陳心羚

港珠澳大橋是一座挑戰(zhàn)世界難度的科技之橋，在設(shè)計(jì)、建設(shè)過(guò)程中難題層出不窮，一次又一次“挑戰(zhàn)不可能”。港珠澳大橋設(shè)計(jì)使用“壽命”為120年，是目前我國(guó)內(nèi)地設(shè)計(jì)使用年限最長(zhǎng)的建筑之一，建設(shè)者實(shí)現(xiàn)了諸多 “零的突破”。

作為目前世界最長(zhǎng)的跨海大橋，如何守好質(zhì)量關(guān)，保障安全？

如何在環(huán)境復(fù)雜的海域，確保它在地震、臺(tái)風(fēng)、海浪等災(zāi)害威脅下依舊屹立？

橫跨國(guó)家一級(jí)保護(hù)動(dòng)物中華白海豚保護(hù)區(qū)，環(huán)保工作如何開展？

施工海域每天有四五千艘船只來(lái)往穿梭，海上施工安全和航運(yùn)安全如何保證？

兩岸三地共建，如何在不同制度、不同法律、不同文化的背景下，一眾同心，建好這座大橋？

圍繞這五大問(wèn)題，我們一起來(lái)揭秘這項(xiàng)超級(jí)工程。

看不見(jiàn)的海底VS最精準(zhǔn)的施工

關(guān)鍵詞：海底隧道、不可視

長(zhǎng)達(dá)55千米的港珠澳大橋如蛟龍躍海，盤踞海面。但凝神細(xì)看，本是氣勢(shì)恢宏的“龍身”卻少了一段？其實(shí)在40多米深的海底處，深藏著一條全世界最長(zhǎng)的海底公路——6.7千米的雙向六車道海底沉管隧道。

要在海底修筑沉管隧道，意味著要在“不可視”的深海中完成大量施工作業(yè)，施工難度前所未有：沉管隧道如何做到120年內(nèi)不漏水，確保安全？用什么方法、什么設(shè)備將安放沉管的基槽鋪設(shè)平整？深海之處遭遇地震怎么辦？

應(yīng)對(duì)之策：外海厚軟基大回淤沉管隧道設(shè)計(jì)與施工關(guān)鍵技術(shù)

基礎(chǔ)沉降控制技術(shù)——把床鋪穩(wěn)

地基相當(dāng)于港珠澳大橋沉管隧道的“床”，它的“材質(zhì)”是淤泥和淤泥質(zhì)黏土，厚度約為30-40米，承載能力極低。沉降是沉管隧道安全的巨大威脅。對(duì)此，研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)不懈努力，終于計(jì)算出其沉降規(guī)律，建立起了符合使用條件的計(jì)算公式，為解決不均勻沉降問(wèn)題提出了明晰的解決方案。

“碎石整平法”——把“床”鋪妥

為克服深海施工困難，保證施工質(zhì)量，科研團(tuán)隊(duì)使用自主研發(fā)制造的施工設(shè)備——“深水碎石整平船”——鋪設(shè)基礎(chǔ)墊并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，使基槽鋪設(shè)能有效適應(yīng)波浪、水流及回淤，讓管節(jié)沉放對(duì)接后可得到平順的支撐。

Ω止水帶——把“口”封住

“Ω止水帶”是沉管隧道止水的最后一道防線。這一產(chǎn)品以往都是依賴國(guó)外進(jìn)口?？蒲袌F(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)3年時(shí)間的反復(fù)試驗(yàn)，嘗試了上千種配方后，成功研制出具備中國(guó)特色的高強(qiáng)耐老化性能、耐酸堿腐蝕性能的“Ω止水帶”。這項(xiàng)研究填補(bǔ)了該行業(yè)在國(guó)內(nèi)的空白，打破了國(guó)外公司的壟斷，降低了采購(gòu)的成本。

多功能振動(dòng)臺(tái)——把住百年安全

港珠澳大橋位于環(huán)太平洋地震帶，意味著深海隧道將可能面臨地震災(zāi)害的威脅?？蒲袌F(tuán)隊(duì)開發(fā)了世界上最大的“多功能振動(dòng)臺(tái)”，可模擬工程場(chǎng)地地震，以對(duì)沉管隧道遭遇不同地震時(shí)的狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，為港珠澳大橋的抗震設(shè)計(jì)做出了重要的指導(dǎo)。

不同于“填?！钡目焖佟俺蓫u”

關(guān)鍵詞：快速成島、穩(wěn)定性

敲定沉管隧道方案后，緊接的難題又浮出水面——橋梁和隧道如何連接？顯然，這需要在海中找到一個(gè)島作為“中轉(zhuǎn)站”。然而，施工海域沒(méi)有任何可用的現(xiàn)成島嶼，意味著只有自己造島這一條路！

