港珠澳大桥验收!“超级工程”背后有啥“超级技术”

港珠澳大桥验收!“超级工程”背后有啥“超级技术”
2018年02月07日 14:38 新浪综合

  来源:中国科普博览

  2月6日,港珠澳大桥岛隧工程及整个主体工程正式交工验收。验收结果表明,港珠澳大桥主体工程质量保证体系完善,符合设计及技术规范要求,工序控制严格,工程质量可靠,具备通车试运营条件,同意交付使用。

  历时7年,被英国《卫报》称为“现代世界七大奇迹”,是集桥、岛、隧为一体的超大型跨海通道,全长55公里(其中海底隧道长约6.75公里),设计使用寿命120年。港珠澳大桥沉管隧道是世界最长的公路沉管隧道和全球唯一的深埋沉管隧道,生产和安装技术有一系列创新,为世界海底隧道工程技术提供了独特的样本和宝贵的经验。

1月3日,港珠澳大桥灯火璀璨。图/视觉中国1月3日,港珠澳大桥灯火璀璨。图/视觉中国

  喜闻乐见:“粤港澳一小时生活圈”将实现

  第十二届全国人大五次会议上,国务院总理李克强在政府工作报告中,首次从官方层面提出“粤港澳大湾区”概念。在刚刚举行的广东省十三届人大一次会议上,广东省发展和改革委主任何宁卡透露,《粤港澳大湾区发展规划纲要》已顺利完成,有望在近期获批。也就是说,美好愿景离我们越来越近了,人们喜闻乐见的“粤港澳一小时生活圈”很快就能实现。

  不知道有多少人和小编一样,大桥建成的第一反应就是:香港的烧鹅!珠海的海鲜!澳门的甜点!我终于可以一路吃着,撒欢玩过去了!届时,香港至珠海的陆路通行时间将由三小时缩短至30分钟。

  匠人匠心:九年如一日的坚守

  大桥的建成固然是一大乐事,为许多人提供了生活和交通的便利。如今工程完工,作为建设者,中交港珠澳大桥岛隧工程项目总工程师林鸣却颇为感慨:“我们的团队一方面为大桥主体工程完工感到高兴,但更多的是不舍,是与这段岁月的惜别。”林鸣说出了众多大桥建设者的心声。

  现在,只要你检索“港珠澳大桥”,就会发现有几个关键词格外醒目。“世界最长”、“里程最长”、“投资最多”、“难度最大”、“抵抗8级地震”、“抵抗16级台风”、“建设期间,诞生了400多项新专利”等。在这些无数荣光的背后,项目建设者付出了艰苦努力。正是由于他们不断探索、不断攻关,工程在建设管理、工程技术、施工安全和环境保护等领域填补了多项空白。

  前无古人:“半刚性”管节结构设计

  在2018年新年贺词中,习近平主席列举了一系列举世瞩目的国家工程,其中就包括了港珠澳大桥。这项“超级工程”还出现在了央视纪录片《辉煌中国》的第一集。

图:央视纪录片《辉煌中国》图:央视纪录片《辉煌中国》

  港珠澳大桥的设计使用寿命是一百二十年,超过了我们身边绝大多数的桥梁,凝聚了桥梁设计师和施工人员的智慧和汗水,展现了中国最高的工程水平。不同于许多跨海大桥,港珠澳大桥是一座桥—岛—隧一体的大桥,其岛隧工程由沉管隧道、东西人工岛三大部分组成,其中沉管隧道是目前世界上综合难度最大的沉管隧道之一。

  但若要问港珠澳隧道与其他的海底隧道最大的不同在哪里?回答一定是它的结构设计方案,也即使得这座大桥的海底隧道“前无古人”的关键所在——“半刚性”管节的结构设计与实施方案。

  清华大学土木工程系地下工程研究所宋二祥教授团队,为其中的可行性论证提供了关键的技术支撑。以下是“半刚性”管节设计介绍:

  1、隧道沿线地质情况

  例如,隧道两侧填筑了两个人工岛,用于海上大桥和海底隧道接驳,人工岛附近隧道位置较高,由人工岛过渡到深埋段的中间过渡段的地质条件变化较大,若处理不好极易产生不均匀沉降。

图:隧道沿线地质情况图:隧道沿线地质情况

  针对这种情况,一方面,需要对软弱地基进行处理。为了减小过渡段的不均匀沉降,不同位置采用不同的地基处理方式。另一方面,结构本身也应当具备抵抗不均匀沉降的能力。

  一般而言,海底隧道有“刚”与“柔”两种结构形式。对于较短的海底隧道而言,隧道沿线地质情况变化较小,可做成整体式的刚性结构;但对较长的隧道而言,柔性结构通常因其适应变形的能力更强而更加合适。

  2“刚”“柔”之选,进退维谷

图:预制完成的钢筋混凝土隧道节段图:预制完成的钢筋混凝土隧道节段

  与通常埋深较浅的沉管隧道不同,港珠澳隧道完工后,其中间部分将深埋于海底的深厚淤泥中。长远来看,海底淤泥淤积深度预计将随时间增加、影响巨轮通行,将要在隧道沿线进行两处航道疏浚,分别是靠近香港一侧的铜鼓航道和靠近珠海澳门一侧的伶仃西航道。

  航道疏浚清淤则会直接导致隧道上方的荷载变化。简单而言,在施工刚完成、淤泥尚未淤积时和淤泥淤积过程中,沿隧道长度方向,淤泥的淤积荷载的空间变化并不剧烈。而航道疏浚后,主航道的淤泥面比其他部位低20m左右。

图:远期疏浚区域图:远期疏浚区域

  3“半刚性”管节:刚柔并济,游刃有余

图:首节沉管安装图:首节沉管安装

  经过团队详细周密的结构-地基整体分析,保留预应力后的“半刚性”管节节段间的抗剪承载力有效提升,能够抵抗疏浚导致的较大剪力,差异沉降也能控制在允许范围内。

  在这个特殊的问题中,传统的柔性结构和刚性结构都解决不了实际问题,正所谓“柔不丝屈,刚不玉折”(取其本义)。

  一隧连东西,汪洋变通途,此国之华也,亦身之荣也。船舶出海,古已有之,现一桥飞架三地,惊艳世界,则桥梁“出海”,未来可见!

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