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港珠澳大桥的“科技密码” 
 
火爆ag视讯游戏|HOME www.fmycx.com 2019-03-20 来源:  作者:

在“海上丝绸之路”的起点,一条巨龙将茫茫伶仃洋划为两半,蜿蜒绵亘伸向远方……1024日,港珠澳大桥正式通车运营,用最灿烂的姿态连接起香港、珠海、澳门三地,自此3小时的车程缩短至约45分钟。400多项新专利,整体设计和关键技术全部自主研发,120年使用寿命的中国标准惊艳了全世界。

1024日清晨,一轮朝阳从伶仃洋海面腾空而升,阳光穿过港珠澳大桥“中国结”桥塔,照在粤港澳大湾区的土地上,唤醒了大桥连接着的港珠澳三座城市。

几乎是在同一时间,三城的人们开始从各自的出发点,向着港珠澳大桥三地的通关口岸前进,一同相拥这座举世瞩目的“超级工程”。

“这注定是一个激动人心、载入史册的日子!”上午9时整,经港珠澳大桥珠海公路口岸通关的一位货柜车司机驾驶粤港两地双牌车,穿越海上高桥,遁入海底隧道,向香港方向飞驰而去,“曾经不敢想、不可及的梦想变为了现实”。

曾经伶仃一梦,如今天堑通途。澳门特区政府交通事务局局长林衍新难掩激动地说:“从10249点开始,粤港澳大湾区6000万人的生活从此就不一样了。”

作为“国之重器”,全长55公里的港珠澳大桥被誉为桥梁界的“珠穆朗玛峰”,是世界上最具挑战性的超级工程之一,也是世界最长跨海大桥,包揽了多项“世界之最”,背后是无数中国制造的硬实力支撑,它以创新技术、先进工艺巍然屹立于伶仃洋。

超级工程凝聚中国智慧

“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,攻克了多个世界级难题,打破了多项世界纪录,是当之无愧的世纪工程。

  人工岛221天“拔海而起” 

港珠澳大桥海底隧道是我国首条外海沉管隧道。隧道建设的第一战就是要以最快速度在海中建起两个离岸人工岛,实现海中桥隧转换衔接。

在港珠澳大桥建设之前,我国建造外海人工岛的技术积累几乎是空白。在水深10余米且软土层厚达几十米的深海中,如何打下这个超级工程的“基座”,成为大桥岛隧工程项目部团队面临的难题。

在外海造人工岛,既要解决工程技术难题,也要兼顾保护中华白海豚国家级自然保护区的生态环境,需要平衡的因素很多。建设团队反复研究论证,创新提出了用大直径钢圆筒围造人工岛的思路。这一史无前例的创新工艺在国内外没有经验借鉴,建设团队花了大半年时间设计、论证、实验。

经过多方专家论证,超大直径钢圆筒、液压振动锤联动的优化方案被正式采纳为最终方案,这也成为港珠澳大桥岛隧工程的一项创举。两个人工岛建设共用了120个直径22.5米、最高50.5米、重达500吨的钢圆筒,242个副格,每个钢圆筒都相当于一栋高层住宅楼。这些钢圆筒分批次建造,再由8万吨级远洋运输船从上海运到珠江口,在工程中使用如此重量级的运输船在国内尚属首次。

港珠澳大桥的岛隧工程采用了世界首创的八锤联动液压振动锤和“钢圆筒振沉管理系统”,为超大钢圆筒振沉安上了“眼睛”。在伶仃洋海面上,1600吨起重船“振浮8号”吊着振沉系统和钢圆筒,在自主研发的“钢圆筒振沉管理系统”的引导下,实现了准确定位。

20115月中旬,液压振动锤将首个钢圆筒沉入水底,插入泥中21米,垂直度偏差小于1/500,港珠澳大桥岛隧工程首个世界超大直径、超深埋深、超大体量钢圆筒顺利振沉,揭开了西人工岛岛壁结构施工序幕。同年9月,随着第61个巨大的钢圆筒稳稳插入珠江口开阔的海面上,港珠澳大桥海中西人工岛主体结构宣告完成。

221天内,120个巨型钢圆筒在伶仃洋海面围成两个小岛,实现了“当年开工、当年成岛”计划,创造了钢圆筒单体体量、振沉精度、振沉速度等多项世界纪录。

    万吨级巨型沉管“海底穿针”毫厘不差

在港珠澳大桥建成之前,世界上比较长的现代沉管隧道只有丹麦与瑞典之间的厄勒海峡沉管隧道和韩国釜山—巨济的沉管隧道两条,长度分别为3.5公里和3.2公里。港珠澳大桥的海底隧道为6.7公里,建设面临海底隧道最长、隧道埋深最深、单个沉管体量最大等世界性难题。