如果依賴傳統(tǒng)的填海造島，會(huì)因海床環(huán)境限制而無(wú)法實(shí)施，但建島的計(jì)劃工期只有一年。在如此緊迫的條件下，承包單位提出了“鋼圓筒圍護(hù)”快速成島方案——使用120組大鋼圓筒打入海床，圍出島的形狀，然后在中間填出一座人工島?？射搱A筒打入海床后，如何保證足夠的穩(wěn)定性？

應(yīng)對(duì)之策：外海厚軟基橋隧轉(zhuǎn)換人工島設(shè)計(jì)與施工關(guān)鍵技術(shù)

研制擠密砂樁大型施工設(shè)備，加固人工島

擠密砂樁技術(shù)是地基加固的新技術(shù)，但國(guó)內(nèi)并無(wú)適用的設(shè)備?？蒲袌F(tuán)隊(duì)開展了最大規(guī)模的“擠密砂樁離心模型試驗(yàn)”，成功研制了3艘船樁架高達(dá)86米的新一代“擠密砂樁施工船”，現(xiàn)已形成完全國(guó)產(chǎn)化的擠密砂樁施工裝備及全套技術(shù)。

鋼鐵橋梁VS自然環(huán)境的攻擊

關(guān)鍵詞：抵御1訇然環(huán)境、10%阻水率

伶仃洋是弱洋流海域，每年都會(huì)有大量的“泥沙水”從珠江口涌入。橋墩如同阻擋泥沙的“柵欄”，一旦超過(guò)10%的阻水率，泥沙就可能沉積，阻塞航道，甚至?xí)绊懼榻诘姆篮榧{潮和漁業(yè)生態(tài)環(huán)境。

自然環(huán)境的多方限制使大橋的施工難度劇增，海上作業(yè)時(shí)間越長(zhǎng)，風(fēng)險(xiǎn)越大，質(zhì)量越難以控制。面對(duì)這些限制，又將如何進(jìn)行協(xié)調(diào)？

應(yīng)對(duì)之策：海上裝配化橋梁建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)

鋼管復(fù)合樁與預(yù)制墩臺(tái)結(jié)合設(shè)計(jì)

全橋共220個(gè)/組墩臺(tái)，共使用了能夠滿足阻水率要求的約1500根鋼管復(fù)合樁，并科學(xué)地解決了樁身與預(yù)制墩臺(tái)連接中需遇到的，諸如施工過(guò)程的止水，在風(fēng)浪作用及震動(dòng)下的對(duì)接安裝等一系列問(wèn)題，終于將墩臺(tái)埋入海床面以下。

鋼箱梁橋面制造工藝創(chuàng)新

為便于海上吊裝，大橋主體工程上部結(jié)構(gòu)大規(guī)模采用了鋼箱梁，用鋼量達(dá)42萬(wàn)噸。而鋼箱梁的“疲勞開裂”問(wèn)題是交通行業(yè)的痼病?？蒲袌F(tuán)隊(duì)通過(guò)系統(tǒng)化研究，形成了具有行業(yè)引領(lǐng)性意義的科研成果。這一系列的工藝優(yōu)化與升級(jí)，保證了港珠澳大橋鋼橋面板的優(yōu)良質(zhì)量。

橋面鋪裝技術(shù)研究

港珠澳大橋50萬(wàn)平方米的鋼橋面鋪裝面積創(chuàng)下了世界紀(jì)錄。國(guó)內(nèi)外鋼橋面鋪裝分析理論和研究方法雖然很多，然而實(shí)際的鋪裝效果卻往往事與愿違，尤其在低緯度的濕熱海洋氣候環(huán)境下，鋼橋面鋪裝尤其是一個(gè)工程難點(diǎn)。港珠澳大橋組織科研力量歷經(jīng)兩年多的研究，對(duì)“連續(xù)鋼箱梁橋面鋪裝壽命影響因素”等問(wèn)題進(jìn)行深入研究，獲得了豐富的科研成果。

設(shè)計(jì)的“120年”和“不只120年”的試驗(yàn)

關(guān)鍵詞：混凝土、120年

在120年“長(zhǎng)壽”的嚴(yán)格要求下，如何同時(shí)使大橋的隧道、人工島、橋梁等的混凝土結(jié)構(gòu)皆足夠“耐用”？這在港珠澳大橋工程之前的國(guó)內(nèi)其他項(xiàng)目，都是憑定性的經(jīng)驗(yàn)判斷。

