港珠澳大桥 落差近百米 如在平地飞

2018-02-13 17:01 来源: 人民网  作者:刘丽琴 骆昌威

原标题:港珠澳大桥 落差近百米 如在平地飞

晚霞中的港珠澳大桥,青州航道桥索塔“中国结”造型

大桥的防震装置设于桥墩之上。

梁内可跑“小火车”的设计别出心裁。

港珠澳大桥桥底隧道东岛出口。

大桥造型独立又有整体感,诗意而富有变化。

广州日报全媒体记者杨耀烨 摄

2月6日,港珠澳大桥主体工程完成交工验收,也意味着,这座被称为“现代世界七大奇迹”之一的世界上最长的跨海大桥正式具备了通车试运营条件。世人的目光再次聚焦这个超级工程。

它有着最长的使用寿命,最长的跨海长度,上下落差近百米却如在平路飞驰……不夸张地说,港珠澳大桥代表了中国乃至全球的最高造桥水平,大桥的设计、技术规范已经称为新的标杆,引领行业的最高水平。日前,记者实地探访港珠澳大桥,聆听设计者与制造者们讲述这座雄伟大桥背后那一个个攻坚的故事。尤其是来自广州的设计团队负责的抗震设计和性能优化研究工作,以最高级别减震“托”起了大桥的安全。

文/广州日报全媒体记者 刘丽琴

图/广州日报全媒体记者 骆昌威(除署名外)

速读大桥

总投资1200多亿元

总长度:55公里

隧道:6.7公里(世界上长度最大、埋置最深、体量最大的海底公路隧道)

桥长:35.6公里,其中隧道约6.7公里,桥梁约22.9公里

人工岛:两座,东岛会对游人开放,设有餐饮、免税店等,西岛用于大桥管理维护使用

使用年限:120年设计(内地首次采用)

抗震:8度

防风:16级

来自广州的设计力量:房建工程的施工图设计则是由总部在广州的广东省建筑设计院负责。此外,广州地铁设计院也提供过设计与施工咨询,广州大学工程抗震研究中心提供了大桥抗震方面的设计和相关技术专题研究。

整体设计

30年数据积累创最长寿大桥

“在港珠澳大桥开车是什么感觉?”“爽!”与记者一同探访大桥的司机立刻高声答道。大桥桥面离海面最高50多米,最低的隧道入海40多米,上下落差达百米,相当于30多层楼高。数据看着吓人,但在桥上驾驶体验却超一流,而这自然是靠合理而人性化的设计达到的。

港珠澳大桥管理局总工程师苏权科表示,大桥先进的设计理念功不可没。为建设成世界级的跨海通道,港珠澳大桥形成了“全寿命周期规划,需求引导设计,设计施工联动”的设计理念。为此,率先提出了“大型化、工厂化、标准化、装配化”的施工理念。把野外的作业放到工厂里制作,把高空的放到地面上,把海上的放到岸上,这样就可以在工厂里生产标准化部件,就像造汽车一样保证部件的质量,再到海上像“搭积木”一样拼接起来。这种理念在内地也是第一次大规模应用。

港珠澳大桥不仅是最繁忙的航道,还有着异常复杂的自然环境:在珠江口登陆的台风平均每年有一次,个别年份达四五次。同时这里位于东南沿海地震带内,还是中华白海豚自然保护区,生态环境极为敏感。尤其港珠澳大桥是内地首次采用120年设计使用年限的大桥,这种世界顶级难度的挑战是如何实现的呢?在“高温、高湿、高盐”的海洋环境下,土木工程的致命问题就是“海水腐蚀”。那么120年使用要求,最关键的是耐久性设计。

据了解,目前国内外耐久性设计普遍采用经验法或半定量法,而港珠澳大桥突破传统,采用的是基于可靠度理论的定量设计方法,这是个在欧盟、美国等国家开展过研究,实际工程中未曾真正使用过的方法。这种方法需要有可反映结构材料性能随时间变化的大量工程数据。中交四航工程研究院通过对大量数据的筛选、完善,并按照可靠性设计方法进行概率统计分析,最终建立了基于可靠度理论的“港珠澳模型”,依据该模型,确定了耐久性设计指标。

据港珠澳大桥管理局副局长余烈介绍,大桥前期准备6年,施工期8年,从论证到施工分为很多阶段,不同阶段都有不同的设计牵头公司。 因是粤港澳三方共建港珠澳大桥,大家采用的标准体系不同,因此通过研究分析,采用技术标准“就高不就低”的原则,形成了港珠澳大桥专用的一套标准体系,目前这套标准已被中国公路学会作为团体推荐标准,在行业内推广应用。

景观设计

珠联璧合 360度无死角美颜

与不少地标性大桥以色彩或造型装饰标新立异不同,港珠澳大桥的设计崇尚的是简洁质朴,尽量减少装饰,使用混凝土本色的原色。这样的设计不仅可以省钱,更重要的是经久耐用,在海洋环境下,“高温、高湿、高盐”的腐蚀性强,过多的装饰和色彩反而显得与环境不和谐,尽量保持建筑本来的颜色,可以保证最长久的美观效果。据余烈介绍,港珠澳大桥的景观设计的理念是珠联璧合,不仅是表明大桥连接三地,由三方共建,也显示出大桥岛、隧、桥完美融合,尤其晚上亮灯时,好似珠链连起像贝壳一样的人工岛。

