10月24日，經(jīng)過近8年的建設(shè)，全長(zhǎng)55公里、被稱為“工程界的珠峰”的港珠澳大橋?qū)⒂瓉碚酵ㄜ嚨臍v史性時(shí)刻。如一道彩虹橫跨伶仃洋——它是當(dāng)今世界最長(zhǎng)的跨海通道，連接香港大嶼山、澳門半島和廣東省珠海市。主體工程“海中橋隧”長(zhǎng)超過35公里，海底隧道長(zhǎng)約6.75公里，橋梁長(zhǎng)約22.9公里。尋常人不知道的是，在這座大橋技術(shù)最難的節(jié)點(diǎn)人工島及隧道部分，處處體現(xiàn)了“同濟(jì)元素”。同濟(jì)大學(xué)原常務(wù)副校長(zhǎng)李永盛介紹，“同濟(jì)啃的都是‘硬骨頭’。”彰顯了上海科創(chuàng)硬實(shí)力。

 

　　圖說：港珠澳大橋是當(dāng)今世界最長(zhǎng)的跨海通道圖來源/東方IC

 

　　人工島筑成，同濟(jì)帶來核心技術(shù)

 

　　因?yàn)橄愀蹤C(jī)場(chǎng)的標(biāo)高及伶仃洋主航道要求的限制，港珠澳大橋必須采用隧橋模式，隧橋轉(zhuǎn)換就得在汪洋大海中建設(shè)人工島。構(gòu)建人工島用什么方式穩(wěn)妥？傳統(tǒng)的方式是海中選址圍堰，拋石成堤，然后抽干堰內(nèi)積水，筑建成島，但這樣會(huì)對(duì)附近水域的白海豚造成危害，且影響這條繁忙水道的航行，工期漫長(zhǎng)；還有一種方式，先打樁，用擠密砂樁圈起圍堰，抽干水然后再筑島。同濟(jì)學(xué)者馬險(xiǎn)峰在“外海厚軟基橋隧轉(zhuǎn)換人工島設(shè)計(jì)與施工關(guān)鍵技術(shù)”課題解決了擠密砂樁筑島的難題。

 

　　何謂擠密砂樁？就是利用振動(dòng)錘將套管振動(dòng)打入至規(guī)定土深，向套管內(nèi)投入砂子，通過套管的反復(fù)起拔和下壓并施以振動(dòng)，使砂子經(jīng)振壓而密實(shí)，形成砂樁?？蛇@項(xiàng)技術(shù)的難點(diǎn)在于，鋼筒打入淤泥并深入至20余米后其圍合的地基如何加固，再者就是如何解決異常軟弱的海底地基的穩(wěn)定和沉降問題。“我們的主要研究任務(wù)是要得出擠密砂樁復(fù)合地基在加載之后的砂樁荷載與位移變化關(guān)系、樁土應(yīng)力分配以及砂樁周圍孔隙水壓力的變化規(guī)律，以確定影響擠密砂樁復(fù)合地基承載力和變形的關(guān)鍵因素”，馬險(xiǎn)峰介紹。

 

　　馬險(xiǎn)峰團(tuán)隊(duì)沒有讓建設(shè)者失望，他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果都在工程中得到了應(yīng)用，成為設(shè)計(jì)與施工的重要參考數(shù)據(jù)。同濟(jì)團(tuán)隊(duì)帶來的數(shù)據(jù)讓讓工程設(shè)計(jì)與施工吃了定心丸。隨后，一根根由振華制造的直徑22米、高40.5米的鋼筒，打入了海底，最終圍成了東西兩個(gè)人工島。“如果使用常規(guī)技術(shù)，建這樣的兩個(gè)人工島起碼要一年半，采用圓鋼筒成島，東西人工島成島僅用了7個(gè)月”，馬險(xiǎn)峰驕傲地說。

 

　　隧道抗震，同濟(jì)為其把脈

 

　　去年5月，港珠澳大橋隧道最后一節(jié)沉管——12米的連接管成功安放，標(biāo)志著大橋建設(shè)中難度最高的隧道工程難題被征服。

 

　　隧道工程難題無數(shù)，每節(jié)8萬噸的沉管如何舾裝浮運(yùn)，萬一沉管沒接好怎么辦？如此長(zhǎng)大的沉管在海底萬一遇上地震又該如何？諸多難題擺進(jìn)了同濟(jì)的實(shí)驗(yàn)室，均被一一攻克。

 

