在世界級的挑戰背後,這些創新理念撐起了“超級工程”!


在世界級的挑戰背後,這些創新理念撐起了“超級工程”!

東人工島。


在世界級的挑戰背後,這些創新理念撐起了“超級工程”!

江海直達船航道橋。


在世界級的挑戰背後,這些創新理念撐起了“超級工程”!

港珠澳大橋珠海公路口岸珠澳旅檢樓出境層自助通道。

港珠澳大橋被業界譽為橋樑界的“珠穆朗瑪峰”。這座東連香港,西接澳門、珠海的跨海大橋,全長超過50公里,是繼三峽工程、青藏鐵路之後我國又一重大基礎設施項目,也是中國橋樑建築史上技術最複雜、環保要求最高、建設標準最高的“超級工程”。

創新理念,貫穿大橋建設的始終,也擘畫了這座“超級工程”的清晰路徑。在風大浪急的外海搭建設計使用壽命120年的鋼鐵巨橋、在世界沉管隧道史上首次提出並應用半剛性結構體系……“港珠澳大橋是一座名副其實的科技之橋、創新之橋,在這些世界級挑戰的背後,是一系列創新攻堅和科技支撐的強力驅動。”港珠澳大橋管理局總工程師蘇權科表示。

“橋島隧”集群:

國內橋樑建設史上首次應用“工業化製造”理念

港珠澳大橋主體工程集橋、島、隧於一體,共約29.6公里,包含九洲、江海和青州三座通航斜拉橋,19.6公里的非通航孔橋,6.7公里的海底隧道,以及連接橋樑和隧道的東西兩座人工島。

之所以採取這樣特殊的集群組合,港珠澳大橋總設計師孟凡超解釋說,是因為珠江口上有一條國家級、世界級的航道,每天最繁忙的時候這裡有四五千艘輪船在海面上通過,必須保障絕對的暢通;港珠澳大橋所在海域又靠近香港機場,每天1800多架的航班要從這裡起降,所以出於安全考慮,橋也不能修得太高。“要避開這兩個矛盾,設計師就得在工程方案中加入海底隧道,橋、島、隧三大塊缺一不可。”

為了應對工程建設面臨的建設管理、工程技術、環境保護和海上安全等四大挑戰,港珠澳大橋在國內橋樑建設史上,首次系統提出“大型化、工廠化、標準化、裝配化”的理念,並貫穿橋、島、隧建設的全過程。

這個理念的背後,是一個環環相扣的精密製造項目:橋墩、橋面、鋼箱梁、沉管等大型構件在工廠的流水線上成型,再整體運輸到伶仃洋海面,一片片、一件件組合拼裝,像“搭積木”一樣把大橋組裝起來,從而使建設效率大大提高。

作為世界最大的鋼結構橋樑,大橋僅主樑鋼板用量就達42萬噸。“這相當於10座鳥巢或60座埃菲爾鐵塔的重量,能抗16級颱風、7級地震。”蘇權科說,大橋的鋼橋面鋪裝面積達到50萬平方米,也創造了世界紀錄。

“港珠澳大橋在設計之初就確定了‘大型化、工廠化、標準化、裝配化’的理念。”港珠澳大橋管理局副局長餘烈表示,施工現場緊鄰航道,每天來往船舶4000多艘,為了滿足工程質量、工期和安全的需要,也為了更好地保護生態環境,採用了這種全新的大橋建設模式。“海上組裝可以降低惡劣氣象條件對施工的干擾,降低對生態環境的破壞。岸上預製則讓大型成套設備、先進生產工藝有了用武之地。”

“這是在全世界第一次,有明確主張和明確方向提出這種理念,有嚴密的保障措施和配套的技術支撐。”孟凡超闡釋說,“四化”的本質與核心就是工業化,目標就是力爭使傳統工法模式中存在的質量、安全、難度、環保等問題迎刃而解。