應(yīng)對(duì)之策：跨海集群工程混凝土結(jié)構(gòu)120年使用壽命保障關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)“湛江暴露試驗(yàn)站”近30年的實(shí)驗(yàn)存留數(shù)據(jù)，港珠澳大橋科研團(tuán)隊(duì)對(duì)“混凝土結(jié)構(gòu)耐久性”問(wèn)題進(jìn)行了深入研究，最終獲得了以下成果：

港珠澳大橋九洲橋

第一，引入“可靠度理論”并提出了跨海集群工程中不同混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的定量耐久性設(shè)計(jì)指標(biāo);第二，制定了關(guān)鍵部位的外加防腐措施;第三，編制了《港珠澳大橋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)指南》等規(guī)范性、理論性的文件;第四，進(jìn)行了耐久性檢測(cè)系統(tǒng)開發(fā)。

這些研究成果的作用并不只運(yùn)用在這“120年”，而且將進(jìn)一步總結(jié)并納入國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，指導(dǎo)更多類似工程的耐久性設(shè)計(jì)。

協(xié)同管理VS兩岸三地的隧一島一橋

關(guān)鍵詞：跨境、集群

港珠澳大橋是在“一國(guó)兩制”條件下，粵港澳三地首次合作共建的超大型交通集群工程。這三地的制度、文化、法律和慣用施工方法皆有所不同，要跨境共建一個(gè)“超級(jí)工程”，在國(guó)內(nèi)尚屬首例，這使港珠澳大橋的施工及運(yùn)營(yíng)管理面臨著巨大的挑戰(zhàn)。

前期方案論證的線位走向、口岸設(shè)置，建設(shè)期島、隧、橋3部分的資源調(diào)配、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)境保護(hù)，大橋通車后3地交通信息交換、消防安全等問(wèn)題如何聯(lián)動(dòng)？決策機(jī)制如何？

應(yīng)對(duì)之策：跨境工程管理、節(jié)能環(huán)保、防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)

跨境通道營(yíng)運(yùn)管理關(guān)鍵技術(shù)

科研團(tuán)隊(duì)通過(guò)廣泛調(diào)研，并對(duì)港珠澳大橋中需要進(jìn)行“決策”的對(duì)象進(jìn)行分類與研究，形成了“三級(jí)架構(gòu)、二級(jí)決策”的管理機(jī)制，設(shè)港珠澳大橋?qū)Ｘ?zé)小組、港珠澳大橋三地聯(lián)合工作委員會(huì)、港珠澳大橋管理局，其突破點(diǎn)在于在利益相關(guān)者中選準(zhǔn)利益平衡點(diǎn)，保證做到“公開透明”，用“協(xié)商一致”的途徑獲得最終解決方案。

跨境集群工程安全環(huán)保管理，“一體化”管理

立足于“HSE管理”上已形成的經(jīng)驗(yàn)，科研團(tuán)隊(duì)編制完成了《交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)健康安全環(huán)境一體化管理的技術(shù)指南》，為工程建設(shè)中的“健康、安全、環(huán)?！币惑w化管理做出了理論性的貢獻(xiàn)。另外，在白海豚保護(hù)上，港珠澳大橋科研團(tuán)隊(duì)研究提出了“中華白海豚聲學(xué)驅(qū)趕（保護(hù)）技術(shù)”，安全有效地保護(hù)了這一“海洋白精靈”。

沉管隧道的防災(zāi)減災(zāi)

科研團(tuán)隊(duì)建設(shè)了全尺寸隧道綜合防災(zāi)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，利用3年時(shí)間，對(duì)大巴、中巴、小巴車進(jìn)行多次燃燒試驗(yàn)，在世界上首次獲取了火災(zāi)中隧道內(nèi)溫度、煙霧擴(kuò)散規(guī)律等第一手?jǐn)?shù)據(jù)，并形成了《沉管隧道防火安全管理分級(jí)指南》等港珠澳大橋防災(zāi)減災(zāi)的成套關(guān)鍵技術(shù)。

這條創(chuàng)新之路可謂步履維艱，一步一歷史，一步一個(gè)“化不可能為可能”。大橋在技術(shù)理論、標(biāo)準(zhǔn)指南（規(guī)程）、施工工藝與產(chǎn)品裝備、試驗(yàn)研究基地和項(xiàng)目管理五大方面都取得了創(chuàng)新性成果，這五個(gè)關(guān)鍵技術(shù)成果皆被鑒定為“總體國(guó)際領(lǐng)先水平”，有力地支撐了港珠澳大橋的建設(shè)，更為交通行業(yè)科技進(jìn)步貢獻(xiàn)了一份力量！