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“超级工程”港珠澳大桥

从开工那一刻起,港珠澳大桥就在连续创造“世界之最”,这座东连香港,西接澳门、珠海的跨海大桥,全长约55公里,其中主体桥梁工程长达 22.9公里,是继三峡工程、青藏铁路之后,我国又一重大基础设施项目,也是中国桥梁建筑史上技术最复杂、环保要求最高、建设标准最高的“超级工程”。

 

 

同时,还是迄今世界上总体跨度最长、钢结构桥体最长、桥面铺装面积最大的跨海大桥,被英国《卫报》称为“现代世界七大奇迹”之一。

 

 

港珠澳大桥设计施工中,全长超过7公里的岛隧工程是整个项目的控制性工程,负责这一工程设计施工的是中国交通建设集团。7年里,岛隧工程项目总工程师林鸣带领几千人团队,相继突破了深埋沉管、快速成岛、隧道基础、外海深槽安装等一系列世界难题,为中国工程建设标注了全新的高度。

 

 

中国著名桥梁专家谭国顺说:“港珠澳大桥建设从原材料到施工现场多艘3000多吨级的吊船等众多大型装备,全部是国产的,能建成这样一座世界瞩目的桥梁,不仅仅代表中国桥梁的最先进水平,更是这个国家综合国力体现,港珠澳大桥将是中国走向世界的又一张名片。”

 

在海底辅上“席梦思〞

 

“虽然有建设跨江隧道的历史,然而,来港珠澳之前,我们对海底沉管隧道十分陌生,能找到的资料只有薄薄的一本书,零星见过几张沉管隧道施工的现场图片。”中交港珠澳大桥岛隧工程项目副总工程师高纪兵说。

 

 

根据设计,大桥隧道工程要在伶仃洋海面40多米深处开挖一条5664米的海底隧道基槽,海下最大挖深达48.5米,误差不超过0.5米。由于港珠澳大桥地质环境是厚软土地基,且厚度在30~50米,这使得沉管基础沉降控制变得非常困难。

 

“沉管隧道为什么漏水?归结到底,都是基础出了问题。”林鸣解释说,近8万吨重的沉管铺在上面,基础如果做不好,后果不堪设想。

 

经过无数次工法比选、理论计算和试验验证,大桥的工程师们创新出一种新的复合地基+组合基床的基础方案,在沟槽的基床底部加铺一层2至3米的大块石并夯平,其上再用碎石整平。工程师们笑称,这是给海底沉管铺上“席梦思”。

 

 

为了铺好“席梦思”,今年39岁的工程师冀晋和他的抛石夯平班组在“振驳28”号抛石夯平船上整整奋战了43个月、1291天。洋流、台风、回淤、设备损坏,甚至船上极度单调枯燥的生活,都给他们带来极大的挑战。2016年1 月25日,他们最终完成了世界上首例深海基床块石抛填和夯平工程。

 

事实证明,整个岛隧工程中,运用组合基床的部分,隧道的沉降都控制在5厘米以内,这比合同约定20厘米的沉降标准超出数倍。

 

33根沉管连结滴水不漏

 

根据设计方案,港珠澳大桥海底沉管隧道由33根巨型沉管组成,每节管道长180米,宽37.95米,高11.4米,单节重约8万吨。这些沉管采用工厂法预先制成,为此,大桥建设者用14个月在外海荒岛建成了世界最大的沉管预制厂,并创下了浇筑百万方混凝土无一裂缝的世界奇迹。

 

 

把跟航母一样重的沉管浮运至施工现场,并准确沉放在海地 50米深已经铺好的基床上并与前一个沉管实施精确对接,其难度和挑战可想而知。

 

负责沉管浮运安装施工的岛隧项目副总工程师王强说,“风向浪高、海底洋流、泥沙、海水密度,每一个参数的变化都会直接影响沉管对接”。

 

即使在世界范围内,沉管隧道尚没有100%不漏水的纪录。然而,港珠澳大桥隧道在世界范围类似机构中,第一次做到了滴水不漏。

 

 

