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港珠澳大桥的科技智慧

2019-12-03 14:08:06走进科学 1663人已围观

  港珠澳大桥全长55千米,是世界上最长的跨海大桥‍‌‍‍‌‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‍‍‌‍‌‍‌‍‌‍‍‌‍‍‍‍‍‍‍‍‍‌‍‍‌‍‍‌‍‌‍‌‍。它连接了珠江口东岸的香港和西岸的珠海、澳门,将整个珠三角的经济融为一体‍‌‍‍‌‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‍‍‌‍‌‍‌‍‌‍‍‌‍‍‍‍‍‍‍‍‍‌‍‍‌‍‍‌‍‌‍‌‍。2018年10月24日,港珠澳大桥正式通车‍‌‍‍‌‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‍‍‌‍‌‍‌‍‌‍‍‌‍‍‍‍‍‍‍‍‍‌‍‍‌‍‍‌‍‌‍‌‍。

  “港珠澳大桥是一座名副其实的科技大桥,在这些世界级挑战的背后,是一系列创新攻坚和科技支撑的强力驱动。”港珠澳大桥管理局总工程师苏权科表示,从筹备到建成,港珠澳大桥建设历时14年,整个过程中攻克了多个世界级难题,打破了多个世界纪录,是当之无愧的世纪工程。

最长的海底沉管隧道

  天上有飞机,海上有轮船,位于中间的港珠澳大桥如何才能不影响邻近香港国际机场航线的飞行安全,又能满足伶仃洋航道30万吨轮船通航的需要?

  港珠澳大桥设计团队提出了一个极富创造力的方案:建造东西两个人工岛,修建一段海底隧道,将隧道与大桥连接。这条世界最长的海底沉管隧道由33个巨型沉管组成,每节管道长180米,单节重约8万吨,整条隧道沉入海底40多米。

  如何实现沉管的海底对接?这就需要浮运安装。即用拖船将沉管拖运到桥位附近,再通过绞锚方式将沉管移至安装位置并进行沉放安装。为保证浮运安装顺利完成,华南理工大学赵成璧副教授带领的团队采用物理模型试验和数值模拟方法对隧道沉管管段浮运、系泊与沉放等水上施工的关键问题进行了研究。

  “实验发现,在浅水海域,因纵向水流对管段的作用而引起的问题比较容易解决,但若遭遇横流,管段一放进海里就会发生横倾与下沉,极不安全。”团队成员王冬姣副教授说。为进一步验证该实验的可靠性,团队一遍遍进行试验与计算,最终为港珠澳大桥的浮运与沉放施工方案提供了重要的技术支持。

  在大桥主体安装过程中,施工人员最初摒弃了价格高昂的进口环氧沥青材料桥面铺装技术,选择了英国浇注式沥青铺装方案。但该方案施工效率低,需要5年左右的时间才能完成铺装工程。因此,赵成璧副教授的团队创造性地提出GMA施工方案(即用GA生产工艺拌和MA浇注式沥青混合料),将施工效率提高了10倍。

打破“非处贯例”

  港珠澳大桥的设计使用寿命长达120年,打破了国内大桥的“百年惯例”。

  如何确保位于海泥环境中的钢管桩120年不损坏是港珠澳大桥设计团队面临的极大挑战。“针对特定的海泥环境,我们先后从涂层的抗渗透性、耐阴极剥离性等方面着手研制新型涂料,解决涂层的耐久性问题。”中国科学院金属研究所耐久性防护与工程化课题组负责人李京介绍,他们研制出新一代高性能环氧涂层钢筋,并参与大桥基础的防腐涂装施工,保障了港珠澳大桥120年耐久性的设计要求。

  复杂的海床结构、恶劣的自然环境、超长的跨度对港珠澳大桥的桥梁钢是一个巨大考验。支撑这座特大型桥梁的高性能绿色桥梁钢大部分是基于东北大学王昭东教授团队研发的新一代控轧控冷工艺,该工艺有效满足了桥梁钢高强度、高韧性的需求,通过优化后的“成分设计+控制轧制+轧后超快冷却”组合拳,满足了桥梁的抗震和抗应变设计。

“搭积木”拼装

  值得一提的是,港珠澳大桥是像“搭积木”一样被拼装完成的。工人先在工厂里把桥墩、桥面、钢箱梁、钢管桩等生产出来,等到伶仃洋风平浪静时再将其组装,首次实现了“大型化、工厂化、标准化、装配化”的建设理念。

  “大钢箱梁运到现场安装,安装误差必须控制在1cm以内,每个焊缝不能超过2cm,难度非常大。”伶仃洋上多台风,为了赶在台风来临前完成施工,华南理工大学王荣辉教授的团队在国内首次采用多工法、多塔斜拉桥等施工控制技术,完成了3 100吨巨型钢索塔整体施工。

  此外,高韧薄层沥青罩面技术、水下结构止水、交通工程系统集成等技术的应用,使得港珠澳大桥成为名副其实的“超级工程”。(据科技日报、虎嗅网等)

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