　　“超長(zhǎng)沉管隧道在地震條件下安全性的試驗(yàn)研究，日本、歐美等國(guó)都開展過，但像港珠澳大橋這樣長(zhǎng)度的海底隧道的地震反應(yīng)，尚未見到研究成果。”同濟(jì)土木學(xué)院地下系教授袁勇組成一支團(tuán)隊(duì)，擔(dān)下重任。“地震發(fā)生時(shí)，其沖擊波可能是縱向的，可能是橫向的，也可能是縱橫混合的。對(duì)物體的沖擊力可能是擠壓、抬升、扭曲，也可能是多點(diǎn)、多類型受力狀態(tài)”，袁勇說，在平均水深超過40米、深厚淤泥上的隧道要想在8度設(shè)防烈度地震的極端狀態(tài)下不發(fā)生扭曲變形，就得有可靠的試驗(yàn)和精準(zhǔn)的計(jì)算。

 

　　沉管隧道土——結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用快速實(shí)用計(jì)算方法研究、多點(diǎn)非一致地震激勵(lì)下超長(zhǎng)沉管隧道地震響應(yīng)快速分析方法、沉管隧道減震控制技術(shù)、沉管隧道振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)?zāi)M技術(shù)……千百次的實(shí)驗(yàn)，一項(xiàng)項(xiàng)技術(shù)難關(guān)被攻克，最終，袁勇團(tuán)隊(duì)拿出了“海外厚軟基大回淤超長(zhǎng)沉管隧道設(shè)計(jì)與施工關(guān)鍵技術(shù)”。

 

　　深不見底的伶仃洋，巨大的沉管萬一下去了，這節(jié)跟那節(jié)不合接不上怎么辦，接上了但漏水呢，剛接上好好的過些日子因?yàn)槌两涤滞崃四?？同?jì)土木學(xué)院丁文其教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)港珠澳大橋沉管隧道接頭張開位移量控制技術(shù)，可保證沉管對(duì)接嚴(yán)絲合縫、萬無一失。

 

　　丁文其介紹，沉管隧道安裝涉及到的問題包括地基不均勻沉降、大回淤、高水壓、沉船、車輛荷載、潮水變化、地震、溫度作用、混凝土收縮徐變等，都會(huì)影響到沉管隧道接頭處的狀況；還有結(jié)構(gòu)受力、防水要求、止水帶選型和施工對(duì)管節(jié)接頭和節(jié)段接頭的影響。2011年5月港珠澳大橋沉管隧道建設(shè)之初，丁文其團(tuán)隊(duì)承擔(dān)的“沉管隧道接頭張開位移量控制技術(shù)研究”也緊張開展起來。兩年多的時(shí)間里，丁文其多次前往施工現(xiàn)場(chǎng)，通過理論分析和數(shù)值模擬，計(jì)算了數(shù)百種組合工況下節(jié)段式沉管隧道的接頭張開位移量，確定了管節(jié)與節(jié)段變形特性與張開量控制指標(biāo)。

 

　　三個(gè)大跨度通航孔橋抗風(fēng)沒有問題

 

　　2009年開建的港珠澳大橋，橋梁部分很長(zhǎng)，由于技術(shù)成熟，且采用工廠化預(yù)制海上安裝的工法，工程進(jìn)展神速。但是，海況復(fù)雜的茫茫伶仃洋上，主航道橋梁抗風(fēng)是個(gè)問題。

 

　　港珠澳大橋有三個(gè)大跨度通航孔橋，包括青州航道橋（主跨458米雙塔空間索面鋼箱梁斜拉橋）、江海直達(dá)船航道橋（主跨2×258米三塔中央索面鋼箱梁斜拉橋）和九洲航道橋（主跨268米雙塔中央索面鋼箱梁斜拉橋）。它們?cè)陲L(fēng)高浪急的伶仃洋上是否能淡定從容，穩(wěn)穩(wěn)地把港珠澳三地通行的使命扛在肩上？

 

　　同濟(jì)人拿出了方案。以青州航道橋?yàn)槔?，采用主梁小、大比例?jié)段模型測(cè)振風(fēng)洞試驗(yàn)、主梁、橋塔節(jié)段模型測(cè)力風(fēng)洞試驗(yàn)、橋塔自立狀態(tài)氣彈模型、全橋氣彈模型風(fēng)洞試驗(yàn)的方法進(jìn)行其抗風(fēng)研究。橋塔試驗(yàn)表明，即使在風(fēng)速65米/秒的風(fēng)中橋塔也未出現(xiàn)自激和發(fā)散性的馳振現(xiàn)象。試驗(yàn)建議青州航道橋斜拉索采用加螺旋肋條的斜拉索，并增加拉索附加阻尼的方法抑制風(fēng)雨激振。同濟(jì)還建議，通過合理設(shè)計(jì)的橋塔區(qū)域局部風(fēng)障，改善橋塔附近的風(fēng)環(huán)境，提高全橋的行車安全標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速。今年9月，被稱為史上最強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“山竹”正面襲擊珠三角，香港、澳門、深圳、珠海全線告急，而大橋則經(jīng)歷巨風(fēng)考驗(yàn)，安然無恙。

