音頻科普:-港珠澳大橋背后的前期規(guī)劃
發(fā)布時間:2020-11-05
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音頻科普:-港珠澳大橋背后的前期規(guī)劃

2018年10月24號,港珠澳大橋的通車運營,吸引了全世界的目光。這此之前,人類建設(shè)史上還沒有出現(xiàn)過里程如此之長的大橋,而且,它還是一座投資最多、施工難度最大、設(shè)計使用壽命最長的跨海公路橋梁,為了實現(xiàn)抗風能力16級、抗震設(shè)防烈度8度、使用壽命120年等標準,設(shè)計施工團隊還創(chuàng)新研發(fā)了31項工法、31套海洋裝備、13項軟件、454項專利。?

  今天,就讓我們共同踏上這座連接香港、珠海、澳門三地的超大型跨海通道,探訪港珠澳大橋背后的建造故事。?

  港珠澳大橋全長55千米,連接著香港大嶼山、澳門半島和廣東省珠海市這三個地方,從遠處望去,就好像是一條蛟龍,蜿蜒騰越在蔚藍色的海面上。這座大橋通車后,大大縮短了三地之間的距離,從珠海、澳門開車到香港,花費的時間從3個小時大幅縮短到了45分鐘。從此,港珠澳三地實現(xiàn)了“1小時生活圈”,珠三角也將形成世界矚目的智慧城市群!?

  港珠澳大橋從2004年開始全面啟動大橋各項建設(shè)的前期工作,2009年12月15號海上作業(yè)船挖出了第一斗海沙,標志著大橋正式開工建設(shè),最終在2018年10月24號順利通車。在這段時間里,港珠澳大橋經(jīng)歷了眾多建筑者夜以繼日的攻關(guān)克難,可以說,在它的每一個節(jié)點都有著建造者們留下的印記。?

  2004年年初,全國工程勘察設(shè)計大師孟凡超被任命為主體工程總設(shè)計師,開始了港珠澳大橋的工程核心性研究報告的前期規(guī)劃。此前,他曾參與了國內(nèi)眾多橋梁的設(shè)計工作,包括杭州灣大橋等跨海大橋,50多次獲得國際和國內(nèi)大獎,并獲得了“全國工程勘察設(shè)計大師”的稱號。?

  港珠澳大橋這樣的大工程在世界建橋史上還沒有過先例,所以,孟凡超作為“第一個吃螃蟹的人”,壓力非常大,在大橋的設(shè)計剛剛開始,就經(jīng)歷了一個艱難的過程。?

  首先遇到的“攔路虎”是登陸點的選擇問題,這是因為登陸點的選擇控制著跨海通道的走向和工程規(guī)模,是整個跨海大橋的“龍頭”,如果龍頭的位置確定不下來,那么龍身和龍尾也就沒有辦法進行建造。?

  被這個問題困擾的幾個月里,孟凡超幾乎是茶飯不思,做夢都在想登陸點究竟該設(shè)在哪里才能讓兩地都能接受。然而,令孟凡超意想不到的是,他每天帶著設(shè)計團隊沿著伶仃洋西岸耐心尋找的最佳登陸點,卻在一次從澳門返回珠海的途中,被他無意中發(fā)現(xiàn)了。原來,當時在澳門和珠海的關(guān)口之間有一個過渡地帶,大約有50米左右的寬度,孟凡超看到后,立馬在腦中浮現(xiàn)出設(shè)計方案,覺得可以在這里建成6車道,很符合登陸點的要求。于是,這個意外發(fā)現(xiàn)的登陸點,在經(jīng)過詳細的論證之后,得到了港珠澳三地的一致認可。?

  在古代,南宋詩人文天祥做出了流傳千古的《過零丁洋》;而在2005年,我國建設(shè)團隊也不甘示弱,通過夜以繼日的奮戰(zhàn),為橫跨伶仃洋的港珠澳大橋完成了三種總體設(shè)計方案:第一全部用橋梁搭建的方案、全部用隧道通行的方案以及由橋梁、人工島、隧道三者組合起來的方案。但在總體方案論證會上,各類專家意見嚴重不統(tǒng)一,橋梁專家表示應采取全橋梁方案,而隧道方面的專家則建議采用全隧道方案,但更多的人主張橋、島、隧組合方案。?

  對于選擇哪種方案,孟凡超則表示他個人更偏向于全橋方案。因為在橋梁設(shè)計界中有一個不成文的經(jīng)驗:那就是能筑橋就筑橋,實在不得已才修隧道。同時,他也希望這座橋修建成功后,可以像勛章一樣,在地面上得到展示,看得見、摸得著。但綜合多方面因素,研究者們發(fā)現(xiàn)最可行的卻是橋、島、隧組合方案,就是把橋梁、人工島、隧道連接起來,形成完整的港珠澳大橋跨海通道。?

  港珠澳大橋之所以采取橋、島、隧三種方式的集群組合,主要有兩方面的原因:首先,珠江口上有一條國家級、世界級的海運航道,每天最繁忙的時候會有四五千艘輪船在海面上通過,所以要保障絕對的暢通;其次,港珠澳大橋所在海域又靠近香港機場,每天將近1800多架的飛機需要從這里起降,所以出于安全考慮,橋也不能修得太高。?

