天堑变通途!55公里长的港珠澳大桥是这样建成的

文化   2024-10-24 21:02   北京  

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播讲人:郭炜

节目编辑:程涵


在6年前的今天,一座长达55公里的钢铁大桥,历史性地将香港、珠海、澳门连在一起,它就是港珠澳大桥。它被誉为中国交通建设史上 “技术最复杂”的“世纪工程”。 



挑战史无前例的“世纪工程”


先说说这座大桥的特别之处:它全长55公里,是中国第一例集桥、双人工岛和隧道为一体的跨海通道。



你说建桥就建桥吧,怎么还得建隧道呢?就不能一桥到底吗?


还真不能。因为这港珠澳大桥的路线经过了伶仃洋海域中最繁忙的主航道,这条航道上,每天来往的重量级货轮可太多了,它们都是庞然大物。这就意味着,你要建桥,总得比这些轮船的高度高吧?否则船怎么走啊?咱也不是不能建高桥,但问题又来了,不能光顾着海上、不顾着天上啊——这座桥离香港的国际机场可不远,飞机飞过此处肯定是要降低高度准备着陆的,结果这有座高桥挡着,您说碍不碍事儿?所以,咱就只能建隧道了。


那隧道和桥怎么连接呢?这就是建两座人工岛的意义了。而这隧道和人工岛也就成为了整个工程中的最大难点。而且这个难度是在世界海洋建桥史上前所未有的。


咱们先说人工岛。


如果用传统的方法填海造岛,大概要花两年多时间,大桥工期可不允许这么慢。


为了加快速度,中国的工程师们提出了一个大胆的设想,那就是在海上竖起一排18层楼高的大钢圆筒,然后将它们排列成珍珠项链形状的两个大圈子,用它们围出一个人工岛。


不屈不挠,细节决定成败


这些大圆桶,每一个高50米、直径22米,重达550吨,这种庞然大物由谁来制造?


这项工作落在了上海振华重工头上。然而“振华”也是头一回遇到如此“大活”。最后,企业内部所有干过20年以上焊接工作的能工巧匠齐上阵。


如果当时您在振华,就会看到:一群老匠师蹲在地上,手持火焰熊熊的焊枪,将一块块将近半个足球场大的大钢板曲卷,焊接成大桥所需的巨型钢圆筒,然后又把这些大钢圆筒一个又一个竖起来,总共120个。那场面,可是相当壮观。


钢桶是做好了,可接下来的难题是:怎么才能将它们牢牢固定在深海、并且保证不渗水呢?这个工序在技术名称上叫“密封止水”,它的材料结构叫“副格”。


当时世界上还没有可以借鉴的技术,咱们工程团队的平均年龄只有28岁,这群80、90后们甩开了膀子玩命干,只用了一个月就完善了厂区设备和生产条件。


在完成第一个副格成品之后,他们又调整战略,创建双线并发的生产线,将一天只产两片副格提高到了一天七片。


紧接着,就该将这些大家伙们插入海底了,这在工程上叫“振沉”,就是通过强大的振动力量将它们沉下去。工程师想到了一种振沉器,就是用电流振荡的力量代替千斤顶或巨锤,将这些庞然大物往下压。


港珠澳大桥曲线段沉管安装模拟图


领队孟凡利带领团队在天津做起了1:1的试验,他在试验时列出了100个难题,都得在试验场上解决,然而,哪怕他们尝试了将近一百次,试验还是没有成功。


孟凡利百思不得其解,后来他和试验人员终于想到了症结所在:振沉器有密密麻麻的齿轮——是不是因为齿轮没有调对导致的呢?


一检查,果不其然!原来一对齿轮差了两小格!试验成功的那一天,孟凡利团队的18名工程师喜极而泣。


2011年5月15日清晨,伶仃洋等待已久的筑岛工程正式拉开战幕。


随着现场施工指挥孟凡利一声令下,大钢圆筒顶上的8台联动大锤发出轰鸣,十几层楼高的大钢圆筒以99.9%的精确度垂直而下,直插大海深处……整个工程从一天一筒,到一天两筒,再到一天四筒……最后,整个人工岛工程比计划足足快了两年!

   


沉管浮运,真正做到“滴水不漏”


刚才咱说了,为了不影响港口的运输,港珠澳大桥有一段是海底沉管隧道。


港珠澳大桥的沉管隧道长度长达5.6公里。建这个隧道有多难呢?当时全世界长度超过3公里的沉管隧道一共只有两条,而中国在此之前还没有任何外海沉管隧道的建设经验,甚至将全国所有的江河沉管隧道加起来,总长度还不到4公里。而对于港珠澳大桥的隧道来说,它的每节沉管重达8万吨,相当于一艘重型航母的满载排水量。


而且最复杂的是:这些沉管需要沉入几十米深的海底,并且必须保证120年内“滴水不漏”。而要完成这个目标,中国人可是没有任何经验。这份重担,最终压在了港珠澳大桥岛隧工程总工程师林鸣的肩上。


港珠澳大桥总工程师林鸣


2007年,为了准备这个工程,林鸣带着工程师们开始了全球考察,咱刚才说的两条超过三公里的隧道——一个是欧洲的厄勒海峡隧道,还有一个是韩国釜山的巨加跨海大桥,他们都去了。


考察团到釜山时,向接待方提出,能不能到附近去看一看他们的装备,结果被他们拒绝了。


于是考察团就在距离大概三百米左右的海面上,开了个船过了一下,用卡片机拍了几张照片。


从釜山回来后,林鸣坚定了一个决心:港珠澳大桥一定要找到世界上最好的、有外海沉管安装经验的公司来合作。


于是,他们找了当时荷兰的一家世界上最好的公司,结果人家开的价,直接让林鸣震惊了:



最后一次谈判时,林鸣跟谈判员说,你给他们说一个价,三亿人民币。三个亿、一个框架,能不能提供给我们最重要的、风险最大的这部分的支持?


