超級(jí)大橋

超級(jí)大橋是怎么建成的？研究人員是怎么探索宇宙的？動(dòng)車為什么能跑那么快？我們國(guó)家的一項(xiàng)項(xiàng)超級(jí)工程到底是怎么完成的？讓我們一起來(lái)聆聽大科學(xué)家講述超級(jí)工程背后的故事，深入感受科學(xué)的魅力吧！

林鳴：中國(guó)交建總工程師，自2010年12月起，擔(dān)任港珠澳大橋島隧工程項(xiàng)目總經(jīng)理、總工程師，率領(lǐng)數(shù)千建設(shè)大軍奔赴珠江口伶仃洋，開始了攀登世界工程技術(shù)高峰的創(chuàng)新之路。

中國(guó)是橋的故鄉(xiāng)，自古被稱為“橋的國(guó)度”。橋是我們生活中不可或缺的交通建筑，每一座喬梁的背后都凝聚了工匠的智慧、汗水和心血。

中國(guó)的四渡河大橋在峽谷之間巍然聳立;英國(guó)的翻滾橋在城市中學(xué)會(huì)了給船只“讓路”;日本的江島大橋矗立在貨運(yùn)港口，坡度陡峭如過(guò)山車;而位于伶仃洋的港珠澳大橋則是目前世界上最長(zhǎng)的跨海大橋，被英國(guó)《衛(wèi)報(bào)》評(píng)為“新世界七大奇跡”之一。那么，在海里建一座大橋會(huì)面臨哪些挑戰(zhàn)呢？讓我們來(lái)看看世界上最長(zhǎng)的跨海大橋是如何建成的吧！

港珠澳大橋東接香港，西接珠海和澳門，極大縮短了三地間的距離。當(dāng)人們從空中俯視這座大橋時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)它的大致走勢(shì)是“S”形。海上沒(méi)有任何阻攔，為什么大橋的路線要設(shè)計(jì)成彎曲的“S”形呢？

切合水流走向

首先，從結(jié)構(gòu)力學(xué)的角度看，有彎度的橋梁明顯更穩(wěn)定、更安全?？绾４髽蚴艿降暮＠藳_擊遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通橋梁，將橋梁設(shè)計(jì)成“S”形，能減少水流通過(guò)時(shí)對(duì)橋梁造成的傷害。此外，海底并不是平坦的，和地面一樣，也是凹凸不平的，把橋梁修成“S”形可以避開起伏的地形，保障橋梁的穩(wěn)定和安全。

另外，從行船的安全性考慮，橋要盡量和水流方向垂直。海流和河流不同，同一區(qū)域，海水流動(dòng)的方向是不一樣的。幾十公里寬的海面上，水流的方向可能一會(huì)兒東，一會(huì)兒東南，甚至變成偏南向都有可能。所以在海上建橋，要根據(jù)水流的方向調(diào)整橋的方向。這樣做，船舶從橋下駛過(guò)時(shí)也會(huì)安全一些。

避免視覺(jué)疲勞

把橋梁修成“S”形，還能防止司機(jī)出現(xiàn)駕駛疲勞。在一條直線上開車，司機(jī)經(jīng)常會(huì)因?yàn)橹車嗤鸟{駛環(huán)境，產(chǎn)生視覺(jué)疲勞和精神懈怠。把橋梁設(shè)計(jì)成“S”形，讓駕駛環(huán)境富于變化，能讓司機(jī)的、注意力更集中，不容易發(fā)生交通事故。

如果把建橋梁的過(guò)程比喻為搭積木，那么我們可以說(shuō)，港珠澳大橋主要是由橋梁、海底隧道、人工島三個(gè)積木塊構(gòu)成的。港珠澳大橋?yàn)槭裁匆ê５姿淼篮腿斯u呢？一橋到底不行嗎？

全部建橋費(fèi)用低、難度也低，但是靠近香港方向有一條伶仃洋航道，它是全球最重要的貿(mào)易航道之一。為了不影響這條航道，就必須修建一條采用多跨形式，而且橋面高度超過(guò)80米，橋塔高度達(dá)到200米的超級(jí)大橋。然而，附近的香港國(guó)際機(jī)場(chǎng)不允許超過(guò)88米的建筑物矗立在它的飛行航線上。

除此之外，工程師們修建港珠澳大橋時(shí)還必須時(shí)刻考慮阻水率。伶仃洋是典型的弱洋流海域。每年，水流夾雜著大量的泥沙，從珠江口涌入伶仃洋，大橋的橋墩就像阻擋泥沙的籬笆一樣。超過(guò)10%的阻水率，泥沙就可能被阻擋沉積，從而阻塞航道，讓伶仃洋變成一片沖積平原。

鑒于以上兩個(gè)原因，所以港珠澳大橋不能一橋到底，需要修建海底隧道。而從橋過(guò)渡到隧道，需要修建人工島，這在橋梁工程專業(yè)上叫橋隧轉(zhuǎn)換。

港珠澳大橋的海底沉管隧道是如何做到滴水不滲的呢？

港珠澳大橋的海底沉管隧道創(chuàng)下了多項(xiàng)世界紀(jì)錄，全長(zhǎng)6.7公里，排水量超過(guò)75 000噸，最深處在海底48米，是目前世界上最長(zhǎng)、最大、最深的海底沉管隧道。這樣一條海底隧道，是如何做到在海底滴水不滲的呢？

要做到這一點(diǎn)真的不容易。首先，工廠要把沉管做得不漏水;其次，200多個(gè)接頭要做到嚴(yán)絲合縫，基礎(chǔ)要打牢。這些東西的背后，是世界領(lǐng)先的工程技術(shù)和嚴(yán)格的工程管理。

