港珠澳大桥不是一日建成的
罗马不是一日建成的,港珠澳大桥也不是一日建成的!
几年前,表弟试卷的一道选择题:港珠澳大桥全程多长?选项有(A.55米 B. 55千米 C.55英里 ),我不记得表弟选择了哪个,看到他被阿姨拿出来当例子说就猜到他应该选错了。
今年年初,第一次从香港经过港珠澳大桥到达澳门过珠海,我只顾着拍海景还没有认真观察过大桥。表妹问我,有没有看到海豚跳舞,回程的时候我还特意留意了海面上,如果让我看到海豚跳舞我一定要来个三连拍。
除了做产品目录,很少写说明文。说明文动不动要列数字,举例子,这篇文章我看了不少数据材料,不知道是否有错漏,朋友们可以多多指出。
为了将香港与内陆联系起来,促进经济发展,港珠澳大桥十几年前就开始被规划。不负众望,大桥建成,将珠江到香港的陆路交通时间从4小时缩短为30分钟,极大方便了两地经济文化往来。
港珠澳大桥集桥梁,人工岛,海底隧道为一体,连接香港,珠海,澳门,全长55千米,总造价过千亿,是世界建筑史上,里程最长,投资最多,施工难度最大的跨海大桥,有着桥梁界的珠穆朗玛峰之称,被英国《卫报》评委新世界七大奇迹之一。
那么这座大桥是怎么建设的,大桥的建设者又经历了什么?伟大的桥梁设计师工程师们必须克服一个又一个的困难......
山竹来袭
2018年9月,超强台风山竹来袭。台风山竹影响面积之大,甚至在太空里都能看到其运动的迹象。让人担心的是,17级超强台风山竹正好会经过刚刚建成不久的港珠澳大桥,完全超过了大桥的建筑标准。
当台风经过大桥时令人惊讶的一幕出现了,港珠澳大桥不仅没有出现断裂等现象,并且全线供配电系统正常运行,桥上各泵状态正常。监控数据精确的表明,桥上测到瞬时最大风力为16级。
这表明港珠澳大桥成功的通过了台风的考验,具有足够的抗风能力和安全系数。就有了后来朋友圈疯狂刷的:“港珠澳大桥能抵得住17级台风”。
海底下的巨大工程
作为普通游客,我们关心的是路过港珠澳大桥是否能看到海豚跳舞,是否捕捉到海上黄昏日落,却不知道海底下是多大的工程,是多少人辛苦努力的成果。
作为世上最大的钢结构桥梁,港珠澳大桥仅主梁钢板用量就达42万吨,相当于10座鸟巢,或者60座埃菲尔铁塔的重量。此外,它拥有世界上最长的海底隧道,全长约6.7公里,33节沉管对接而成,每一节重达8万吨,甚至比航空母舰还要大,使用寿命为120年。
珠江流域特殊地理位置增加难度
珠江流域特殊的地理环境,跨海大桥从决定建桥到大桥建成,工程师们不得不克服很多技术性难题。水上建桥比陆地艰难很多,传统的打桩法是把做好的海墩打入海床,但由于珠江口海床地质复杂,不符合打桩条件。
工程师们改为沉井法,先把大圆筒放入海里,上方露出海平面,抽干筒里海水,沉井向下打桩,到海底岩石的一定深度,沉井打桩比一般单纯打桩法打入的深度更深,最后把圆筒中填上钢筋混凝土,最后在桩顶修建桥墩,承台基础上再建桥墩。
珠江口流域常年高温多雨,台风多。工程师们采用了高强混凝土,将普通钢筋转化成使用防腐钢筋,还在桥墩外部涂上防止海鲜生长的锡,以防海水多盐分及海底微生物腐蚀建桥材料。
大桥高度设计有着天然矛盾
大桥高度设计上有天然的矛盾,这是因珠江口有世界级的航道,最繁忙时一天通过四千多艘轮船,有时甚至有30万吨油轮。如果要让这些万吨油轮能顺利通过,就需要建起170多米的桥塔,桥梁高度也不能低于80米。
与之争锋相对的是,这里恰好又非常靠近香港机场,每天都有1800多架航班要从附近起飞降落,为了保证飞机安全,桥梁高度不能超过88米,否则,一旦建桥,很容易威胁到油轮或者飞机的安全。
伶仃洋海域洋流运动慢,有巨大的泥沙,在此建桥,桥梁像篱笆一样把泥沙积聚在这里,阻挡航道,时间久了,珠江口流域将变成了一片冲积平原。为了克服这个困难,设计师们决定两边建设大桥,靠近机场那部分建海底隧道避免大桥与油轮飞机等相撞。
而桥和隧道必须有岛才能交接,他们选择了建人工岛。而人工岛工程量巨大,还要挖海底淤泥,足足800万立方米的海底淤泥相当于3座胡夫金字塔,这么多淤泥还会污染环境。
困难与阻碍一个接着一个,考验工程师们的技术与创新。不能以环境为代价,他们做出更大胆的方案,用120个钢圆筒柱,像钉子一样打到海里,在海上圈了一个岛出来,不仅稳固了淤泥,同时也让人工岛的结构稳固。每个圆筒圆面都相当于一个篮球场,高度相当于28层楼,重量550吨,符合环境,221天打造了2个人工岛。
最艰难的海底隧道
香港有几条海底隧道,每次路过海底隧道,我都会问:为什么海底隧道看不到鱼?为什么海底隧道不弄个厚点的玻璃,让我过隧道的时候顺便和鲨鱼say hi?