從橋墩到橋塔,從鋼箱梁到深入海底45米深的隧道沉管,澆築工藝變成了產品製造——工廠按照標準生產大型預製件;建設企業通過自己研發製造或買來大型施工裝備、大型浮吊、大型船舶,將產品運輸到海上,像搭拼積木一樣,一件一件地組裝成“鋼鐵巨龍”。

在世界跨海大橋的建設史上,“工業化製造”在港珠澳大橋第一次全面應用和嘗試。與此同時,港珠澳大橋要做精品工程,設計使用壽命達到120年,這在我國橋樑史上是從未有過的。

港珠澳大橋管理局局長助理、計劃合同部部長高星林表示,港珠澳大橋跨越香港、澳門和內地,為保證大橋按統一標準建設,大橋管理局組織設計、諮詢聯合體及科研單位等收集三地及世界範圍內現有相關規範,決定按照“就高不就低”原則確立項目技術標準體系——其中,港珠澳大橋的設計使用年限採用了最長年限120年的英標,混凝土技術指標採用了標準最高的歐標,行車道寬度採用了內地3.75米標準等。在高標準的框架內,確保港珠澳大橋的建造品質。

港珠澳大橋也是一座綠色之橋,生態之橋。海天之間,人與自然和諧共處,超級工程與中華白海豚相互守望。這是港珠澳大橋在世界最長跨海大橋、世界綜合難度最大跨海大橋等紀錄之外,創下的另一個令人矚目的紀錄和標杆。

令人欣慰的是,經過機構調查跟蹤發現,自港珠澳大橋施工以來,中華白海豚的數量有增無減,從2010年的1200頭增加到如今的2000多頭。“這也是國家科技支撐計劃的子課題,我們與中國科學院水生生物研究所、中山大學、交通運輸部規劃研究院合作,組建團隊,300多次出海跟蹤,拍攝30多萬張照片,對海域內1000多頭白海豚進行了標識,並摸清白海豚生活習性,在施工時採取針對性保護措施。”餘烈說。

外海沉管隧道:

首次提出並應用半剛性結構體系

港珠澳大橋海底隧道是我國首條外海沉管隧道,不僅需要在鬆軟地基上建成當今世上最長、埋深最大的海底沉管隧道,還要在水深10餘米且軟土層厚達幾十米的海中建造兩個人工島,實現海中橋隧轉換銜接。

擺在中交港珠澳大橋島隧工程項目總經理、總工程師林鳴面前的現實卻是,“沉管隧道在港珠澳大橋建設之前,全國都不到3000米。”換言之,國內在這個領域的技術積累幾乎空白。

作為隧道兩端的承接,人工島修築是第一步。從項目籌備開始,建設團隊就在思考深海築島的方案,一個基本著眼點是,“在海中築島,人工島面積很小,這就要求儘量少用船舶、儘量簡化工藝。而要實現環保、確保質量、確保工程進度,就要考慮大型化、標準化、預製化。”

頗為“傳奇”的是,在一次技術交流會期間,一個大膽的構想突然閃過林鳴的腦海——用大直徑鋼圓筒圍成人工島。簡單來說,就是以大的鋼圓筒止水圍島,島內填入砂料並加固地基,圓筒外再用混凝土塊體等加固防護,最後,堅實的人工島“拔海而起”。

靈光一閃,打通了整個島隧工程的關鍵線路,背後卻是無數日夜的苦心孤詣。“島隧工程是一場超越傳統建設模式的‘大考’。”東人工島現場施工指揮徐桂強感慨地說,這是真正意義上從理念、技術、裝備到工藝的突破,每一道工序、每一項施工無不閃爍著創新的光芒。

沉管隧道的安裝,背後更是創新理念的攻堅戰。這條外海隧道的最大埋深40多米,傳統的剛性或柔性結構都無法滿足這個埋深要求。

“自世界修建第一條鋼筋混凝土沉管隧道以來,沉管制作的‘工具箱’裡只有剛性和柔性兩種方法。”港珠澳大橋島隧工程設計負責人劉曉東用積木給出通俗易懂的比喻——剛性結構好比一塊長條積木,而柔性結構好比樂高小塊積木拼接的積木條。剛性是整體結構,使接頭漏水的概率減小,但如果基底出現沉降,大體量沉管受力不均勻出問題的概率也隨之增大。柔性結構則是用小管節連接,串成一個大管節。

