科技托起橋梁界“珠峰”：港珠澳大橋技術(shù)攻關(guān)300多項(xiàng)

港珠澳大橋青州航道橋采用了“中國(guó)結(jié)”元素，造型優(yōu)美。經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)-中國(guó)經(jīng)濟(jì)網(wǎng)記者 佘惠敏 攝

港珠澳大橋管理局總工程師蘇權(quán)科介紹港珠澳大橋的規(guī)劃圖。經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)-中國(guó)經(jīng)濟(jì)網(wǎng)記者 佘惠敏 攝

全長(zhǎng)55公里的港珠澳大橋，被譽(yù)為橋梁界的“珠穆朗瑪峰”，是世界上最具挑戰(zhàn)性的超級(jí)工程之一，也是世界最長(zhǎng)跨海大橋。作為連接香港、珠海、澳門的超大型跨海通道，港珠澳大橋集橋、島、隧于一體，形如巨龍，臥波穿海，通車后，三地車程將由3小時(shí)縮短至半小時(shí)。

自2003年起，全國(guó)先后有200多家科研單位、上千名科技工作者為這項(xiàng)工程開(kāi)展了300多項(xiàng)科研攻關(guān)，累計(jì)投入近5億元，創(chuàng)建工法逾40項(xiàng)，獲得發(fā)明專利逾百項(xiàng)，發(fā)表論文逾500篇。“國(guó)家重點(diǎn)科研力量的支持，為港珠澳大橋的順利完工提供了有力支撐。”港珠澳大橋管理局總工程師蘇權(quán)科介紹，與目前國(guó)際上已建成的跨海橋隧交通集群工程相比，港珠澳大橋的工程規(guī)模和建設(shè)難度是最大的。

從2009年12月開(kāi)工至今，港珠澳大橋主體工程已全線貫通，年底前將具備通車條件。在這個(gè)最后沖刺階段，經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)記者現(xiàn)場(chǎng)探尋這座超級(jí)工程背后的高科技密碼。

跨海架鋼梁

作為世界上用鋼量最大的橋梁，港珠澳大橋僅主梁鋼板用量就高達(dá)42萬(wàn)噸。建設(shè)者把鋼全部變成鋼組件，再運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)拼裝起來(lái)

港珠澳大橋主體工程包含22.9公里主體跨海橋梁及6.7公里的沉管隧道。當(dāng)記者坐上汽車，從珠海洪灣這端駛上大橋，感受到的是雙向六車道的平坦通暢。這座前后都望不到頭的大橋上，建有3段斜拉橋，分別是“風(fēng)帆”“海豚”“中國(guó)結(jié)”造型，寓意深遠(yuǎn)。

作為世界上用鋼量最大的橋梁，大橋僅主梁鋼板用量就高達(dá)42萬(wàn)噸。“這相當(dāng)于10座鳥巢或60座埃菲爾鐵塔的重量。”蘇權(quán)科說(shuō)，建設(shè)者把這42萬(wàn)噸鋼全部變成鋼組件，再把它們一件件運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)拼裝起來(lái)，就像小朋友搭積木一樣。

搭積木體現(xiàn)了大橋施工的“四化”理念：通過(guò)“大型化、工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化、裝配化”施工，把粗糙的土木工程變成精密制造、精密安裝，滿足工程質(zhì)量、工期和安全的需要。

搭積木，要先做出積木構(gòu)件。港珠澳大橋的巨型組件，許多是采用我國(guó)自行設(shè)計(jì)生產(chǎn)的大型裝備來(lái)建造。為建造大橋而建設(shè)的巨型廠房，就坐落在大橋附近區(qū)域，一個(gè)個(gè)數(shù)千噸乃至上萬(wàn)噸重的構(gòu)件——包括橋墩、橋塔、海底沉管等，就是在廠房?jī)?nèi)由大型自動(dòng)化設(shè)備流水線生產(chǎn)出來(lái)，之后由巨輪運(yùn)往現(xiàn)場(chǎng)，再采用大型吊裝或沉放設(shè)備進(jìn)行安裝。