然而,荷兰人拒绝了。谈崩了之后,我们就只剩下了最后一条路可以走,那就是:靠自己去攻克这个难题!


咱们先说说沉管隧道的制作。


按照林鸣和团队的建设方案,他们将总长5600多米的沉管隧道分为33个单元,每个单元长180米,重量达到了将近8万吨,这个重量几乎超出了常人的认知范围。


更重要的是,这33节沉管有一个与以往世界上所有沉管都不一样的地方,那就是它们都是半刚性结构的。这是毫无沉管隧道建设经验的中国工程师们在困境中发起的创新。


创新在哪儿呢?要知道,在沉管隧道诞生的100年里,世界上建成的100多条沉管隧道都是安装在海床或者河床上的,埋得最深的,也只有两三米,但港珠澳大桥的沉管隧道要预留一条30万吨级的航道,这就要求沉管必须深埋在海床下20多米。而在教科书上,沉管隧道只有刚性和柔性两种结构体系, 但经过试验论证,无论刚性还是柔性,都不能满足深埋情况下还得保证设计使用寿命120年的品质要求。


当时,这可愁怀了林鸣,终于在2012年的一个深夜,他提出了自己的设想。港珠澳大桥岛隧工程副总工董政回忆说:



在半刚性结构设想提出后的两年多的时间里,林鸣和团队一直在试验论证这样的方法是否可行,他们请来国内外专家进行分析,并与刚性柔性进行比较,最终都证明:半刚性结构可以解决沉管深埋的难题!



2013年,林鸣和团队已经创造了全新的沉管结构,而他们所有的准备都将在沉管安装的过程中接受检验。而这也是岛隧工程风险最大的部分:他们不仅要将沉管一节一节地安装到暗流涌动的海底,还要将每一节沉管的对接精度控制在毫米级。


按照计划,第一节沉管将由10艘大马力的拖轮浮运到西人工岛岛头,然后进行定位安装, 历经20多个小时的调整,第一节沉管终于被运到了预定位置,8万吨的沉管开始被缓缓地沉放入海,然而,就在沉管着床的那一刻,意外还是发生了:大家发现,沉管怎么放都放不平,按下这边,翘起那边。


什么情况啊?后来才发现,海床上有一层大约10厘米的泥沙,也就是说,他们遇到了回淤问题。


这种情况在海底很常见,林鸣他们也早有预案、做足了准备,沉管放置之前他们就做了清理工作,但大自然的瞬息万变谁又能说得准呢?没办法,他们只能先把沉管拉上去,再派潜水员清淤。


等淤泥清除后,林鸣再次下令重新安装。而到那时为止,他和在场的工作人员已经80个小时没有合眼了。


最终,在距离任务开始96个小时后,沉管终于安装在了预定位置,港珠澳大桥岛隧工程第一节沉管安装成功!



之后,林鸣和团队又相继安装了几节, 每一次安装总少不了磕磕绊绊,其中,让林鸣印象最深的是第15节沉管的安装。


第一次安装时,他们遇到了恶劣的天气,珠江口的能见度罕见地只有不到10米,浪头高得能把工人拍到沉管上,大家只能撤了回来;


第二次安装是个大年初六,几百个人的团队在春节期间一天都没休息,但是出发后竟然又发现了回淤现象,大队只好再次撤回。


两次都没成功,不少人都急出了眼泪。毕竟这才安到第15节,后面的18节能不能按时装完谁都不知道。


后来经过调查发现,之所以总是出现回淤,与珠江口的采砂企业开工有关,于是到了第三次,由政府出面斡旋,那边的7家采砂企业全部停工,就是为了保障沉管工作顺利进行。


为了回馈社会各界的支持,在被各种原因影响了三个月的情况下,整个团队咬紧牙关,原计划一年安装九节,实际则完成了十节的安装,这也创造了世界纪录。


如果安装外海沉管有挑战,那么最终一节的接头合龙就是这个挑战最困难的部分,一百多年来也没有找到特别好的方法,最后还是中国工程师经过4年的研究和攻关找到了办法。


2017年5月2日日出时分,最后一节沉管的安装开始了。按照传统的方法,完成这项安装至少需要8到10个月,但在新方法的指导下,您猜猜他们用了多久?林鸣他们只用了16个小时!这是7年建设中,最令他高兴的事情。



经过测量,最终接头的安装误差分别只有0.8毫米和2.6毫米,远远低于规定允许的误差范围。


更让国际同行们惊讶的是, 这条外海深埋沉管隧道在世界范围内第一次做到了滴水不漏!


要知道,在港珠澳大桥之前,世界上都认为沉管隧道的允许漏水率在10%左右都是可以接受的。



2018年10月24日,港珠澳大桥正式通车,这一刻,每一个建设者的坚守,每一次与家人的分离,每一次团队的合作,都已经凝固成了丰碑。

 




编辑:谢佳漫

素材来源:网络

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