 

　　工程圖復(fù)核，同濟(jì)把的是技術(shù)總關(guān)口

 

　　去年3月，同濟(jì)土木學(xué)院教授徐偉收到一則短信：“隨著最后一節(jié)沉管順利安放到位，同濟(jì)大學(xué)承擔(dān)的港珠澳大橋島隧結(jié)構(gòu)施工圖復(fù)核及相關(guān)的科研任務(wù)即將順利完成。”

 

　　何謂島隧結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)核？由于港珠澳大橋的沉管隧道深埋外海海底，其長(zhǎng)度和埋置深度達(dá)到世界上目前最長(zhǎng)、最深的規(guī)模，為了確保這項(xiàng)國(guó)家重點(diǎn)工程的順利實(shí)施，施工部門委托同濟(jì)大學(xué)承擔(dān)其設(shè)計(jì)文件的復(fù)核、審查，并完成相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)科研任務(wù)。徐偉團(tuán)隊(duì)承擔(dān)了這項(xiàng)科研任務(wù)，同濟(jì)的兩位院士孫鈞和葉可明擔(dān)任了這項(xiàng)科研任務(wù)的指導(dǎo)工作。

 

　　為何委托同濟(jì)？原來，巨大沉管的深水安裝是一道難題，荷蘭一家世界著名隧道沉管公司曾同意派出26個(gè)專家提供技術(shù)咨詢，咨詢費(fèi)開價(jià)1.5億歐元，當(dāng)時(shí)相當(dāng)于15億元人民幣。當(dāng)時(shí)，這家荷蘭公司表示，衷心地祝福中國(guó)人能夠自己研發(fā)這套系統(tǒng)。但是，“如果一旦不成功，再找我們時(shí)就不是這個(gè)價(jià)錢了。”中方?jīng)Q定爭(zhēng)一口氣，找自己的專家解決，最終任務(wù)落到了同濟(jì)身上。于是，2012年開始，往返于工地、會(huì)議室就成為同濟(jì)專家的常態(tài)，參加施工方案技術(shù)審查、研討，孫鈞、葉可明都已耄耋古稀，但提出意見和技術(shù)方案，條條精湛、絲絲入扣；團(tuán)隊(duì)成員對(duì)包括修改細(xì)則等等，知無不言，言無不盡，對(duì)世界級(jí)工程負(fù)責(zé)是大家扛在肩上的光榮責(zé)任，徐偉介紹。

 

　　沉管安放，最后一節(jié)最難。難在哪？徐偉為記者畫了一張圖，說海底隧道呈坡度較緩的弧形，就像一張弓的弓背，全長(zhǎng)5664米的港珠澳大橋海底隧道由33節(jié)巨型管節(jié)對(duì)接安裝而成，包括28節(jié)直線段管節(jié)和5節(jié)曲線段管節(jié)，從東西人工島兩端相對(duì)安裝。其中第29節(jié)已經(jīng)安裝，臥在海底，第30節(jié)（按照計(jì)劃的安放序列，倒數(shù)第二節(jié)為29節(jié)，最后一節(jié)為30節(jié)）管節(jié)長(zhǎng)171米，整體呈梯形，位于海底隧道合龍口的東側(cè)，與第31節(jié)安裝合龍，是保證港珠澳大橋海底隧道全線成功安裝的最后一道關(guān)口，該管節(jié)的安裝施工作業(yè)空間最小，龍口水流最急，對(duì)接位置的精度要求最高。該管節(jié)的順利沉放安裝施工完成，奠定了港珠澳沉管隧道施工成功的基礎(chǔ)。中交港珠澳大橋島隧工程項(xiàng)目總經(jīng)理林鳴告訴媒體：“整個(gè)沉管隧道的施工安裝過程，就是彰顯國(guó)力的過程，我們運(yùn)用了很多大國(guó)重器裝備，集成了很多跨行業(yè)跨領(lǐng)域的技術(shù)，應(yīng)該為我們的同事點(diǎn)贊，更應(yīng)該為我們的國(guó)家點(diǎn)贊。”大橋隧道建設(shè)中，同濟(jì)孫鈞院士等四次趕赴港珠澳大橋指揮部“望聞問切”，知無不言。“每次看到同濟(jì)大學(xué)的老院士們坐在那里，我的心里就定定的，”林鳴說。