在沉管对接过程中,最终接头无疑是“画龙点睛”的一笔,为了实现毫米级的精度要求,他们用了3年时间,从方案的提出、细化、完成,“做到每一个参数能说得清楚”。

 

 

2017年5月2日,经过10余小时的吊装,重达6000吨的最终接头像“楔子”一样被精确安装在海底28米深的E29和E30两节沉管之间,将海底隧道连为一体。从2013年5月第一节沉管安装完成,历时4年,大桥建设者先后攻克深水深槽、大径流、强回淤、曲线段等世界难题,创造了“一年十节”的中国速度。

 

逼出来的创新

 

沉管隧道被定义为浅埋隧道,沉管回填及覆土厚度约在两米,为满足伶仃洋海域水运要求,港珠澳大桥隧道沉管需埋到海床以下20多米。

 

然而,自1928年人类工程史上修建第一条钢筋混凝土沉管隧道以来,沉管制作的“工具箱”里只有刚性和柔性两种方法。港珠澳大桥岛隧工程总设计师刘晓东介绍说,“刚性结构好比一块长条积木,而柔性结构好比乐高小块积术拼接的积木条”。工程师们通过大量计算分析发现,在20多米的覆盖层下,采用传统的刚性或柔性结构体系,沉管结构安全都得不到保障。

 

2012年11月17日凌晨,刘晓东收到林鸣的一条短信:“尝试研究一下半刚性。”他所提出的半刚性结构设想,是保留甚至强化串起小管节之间的钢绞线,加强小管节之间的连接,使180米长、由8个小节段连接而成的标准管节的变形受到更大的约束,增强深埋沉管的防错位能力。

 

设计团队用30多天完成《半刚性沉管结构方案设计与研究报告》,为了证明“半刚性”结构,工程师们又邀请国内外6家专业研究机构进行“背对背”的分析计算,从模型试验及原理上验证“半刚性”结构。最终,这一创新结构设计得到各方一致认可。

 

经过两年努力,总长5.6公里,由33节、每节重7万多吨的沉管连结而成的港珠澳大桥海底隧道沉管部分全线贯通,大桥建设者用最低的花费,把“半刚性”结构由构想变成现实。

 

 

“中国工程师的创新是被逼出来的,甚至是痛苦的”,回忆那一段煎熬的日子,林鸣感慨道,大桥设计之初,他们曾与一家掌握沉管隧道施工核心技术的外国公司商谈合作,这家公司开出的咨询费高达1.5亿欧元,并且,施工过程及时间节点均由对方掌控。

 

外国公司的技术保护、技术壁垒与技术歧视,激发了中国工程师自主创新的决心。在港珠澳大桥岛隧工程建设过程中,新技术创新有64项,包括深埋沉管、快速成岛、隧道基础、工厂法预制沉管、外海深槽沉管安装等一系列工程难题,为世界海底隧道工程技术提供了新知识与新样本。

 

打造世界级跨海通道

 

因为内地与港澳三地技术标准存在差异,港珠澳大桥从一设计就按照“就高不就低”的原则确定主要技术标准,即采用最高标准打造“世界级跨海通道、地标式建筑”,譬如设计寿命120年,抗16级台风、8级地震及30万吨巨轮撞击等要求。

 

 

港珠澳大桥主体工程 22.9公里的桥梁,首次在桥梁工程上部结构大规模采用钢结构,用钢量达40多万吨,足以建造60座埃菲尔铁塔。

 

历时9年的建设,目前港珠澳大桥于2018年10月24日开通运营,这意味着港珠澳的经贸合作进入了新的阶段,三地之间有效实现半小时经济城市圈,港珠澳将成为整个珠三角地区新的经济三角体。

 

 

港珠澳大桥建成通车后,珠海至香港的交通时间由之前的水路约1小时、陆路3小时以上,缩短到20至30分钟内,首次实现珠海、澳门与香港的陆路对接,极大缩短了港珠澳三地间的距离。

 

选自 《骄傲——了不起的大国重器》杂志 有改动 作者 / 武欣中,本文纯粹出于分享优质内容之目的,不做任何商业之用途,如侵犯到您的权益,请联系我们删除,特向作者表示真挚的感谢!
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