不能太高,而繁忙的来往船只则要求桥不能太低。



为了解决这两个问题,工程师们决定建造海底隧道。而要连接大桥与隧道,就不得不建人工岛,因此桥、岛、隧缺一不可。



于是,港珠澳大桥被“逼”成为一座最大、最长、最复杂的跨海大桥,包括6.7公里长的海底隧道、22.9公里长的大桥以及4大人工岛。





淤泥太厚,人工岛该怎么建?


15到20米厚的淤泥使常规的重力沉箱式结构不再稳定,而清走淤泥对海洋环境是毁灭性的污染。



为此工程师们提出了新的方案,用一组巨型圆钢筒围成一个岛,再在中间填土,“圈地为岛”。

问题又来了,巨型圆钢筒怎么造?



每个圆钢筒直径22.5米,高55米,相当于28层楼,重550吨,相当于一架A380。工程师们将其分解为72个单元,然而拼接过程误差不超过3厘米的要求又是一个挑战。



一个能够控制圆钢筒外型的钢结构支架又在工程师们的想法中诞生了,在内胆的支撑下,拼接的误差大大减小。





岛好像没有问题了,海底隧道怎么建?


在此,中国成熟的盾构技术却没有了用武之地。



如果采用盾构技术挖掘隧道,盾构的稳定性要求隧道必须更深,从而人工岛的长度就会增加,而这样就不能满足阻水率小于10%的要求,会引起泥沙淤积,阻塞航道。



唯一可以采用的就是沉管隧道技术了,先在海床浅挖出沟槽,再将预制好的隧道沉放至沟槽,水下对接。这样人工岛的长度就可以从1公里降低到600多米,但也大大提升了建设隧道的技术难度。

如何预制180米长的隧道?



沉管隧道一节长180米,重76000吨,一次成型几乎是不可能完成的任务。工程师们采用了模块化解决方案,将一节隧道划分成8个小单元,在工厂里组装,再运送到施工现场。



桥梁又来出难题了,机场要求施工过程中设备不能超过122米,怎么安装120米高的桥塔?



工程师们想出了一种富有创意的安装方法。将桥梁的索塔在陆地上预制完成,再和底座上的连接轴连接,通过巨大的钢缆牵引,把和地面平行的索塔一次性拉到和地面垂直。



除此之外,施工过程中还有很多难以预计的问题,东人工岛第一个圆钢筒吊装时差点遇上台风纳沙;深埋沉管隧道史无前例,没有经验可以借鉴……中国工程师不断挑战极限,用他们的日日夜夜堆砌起震惊世界的超级工程。




终于建好了,台风“山竹”来了


最高风力达到17级的台风“山竹”今夏迫不及待地给港珠澳大桥来了一次“质检”。设计要求抵御16级台风的港珠澳大桥完美通过验收,“质检合格”!





举国之力建造的港珠澳大桥创下多项世界之最,每一项突破都凝聚着工程师们的心血。建设者们克服了许多世界级难题,也集成了世界上最先进的管理技术和经验。



逢山开路,遇水搭桥,这份成就来之不易,向中国工程师和大桥建设者们致敬!


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