在无任何国内外经验可借鉴的情况下,大桥岛隧工程团队对外海深水沉管安装创新技术及装备进行独立研发,并取得一系列技术突破。

岛隧工程的沉管段总长5664米,共分33个管节,每个标准管节长180米、宽37.95米、高11.4米,单节沉管重7.4万吨,最大沉放水深44米。工程采用节段式柔性管节结构,施工时采用8艘大马力全回转拖轮协同作业,配置深水无人沉放系统的国内首条安装船通过遥控等技术,调整管节姿态实现精确对接。

在施工中,团队创造了“半个月内连续安装2节沉管”“极限3毫米对接偏差”等多个纪录,采用主动止水的沉管隧道最终接头,化被动止水为主动式压接止水,变人工作业为机械化作业,降低了水下作业强度,确保了施工质量。

为了保障工程需要,珠海牛头岛建设了目前世界上最大的沉管预制厂,为大桥的海底隧道制作了33个巨型沉管。其中,有5节是半径5500米的曲线段沉管,首开曲线沉管工厂法预制先河。20135月,岛隧工程顺利完成首节沉管的海上浮运,并实现隧道与人工岛转换的首次对接。

    打破国内大桥“百年惯例”

港珠澳大桥设计使用年限首次采用120年标准,打破了国内大桥的“百年惯例”。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”。那么达到120年使用要求最关键的就是耐久性设计。

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、美国等国家和地区开展过研究,实际工程中未曾真正使用过的方法。该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”,据此确定了耐久性设计指标。

“针对特定的海泥环境,我们先后从涂层的抗渗透性、耐阴极剥离性等着手研制新型涂料,解决涂层的耐久性问题。”中科院金属研究所耐久性防护与工程化课题组负责人李京指出,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年耐久性设计要求。

复杂的海床结构、恶劣的自然环境、超长的跨度距离,对桥梁钢是一个巨大考验。支撑起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基于新一代控轧控冷工艺。该工艺使钢材组织细化35%以上,析出相尺寸减少25%以上,有效满足了桥梁钢高强度和高韧性的需求。通过优化的“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。

这些技术对港珠澳大桥施工质量控制及保证其120年寿命发挥了重要作用。“这座桥的使用寿命符合全球标准,”参与大桥设计的跨国工程公司奥雅纳的全球桥梁负责人纳伊姆·侯赛因说,“经过适当的维护,寿命还可以在原计划的基础上再延长40年到50年。”

  “搭积木”模式拼装抗风、抗震高强度桥梁

港珠澳大桥是像“搭积木”一样拼装出来的。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组装起来,首次实现“大型化、工厂化、标准化、装配化”建设理念。

“大钢箱梁运到现场安装,安装误差必须控制在1厘米以内,每个焊缝不能超过2厘米,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团队在国内首次采用多工法、不对称、多塔斜拉桥的施工控制技术,完成世界首次3100吨巨型钢索塔整体施工。

今年强台风“山竹”登陆时,当全国人民都为港珠澳大桥捏一把汗时,它稳固屹立。大桥之所以能牢牢“站稳”,抗16级台风、8级地震,离不开科学的数据支撑。

“前期周年观测工作早在2007年就开始了。通过现场波浪观测和分析计算,从而实现潮汐潮流长期预报、台风等极端个例的工程分析等目的。”华南理工大学教授朱良生总共观测出包括“黑格尔”在内的7个台风,“拿到观测数据非常困难,部分设备需要依靠千吨以上的海事船进行投放,并在台风季节开展为期3个月的同步对比观测。”

力争实现“世界级运营”  

港珠澳大桥全线通车运营后,这个超级工程“由建转营”进入“下半场”。那么,“一流桥梁”将如何实现“一流运营”服务?