設(shè)計(jì)隧道時(shí)，考慮到可能會(huì)有滲水問(wèn)題，所以工程師們把隧道設(shè)計(jì)成了“W”形。

工程師們?cè)诤５姿淼纼蓚€(gè)很低的地方建了兩個(gè)泵站，如果有水進(jìn)入隧道，就會(huì)被收集到泵站里，然后通過(guò)管道排出去。

白海豚“零傷亡”，環(huán)境“零污染”，這是怎么做到的呢？

總長(zhǎng)約55公里的港珠澳大橋穿越了伶仃洋，這片水域航運(yùn)繁忙，臺(tái)風(fēng)多發(fā)。港珠澳大橋施工水域每天有超過(guò)4000艘各類船舶航行，臺(tái)風(fēng)、大霧、強(qiáng)對(duì)流天氣致使每年有效作業(yè)時(shí)間只有200天左右。

同時(shí)，這片水域還生活著國(guó)家一級(jí)保護(hù)動(dòng)物——中華白海豚。中華白海豚是水生哺乳動(dòng)物，有“美人魚”和“水上大熊貓”之稱。

早期，研究人員300多次出海跟蹤，拍了30萬(wàn)張照片，對(duì)當(dāng)時(shí)保護(hù)區(qū)內(nèi)的千余頭白海豚進(jìn)行了標(biāo)識(shí)。廣東珠江口中華白海豚國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)面積為460平方公里，港珠澳大橋穿越了中華白海豚國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)核心區(qū)約9公里、緩沖區(qū)約5.5公里，共涉及保護(hù)區(qū)海域約29平方公里。為對(duì)抗敏感的海洋環(huán)境、保護(hù)白海豚，港珠澳大橋優(yōu)化建設(shè)方案，將水上施工改為陸域加工、將工地現(xiàn)澆改為工廠制作，盡量減少海上作業(yè)時(shí)間和作業(yè)范圍。通過(guò)優(yōu)化隧道人工島長(zhǎng)度、形狀、位置，優(yōu)化海底沉管隧道縱橫斷面設(shè)計(jì)，選用大型鋼圓筒快速成島施工工藝，調(diào)整橋位主線與海流流向的夾角，減少疏浚物開挖傾倒量，降低工程對(duì)海洋水文動(dòng)力和生物資源的不利影響。

盡量避免在4～8月白海豚繁殖高峰期進(jìn)行大規(guī)模疏浚、開挖等容易產(chǎn)生大量懸浮物的作業(yè)。在白海豚的繁殖期，建設(shè)者們還對(duì)工程做了很多限制。水上的船舶來(lái)往活動(dòng)時(shí)，配置了專門的嘹望員，發(fā)現(xiàn)異常時(shí)，會(huì)按照規(guī)定驅(qū)趕白海豚。

另外，生活產(chǎn)生的污水和垃圾都是專門收集后，拿到規(guī)定的地方去處理。港珠澳大橋建造期間，沒(méi)有接到過(guò)一次環(huán)保方面的投訴。

珠江口是世界上最繁忙的航道之一，最繁忙的時(shí)候，每天有4000多艘船只來(lái)往，如果有萬(wàn)噸巨輪撞上港珠澳大橋怎么辦？

港珠澳大橋運(yùn)用創(chuàng)新技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種復(fù)合樁。設(shè)計(jì)人員在樁的外面包了很厚的一層鋼，鋼結(jié)構(gòu)在外面，里面是混凝土，這樣的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非常堅(jiān)固，比其他種類的樁更抗撞。港珠澳大橋的一些主通航孔橋墩都設(shè)置了防護(hù)設(shè)施，一方面是為了保護(hù)橋，另一方面是為了保護(hù)船和人。

大海是神秘莫測(cè)的，這樣一座超長(zhǎng)跨海大橋，如果碰到了臺(tái)風(fēng)等突發(fā)事件，該如何保證人們的行車安全呢？風(fēng)大到一定程度時(shí)，港珠澳大橋就會(huì)關(guān)閉，它有一個(gè)防護(hù)系統(tǒng)，能及時(shí)監(jiān)測(cè)并告知風(fēng)向和等級(jí)。另外，港珠澳大橋還有一些主動(dòng)的防風(fēng)措施，比如在風(fēng)比較特別的位置設(shè)置了風(fēng)障，對(duì)那個(gè)區(qū)域做了特殊的保護(hù)，這樣車經(jīng)過(guò)時(shí)就比較安全。

港珠澳大橋從設(shè)計(jì)到建設(shè)完成，前后歷時(shí)14年，大橋設(shè)計(jì)使用壽命120年，可抵御8級(jí)地震、16級(jí)臺(tái)風(fēng)、30萬(wàn)噸撞擊，以及珠江口300年一遇的紅潮。港珠澳大橋的每一座人工島、每一公里橋梁與隧道，都凝結(jié)著無(wú)數(shù)中國(guó)科學(xué)家與工程師的匠心和創(chuàng)新。

港珠澳大橋的建設(shè)者們以一種“強(qiáng)國(guó)筑夢(mèng)”的責(zé)任感，創(chuàng)造了當(dāng)年動(dòng)工、當(dāng)年成島、一年安裝十節(jié)沉管的“中國(guó)速度”，澆筑百萬(wàn)方混凝土無(wú)一裂縫，建成了世界上規(guī)模最大的公路沉管隧道和唯一的深埋沉管隧道。