  為了避開這兩個問題,設(shè)計師就只能在工程方案中加入海底隧道。這樣一來,海底隧道的兩頭又需要出現(xiàn)在陸地上,也就不得不修建人工島了,因此,橋梁、人工島和海底隧道的組合就成為了最佳選擇方案。最終,設(shè)計師們通過無數(shù)次的勘測、查驗,統(tǒng)一決定把靠近香港的主航道采用海底隧道,這樣就可以有效解決航道暢通和航空限高問題。?

  這個時候,有的朋友可能就會問了,既然已經(jīng)確定了海底隧道的位置,那么把大橋修成一條直線不是更節(jié)省時間和資源嗎?為什么修建出來的港珠澳大橋看起來是彎彎曲曲的樣子呢??

  其實,這并不是設(shè)計師們不想設(shè)計成直線,而是有不得已的苦衷。首先,港珠澳大橋連接的是珠海、香港和澳門三個地方,不可能用一條直線把它們串起來的;其次,珠江口的寬度很大,每一段的水流方向都是不一樣的,從工程的角度來說,設(shè)計師需要把橋墩的軸線方向和水流的流向方向大致取平,只有取平以后才能盡可能地減少阻水率。?

  橋梁阻水,主要指的是在河道內(nèi)修建橋梁工程,橋墩等下部結(jié)構(gòu)需要占用河道部分水流的面積,這樣一來,就會增大局部水流阻力,進而阻擋、阻滯了水流,對水流會產(chǎn)生阻水作用。因此,只有盡可能地減少橋梁阻水率,才能讓橋梁更加穩(wěn)定安全。?

  據(jù)了解,大橋在設(shè)計的時候,水利部珠江水利委員會就給設(shè)計師們提出了一個非常嚴苛的要求,那就是幾十公里的橋長,包括橋、島、隧組成的這么一個集群工程,總阻水率必須低于10%。?

  之所以有如此苛刻的要求,主要是因為伶仃洋屬于弱潮河口,潮水較弱,但泥沙攜帶量卻很大。在這種情況下,如果“阻水率”過大的話,那么以后潮水可能會對大橋以北的珠江和海灣的演變、生態(tài)的演變、海床的演變等產(chǎn)生負面影響。?

  另外,把港珠澳大橋修得彎曲一些,除了好看,還有一個很重要的考慮,那就是安全。畢竟,如果幾十公里的大橋都被修成了一條直線,開車的人會很疲勞,容易犯困,也就容易發(fā)生交通事故了。?

  作為世界級項目,港珠澳大橋自身的安全性和穩(wěn)定性是非常重要的。2018年的強臺風“山竹”造成的破壞力,想必讓許多人記憶猶新。對于港珠澳大橋這樣的跨海工程來說,如何應對臺風、地震以及海水腐蝕等問題,同樣是前期設(shè)計工作中重要的一個環(huán)節(jié)。?

  港珠澳大橋所在的大灣區(qū)是臺風天氣的高發(fā)區(qū)域,每年都會有大大小小的臺風過境,在這里建跨海大橋,臺風是繞不過的問題。要想讓一項工程能夠抵抗臺風,首先要了解它所在位置可能會發(fā)生什么樣的臺風、臺風的強度以及破壞程度如何。?

  為此,我國的建筑團隊對這些因素做了大量的調(diào)查研究。他們一方面在修建大橋的地址上設(shè)置氣象觀測站、風速觀測站等,獲得實地監(jiān)測的一手資料;另一方面,他們還研究歷史資料,對大灣區(qū)以往的臺風形成、風速等資料進行了研究分析,作為港珠澳大橋設(shè)計的參考。最終,他們把港珠澳大橋的設(shè)計檢驗風速定為80米,也就是說,只要臺風經(jīng)過港珠澳大橋時最大風速只要不高于80米,大橋便毫無壓力。?

  另外,港珠澳大橋在海水中還需要接受一項考驗,那就是海水的腐蝕,畢竟,它的一部分結(jié)構(gòu)要常年浸泡在鹽度很高的海水里,而且要一動不動地在海里浸泡幾十年甚至上百年。這也就要求港珠澳大橋用到的鋼筋需要是性能極好的不銹鋼鋼筋,現(xiàn)有的鋼筋達不到要求,我國科學家就自己升級研發(fā)高性能還原鋼筋,用到的混凝土也是專門研發(fā)的高性能海工混凝土。?

  毫不夸張地說,港珠澳大橋的設(shè)計、施工、建設(shè),用了當今世界跨海大橋工程領(lǐng)域里面最好的防腐技術(shù),最好的材料技術(shù)和最好的施工技術(shù),能達到這些標準的背后,離不開的是我國科學家們夜以繼日的研發(fā)與奮斗。而作為中國交通史上技術(shù)最復雜、建設(shè)要求及標準最高的工程之一,港珠澳大橋的建成,更是標志著我國由橋梁大國向橋梁強國邁進了一步?。?



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