作为地标性项目,要做到上看下看前看后看360度无死角美颜效果并不是件容易的事。据中国中铁大桥勘测设计院第二设计院第三设计所所长郑清刚介绍,港珠澳大桥管理局在桥梁设计之初就对景观要求很高。比如在施工图设计开始之前,仅对三座航道桥造型和景观优化就用了两个月。

空间跨度大,让港珠澳大桥全线有多个观景视点,从观景来看,大桥的景观重点在西侧,西侧为珠海和澳门城区,观桥的人数和视点较多,因此大桥的景观设计几经修改。你以为除了中国结外其他两个桥塔都是风帆?其实一个是风帆一个是海豚,虽然它们看着有些相像;你奇怪为什么三组桥塔会用不同造型?这是为了让司机产生位置感,便于区分。

三座通航孔桥中,初步设计方案为九洲航道桥为曲线的帆形主塔,江海直达船航道桥为直线的独柱式塔,而青州航道桥为带折角的中国结方案,缺乏整体感。最终经过不断调整,九洲航道桥优化为帆形主塔;江海航道桥造型变化较大,融合帆与白海豚的概念,造型上与九洲航道桥更为接近;青州航道桥则在中国结部位增加了曲线元素。改变后,三者造型独立又有整体感,诗意而富有变化,造就了港珠澳大桥的特别美感和景观。

抗震设计:

大桥“打太极” 卸下8级地震

在周福霖院士的指导下,由广州大学工程抗震研究中心研究员、总工程师温留汉带领的团队完成了港珠澳大桥桥梁工程抗震设计和性能优化研究工作。

温留汉告诉记者,各种实践和实验数据显示,大桥碰到地震时,裂缝通常会出现在桥墩底部。如果是跨海大桥,桥墩深入海底,很难进行修复。经过多方论证,决定大桥使用隔震减震技术。以往的大桥的设计基本是抗震设计,是针对特定的设防烈度进行设计,一旦超出了设防烈度,桥梁会受损;以往大桥的设计叫小震不坏,中震可修,大震不倒,但一旦大震桥梁受损是不可避免的,会导致交通的中断,维修困难。所谓隔震就是运用隔震垫,阻止地震作用向上传递,从而达到减弱结构地震反映的效果。相当于把桥变软,像太极一样借力打力,以柔克刚,让桥的主体不受损,把损坏控制在柔性部分。

虽然隔震技术运用已经有30多年的成熟经验,但运用在如此长的跨海大桥上还是第一次。大桥的长度和跨度会使地震传导过程中出现时间差,时间差使地震对大桥造成的影响难以预计。而隔震垫材料选择的是橡胶,一层橡胶隔一层钢板,要求橡胶厚度的四倍水平方向变形不断裂,材料并不贵,但对工艺的要求却很高。港珠澳大桥采用了三种橡胶支座,包括摩擦板支座、高阻尼支座和铅芯支座,都经过了严格的实验验证。

广州大学工程抗震研究中心主任、中国工程院院士周福霖告诉记者,大桥的抗震工程有三个挑战性:第一是桥梁很长;第二是对生态保护的要求比较高,有中华白海豚保护区;第三是大桥附近有几条地震断层,如果发生大的地震,对这样长的桥和地下隧道可能产生灭顶之灾。目前港珠澳大桥是世界上采用隔震减震最长的跨海大桥。

周福霖表示,采用隔震减震技术后,8级以下地震大桥会安然无恙。即使碰到八九级以上地震,大桥本身也不会出现大的损坏,最多是大桥支座会出现损坏,但支座可以很方便地更换,从而保证大桥的安全。

大桥里的小心机

防风抗震 桥里能跑“小火车”

去年8月,超强台风“天鸽”正面袭击珠海,给珠海造成严重损失,但港珠澳大桥没有受到损失,经受住了14级台风的考验。事实上,大桥看起来设计简洁,但有很多为安全保驾护航的特色设计,可以说满满都是“心机”:你在桥面上驾驶,想不到桥身中可能正有“小火车”在下面奔跑,及时完成检修维护;桥身坚硬,但桥墩支架上装有柔软有弹性的橡胶,碰到地震能“借力打力”确保大桥安全。隧道中每隔135米就有一个逃生门,可用于穿行隧道,还有消防自动喷淋系统……

由于港珠澳大桥行程长,为了快速处理桥上出现的情况和进行维修保养,在大桥箱梁内、梁底均配备了快速移动的电动检查小车,这些“小火车”可以大大提高维养效率。这样的维养设计意识也是在内地大桥少见的,梁内可跑“小火车”的大桥也是国内仅有的。

主塔外侧设置可拆卸的检查车,塔内还设置了爬梯、电梯,墩内、墩外设置爬梯,全面实现可达、可检、可维,通过常规巡查及时发现钢结构锈蚀等问题,及时维护。

(责任编辑:姚心妮)