由於周圍環境和水陸空交通的要求,港珠澳大橋島隧工程成為了世界上第一個深埋沉管隧道。工程師們通過大量計算分析發現,無論是採用傳統的剛性或柔性結構體系,沉管結構安全均得不到保障。

“在剛與柔之間,如何找到平衡點?”林鳴拿出了前所未有的“半剛性”結構設想,即保留甚至強化串起小管節之間的鋼絞線,加強小管節之間的連接,使180米長、由8個小節段連接而成的標準管節的變形受到更大的約束,增強深埋沉管的防錯位能力。

在經歷了200多個備受煎熬的日子後,“半剛性”的結構終於在大橋建設中付諸實踐,並獲得成功。“讓沉管之間像關節一樣能活動,又不至於幅度太大,解決深埋沉管的結構問題。”林鳴回憶,從此在世界沉管結構的“工具箱”中,除了已有的“剛性”“柔性”外,增加了來自中國的“半剛性”新成員。

歷時四年時間,中交建設者們圓滿完成了33節巨型沉管和最終接頭安裝的施工任務,書寫了外海沉管隧道“滴水不漏”的建設奇蹟。“港珠澳大橋是全球最具挑戰的跨海項目,島隧工程可能也是迄今為止最為複雜的一項工程。”港珠澳大橋島隧工程顧問單位之一,國際領先的荷蘭隧道工程諮詢公司(TEC)執行總裁漢斯·德維特曾這樣說,“正是像港珠澳大橋這樣的複雜工程,不斷推動著創新。”

大橋運行通關:

珠澳採取“合作查驗、一次放行”新模式

國慶前夕,港珠澳大橋開始為期三日的全線試運行通關測試,跨境車輛通行大橋、經各自口岸模擬辦理出入境,以測試各自口岸的運作,為大橋全線開通作準備。據測算,香港跨境巴士從大橋香港口岸出發,穿越伶仃洋,到達大橋珠海口岸,經珠海連接線抵達珠海,全程只需40多分鐘。

據瞭解,港珠澳大橋將採取“三地三檢”的通關模式,其中珠澳之間採取“合作查驗、一次放行”的新模式。除粵港兩地牌、粵澳兩地牌和港籍單牌車輛外,內地車輛通過辦理私家車一次性配額申請也可上港珠澳大橋。

珠海公路口岸是港珠澳大橋的重要組成部分,是我國唯一同時連通粵港澳的標誌性工程。其設計日通關能力超過25萬人次,其中珠港之間出入境旅客15.33萬人次,珠澳之間出入境旅客10萬人次,能夠滿足港珠澳大橋中長期通行能力。

按照“效率至上、智慧通關”創新理念,珠海公路口岸以“建設現代化、通關電子化、信息網絡化”為原則,實現了全國首創的出入境客貨車輛“一站式”系統驗放,邊檢“合作查驗、一次放行”及衛生檢疫“出境查驗、入境監控”的查驗模式。

此外,為打造成為通關最智能、最快速、軟硬件條件最一流的口岸,珠海公路口岸採用了全國首創的“一站式”平臺與廣東陸路快速通關係統、金關二期智能卡口無縫連接的國內領先通關模式,輔以人臉識別、RFID電子車牌、H986大型機檢設備等國內領先的智能設備設施,極大提高了通關效率和速度。正常進出境貨物放行時間只需要十幾秒,大橋口岸正式開通,進出境貨物真正進入“秒放時代”。

值得一提的是,港珠澳大橋收費站車輛通行費收費標準確定,收費標準以人民幣為基準,港澳兩地按照扣費時的匯率實時換算。據港珠澳大橋管理局副局長餘烈透露,大橋通車後,內地ETC、香港快易通皆可在港珠澳大橋上使用,民眾還可通過支付寶、微信進行付款。


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