然而,港珠澳大桥的海底隧道,让我们看到了海底隧道是多么的不容易。保住其安全性已是最高的技术,哪里能弄得那么花哨。
山里打混凝土结构的隧道,即使混凝土裂了,钢筋还会发挥很大连接作用,山区隧道漏水也不影响安全。这种情况不能适用于海底,海底隧道一旦产生裂缝,含盐的海水渗透加速钢筋锈蚀,渗水威胁隧道内电子设备,影响司机行车。这是人命关天的大事,生命放在首位。
自主创新,克服困难
据说在港珠澳大桥海底隧道建设,本来想用外国技术,但外国技术是天价,工程师们最后选择自己干,发挥一切自主研发能力,克服一切困难。
要建海底隧道,工程师想到传统盾构技术,使用地铁盾构机在地下掘进,在海底挖出一条隧道,由于此地特殊地理环境,该技术不能采用。
唯一能用的是沉管技术。沉管技术在施工前必须清理海底深厚的淤泥,由工程师们施打挤密砂桩的方式,对含水量50%~60%的淤泥进行排水加固,对隧道下方的地基做夯实处理。
同时,以误差50cm以内的高精度进行基槽开挖,在40米深的海底铺设碎石基床基础,平整度4㎝以内,然后沉放隧道管节,拼接误差不能超过5CM,沉管安放后在两侧及上部回填碎石,短期内碎石可减弱海浪的袭扰。
要把沉管放到水下,如何面对水的浮力及洋流冲击的问题?
沉管隧道由一节一节用钢筋混凝土做成的空心沉管连接而成。安放时,先把两端密封,如同一个空心的长方形箱子,让其漂浮在海面上,用船将密封沉管拖到预定海面上,使之沉入海底。
完成对接后拆掉两节沉管之间那层混凝土壁。最后,随波逐流的淤泥很快重新淤到隧道上,大风大浪隧道也能在淤泥里安枕无忧,弱洋流的水文环境造成的大量泥沙反而加固隧道安全度。
世界上最长的海底沉管隧道
港珠澳大桥是世界上最长的跨海大桥,拥有世上最长的海底沉管隧道。
世上沉管分两种,刚性结构沉管或柔性结构沉管。刚性结构沉管如同长条积木,接头少,漏水概率低,但如果受力不均容易开裂,漏水概率就很大;柔性结构沉管则像很多块小积木拼接在一起,能应付受力不均的问题,缺点是接头多,容易漏水,对于在离地平面有十几层楼那么深的距离,一旦隧道漏水,后果不堪设想。刚也不行,柔也不行,怎么办?
工程师采取了一半刚一半柔的办法。把180米的大沉管分成8小节制作,用钢绞线串糖葫芦一样串在一起。再将其拉近,每个沉管要串60条钢绞线,我们的工程师经过三年不断试验论证,研究出沉管生产运输的方法。
而沉管安装是整个岛隧工程最大风险的部分,沉管安装需要风浪小气候各方面条件比较合适的天气,为了预测沉管出海的天气,相关部门花费几千万与国家海洋局海洋环境预报中心以及中国科学院南海研究所合作,从2011年5月开始做海上气象研究。珠江口环境恶劣,一个月可能就一两次机会,台风天气可能几个月都没机会,理论上一年安装10个左右的沉管。
海底隧道不能完全装成直线。太直,司机开车容易松懈。这就要求设计者在隧道设计上有弯度,让司机要时刻注意方向变化,保持注意力,隧道的弯曲度设计使得三十三节沉管都不一样,都有细微的孤度变化,而沉管拼接在一起有180米长,有任何偏差或受力不均,都可能引起渗水或材料裂缝。
沉管安装遇到了淤泥终止沉放
基础不牢地动山摇!为保证工程绝对安全,在一次沉管沉放中遇到不合适的天气,终止沉放。 最后一节沉管安装有误差,外籍专家及大多数工程师认为没问题,但中国的伟大工程师们不把遗憾埋在海底,精调四十多小时,把误差降低60倍。
桥面上巧妙的变道设计
桥下的巨大工程遇到的困难数不胜数,而桥面上的设计也遇到很多困难,比如港澳车辆靠左行车,而内陆车辆则靠右行驶。交通规则的冲突,设计师却早早把问题考虑进去。
巧妙融合了两岸三地的交通规则。珠海处罚到港澳,可以向右行驶,靠近香港澳门有变道设计。司机根据指示牌标志调整为靠左行车。从香港澳门前往珠海方向的司机也是同样策略。
港珠澳大桥的难题被工程师们逐一攻破,中国由桥梁大国变成桥梁强国。罗马不是一日建成的,港珠澳大桥也不是一日建成的。看到了相关资料,看到了大桥工作者百折不挠锲而不舍的精神,足以鼓舞你看完我这篇文章。谢谢!
Minnie-Sweetie