   实现运维智能化

港珠澳大桥连接粤港澳三地,由三地共同组建的港珠澳大桥管理局负责投资、建设和运营管理。

“以港珠澳大桥的体量,用传统人海战术进行维养,将难以满足提供优质服务的目标要求。”港珠澳大桥管理局局长朱永灵表示,管理局将从软硬件两方面着手,实现运维管理由“传统型”向“智慧型”转变。一方面大力推进各业务版块机械化作业;另一方面,建立智能化管理平台,运用信息化及大数据处理技术,研发实施多维度的移动应用和信息共享。

港珠澳大桥可谓生逢其时。2017年,科技部和交通运输部联合推动将港珠澳大桥纳入“中国人工智能专项”技术应用示范领域。以桥梁结构监测为例,为有效掌握大桥结构状态及发展演化趋势,大桥“全身上下”已安装上万个元器件,通过健康监测系统与电子化人工巡查系统,可实时自动采集并分析监测数据,确保大桥结构安全。

由中国铁塔股份有限公司负责的港珠澳大桥主体工程“信息大桥”方案与港珠澳大桥实现了同步规划、同步设计、同步建设。即使在港珠澳大桥深达近50米的海底沉管隧道内,手机上的4G网络信号依然满格。

“为把最先进的高铁系统集成技术与高速公路机电系统有机衔接,项目部研发构建了专属港珠澳大桥的全寿命周期集成BIM(建筑信息模型)系统。它们让大桥擦亮了‘眼睛’,装上了‘耳朵’,变得畅通而智能。”中国铁建港珠澳大桥项目经理蔡俊福说。

  “自营模式”提升服务水平 

港珠澳大桥管理局营运管理部部长江晓霞表示,结合大桥运维工作特性,为实现大桥从建设期向运营期平稳过渡,并解决原有建设人才分流安置问题,港珠澳大桥在保持建设期管理架构基本不变的情况下,将营运筹备工作动态叠加到各业务部门,并专门成立营运管理部。

由于大桥安全管控涉及水域通航安全保障、道路交通安全管控、消防应急保障、防恐及社会公共安全突发事件处置等,为保证高效率应急救援,提供优质通行服务,港珠澳大桥采取自营模式。

高效率应急救援、高水平维修保养是营运工作服务化转型的题中之义。为实现“大监控、大安全”的管理理念落地,港珠澳大桥管理局自行成立路政大队,组建拯救大队,与监控、养护等人员一起构成应急状态下的安全保障力量。

    激发品牌效应 实现经营市场化

作为连接粤港澳三地的世界级跨海通道,品牌价值可开发空间和潜力巨大,赋予了大桥更多经济功能和社会功能。

“经营市场化有其内在现实原因和独特资源优势。”港珠澳大桥管理局副局长余烈表示,一方面项目投资巨大,有必要利用品牌资源、通道资源和其他资源进行综合开发,以弥补通行费收入不足的问题,减轻三地政府财政负担;另一方面,港珠澳大桥已积累了一大批具有自主知识产权的技术和管理成果。

“我们可把工程建设关键技术转化为行业标准和规范,为行业输出‘港珠澳大桥标准’。一些研发成果可通过与市场企业紧密合作,实现科技成果推广转化。”余烈说。

靠近香港海域的东人工岛二层至四层为预留商业开发及桥梁展厅。江晓霞说,后期争取三地政府充分授权,港珠澳大桥管理局将利用“一桥两岸三地”独特优势资源,开展广告、旅游、会议会展、通道资源等经营业务,实施综合开发策略。

发展引擎点燃 大湾区融合加速  

港珠澳大桥通车后,首次实现三地陆路连接。驾车从香港到珠海、澳门由3个小时缩短至约45分钟。

港珠澳大桥总设计师孟凡超认为,港珠澳大桥会使粤港澳三方受益。大大缩短的香港、澳门与珠海之间的时空距离,不仅为香港经济持续繁荣创造条件,同时也推动了整个珠三角的经济社会发展,并缩小粤西、粤东的经济发展差距,加速粤港澳经济一体化进程。

港珠澳大桥是粤港澳大湾区互联互通的重要基础设施,其落成使用将点燃融合发展的引擎。“港珠澳大桥有如打通了粤港澳大湾区的‘任督二脉’。”香港中联办主任王志民如此比喻。根据设计容量,港珠澳大桥每日可以穿梭20万架次车辆,加上徐徐铺开的城轨与地铁“毛细血管”,粤港澳大湾区可形成“一小时生活圈”,各类合作也能获得更广阔的天地。宜业、宜商、宜居、宜学、宜游的大湾区蓝图将从愿景变为现实。

香港贸易发展局副总裁叶泽恩表示,港珠澳大桥开通后,不同关税区之间的货物将顺畅流通,这将提升物流运输和供应链管理效率,令粤港澳大湾区建设成为香港乃至亚洲经济的新增长点。

此外,作为“海上丝绸之路”的重要节点,港珠澳大桥还凝聚了另一个共识:因为大桥,粤港澳大湾区的发展拥有了更多想象空间,未来其辐射范围有望远及“一带一路”乃至全世界。


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