港珠澳大橋管理局副局長(zhǎng)余烈告訴記者，天地間“搭積木”的技術(shù)難度大，涉及主體結(jié)構(gòu)、人工島建設(shè)、大規(guī)模工業(yè)化制造、水下結(jié)構(gòu)止水技術(shù)、海上裝配化埋置式承臺(tái)施工等諸多方面，為此，國(guó)家科技支撐計(jì)劃從2010年起啟動(dòng)了“港珠澳大橋跨海集群工程建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”項(xiàng)目，涉及大橋建設(shè)各項(xiàng)難點(diǎn)，發(fā)揮了科技支撐作用。

港珠澳大橋還是國(guó)內(nèi)第一次采用機(jī)器人焊接的鋼橋。港珠澳大橋管理局副總工程師柴瑞介紹，鋼橋焊接時(shí)，鋼材料在不均勻的加熱和冷卻收縮后，會(huì)產(chǎn)生很大的自身應(yīng)力。“所以我們采用多頭焊接機(jī)器人來(lái)實(shí)現(xiàn)均勻焊接。多頭焊機(jī)同時(shí)焊接，避免了冷熱不均，消除因焊接工藝產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力。”

“搭積木”式大橋建設(shè)中，曾出現(xiàn)過(guò)高度達(dá)106米、重量超3000噸的鋼塔在海上“空中轉(zhuǎn)體90度”再以高精度安裝的精彩場(chǎng)面，是國(guó)內(nèi)外建橋史上前所未有的壯舉。“如果不是國(guó)家的整體科研和裝備實(shí)力進(jìn)步到了現(xiàn)在的水平，這樣的整體設(shè)計(jì)是不可能完成的。”蘇權(quán)科說(shuō)。

沉管接長(zhǎng)隧

水下近50米建設(shè)深埋沉管隧道，在國(guó)際上被視為“技術(shù)禁區(qū)”。對(duì)此，建設(shè)者開(kāi)展15大類、136項(xiàng)專題研究，突破了許多世界性難題

汽車駛過(guò)主體跨海橋梁后，就到了西人工島，在島上，汽車從地上鉆入地下，穿過(guò)6.7公里的海底隧道，再?gòu)臇|人工島鉆出地面，就能駛上大橋香港段。

這一段島隧工程，是港珠澳大橋的關(guān)鍵。由于此地海空航運(yùn)繁忙，大橋要滿足30萬(wàn)噸級(jí)巨輪通行需求就得建高，要滿足附近機(jī)場(chǎng)航班降落限高需求又得建矮，因此不得不沉入海底，搭建深埋沉管隧道成為這一段工程的最佳選擇。

港珠澳大橋島隧工程建設(shè)前，海底沉管隧道關(guān)鍵技術(shù)一直掌握在少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家手中，技術(shù)引進(jìn)或合作的代價(jià)極其高昂，且部分技術(shù)對(duì)我國(guó)施行封鎖。

水下近50米建設(shè)深埋沉管隧道，在國(guó)際上被視為“技術(shù)禁區(qū)”。沉管隧道建設(shè)的技術(shù)研究成為科研攻關(guān)的重中之重。隧道關(guān)鍵技術(shù)課題負(fù)責(zé)人徐國(guó)平介紹，島隧工程項(xiàng)目自2010年年底成立以來(lái)，總計(jì)開(kāi)展15大類、136項(xiàng)專題研究，在外?？焖僦u、沉管隧道設(shè)計(jì)施工、工廠法沉管預(yù)制、外海沉管浮運(yùn)安裝、深水沉管隧道最終接頭、專用設(shè)備研制方面取得了重大突破。

我國(guó)首創(chuàng)了外海大直徑深插鋼圓筒快速筑島技術(shù)。海底隧道的入口和出口是東西兩座人工島，每座都相當(dāng)于3個(gè)足球場(chǎng)大小。按傳統(tǒng)圍堤筑島工藝需3年成島，將對(duì)海域環(huán)境造成嚴(yán)重影響。而按新技術(shù)方案，一次性把直徑為22米的120個(gè)巨型鋼圓筒插入海底，在中間填土一次成島，中國(guó)人創(chuàng)造了221天筑成兩島的世界工程紀(jì)錄。

港珠澳大橋的島隧工程還是世界首例深埋沉管，我國(guó)技術(shù)人員創(chuàng)造性地提出“半剛性”沉管新結(jié)構(gòu)，與國(guó)外專家提出的“深埋淺做”方案相比，節(jié)省了工期，節(jié)約投資約10億元，并且做到了沉管接頭不漏水。

水中的沉管隧道由33節(jié)鋼筋混凝土沉管管節(jié)及1個(gè)鋼殼混凝土最終接頭組成，單節(jié)沉管管節(jié)標(biāo)準(zhǔn)件重達(dá)7.6萬(wàn)噸，這些沉管在海底環(huán)境對(duì)接安放，難度堪比航天器交會(huì)對(duì)接。

“深埋屬于沉管工法禁區(qū)，沒(méi)標(biāo)準(zhǔn)可參考。”徐國(guó)平說(shuō)，為打造世界最長(zhǎng)的外海深埋沉管隧道，施工方配置國(guó)內(nèi)首條采用深水無(wú)人沉放系統(tǒng)的安裝船，通過(guò)信息和遙控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)管節(jié)姿態(tài)調(diào)整、軸線控制和精確對(duì)接。

通過(guò)科研攻關(guān)，我國(guó)掌握了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的外海沉管安裝成套技術(shù)，創(chuàng)造了1年安裝10節(jié)沉管的“中國(guó)速度”，大大領(lǐng)先于國(guó)際先進(jìn)水平。

百廿年大計(jì)

港珠澳大橋的設(shè)計(jì)壽命達(dá)120歲，是中國(guó)橋梁在設(shè)計(jì)、施工、材料研發(fā)、工程裝備等各方面成果的集中展示

這個(gè)超級(jí)工程其壽幾何?“港珠澳大橋能‘活到120歲’。”蘇權(quán)科說(shuō)：“它還能抗16級(jí)臺(tái)風(fēng)、8級(jí)地震。”

“120年我們是第一次做。南海含鹽量高，腐蝕嚴(yán)重，最開(kāi)始大家心里打鼓，這事能不能做成?”港珠澳大橋工程耐久性課題負(fù)責(zé)人王勝年說(shuō)，我國(guó)耐久性技術(shù)發(fā)展很快，新材料、新工藝方面取得的成果為課題順利進(jìn)行奠定了基礎(chǔ)。

港珠澳大橋的耐久性設(shè)計(jì)依據(jù)我國(guó)南海腐蝕暴露實(shí)驗(yàn)30多年觀測(cè)數(shù)據(jù)的積累成果，對(duì)所有指標(biāo)進(jìn)行定量分析設(shè)計(jì)，贏得國(guó)際同行的高度評(píng)價(jià)。

不僅是設(shè)計(jì)壽命高標(biāo)準(zhǔn)，港珠澳大橋建設(shè)在很多方面都體現(xiàn)了以科技引領(lǐng)工程建設(shè)的理念。

比如對(duì)防災(zāi)減災(zāi)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用。建設(shè)者在福建漳州專門修建了150米長(zhǎng)的足尺沉管隧道實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，利用3年時(shí)間對(duì)大巴、中巴、小汽車進(jìn)行燃燒實(shí)驗(yàn)。在世界上首次獲取了火災(zāi)中隧道內(nèi)的溫度、煙霧流速、濃度等第一手?jǐn)?shù)據(jù)，形成了港珠澳大橋沉管隧道防災(zāi)減災(zāi)的成套關(guān)鍵技術(shù)。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，隧道防火設(shè)施能在1200℃高溫下，保證沉管結(jié)構(gòu)在2小時(shí)內(nèi)不受破壞。蘇權(quán)科說(shuō)，人工島設(shè)立有海上救援平臺(tái)，如果隧道內(nèi)發(fā)生事故，救援力量3分鐘就能到達(dá);橋面發(fā)生意外，5分鐘至7分鐘內(nèi)趕到。

余烈表示，港珠澳大橋工程是過(guò)去數(shù)十年中國(guó)橋梁在設(shè)計(jì)、施工、材料研發(fā)、工程裝備等各方面成果的集中展示，它的建設(shè)也拉動(dòng)了我國(guó)交通行業(yè)的升級(jí)換代和技術(shù)進(jìn)步。(經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)-中國(guó)經(jīng)濟(jì)網(wǎng)記者 佘惠敏)