港珠澳大桥打破国内大桥“百年惯例”

10月23日上午，被誉为“现代世界新七大奇迹”之一的港珠澳大桥在广东省珠海市举行了通车仪式。10月24日上午，它将正式通车。全长55公里，集桥、岛、隧于一体，创造了沉管隧道“最长、跨度最大、埋深最大、质量最大”的世界纪录。它涵盖了世界岛隧道桥的许多尖端技术，是当今世界上最具挑战性的项目之一。

港珠澳大桥从设计到施工历时14年。它背后有什么样的科技支持？

世界上最长的海底沉管隧道

天空中有飞机，海上有船只。夹在两者之间的港珠澳大桥如何不影响香港国际机场附近航线的飞行安全，又能满足伶仃洋30万吨级船舶的需求？

港珠澳大桥设计团队提出了一个极具创意的计划:建造两个人工岛，东、西，并建造一段海底隧道连接隧道和大桥。世界上最长的海底沉管隧道由33根巨型沉管组成，每根180米长，每段重约8万吨，沉入海底40多米。

如此巨大的沉管怎么会沉入海底进行对接？这需要浮动安装。所谓的浮动安装是指由拖船将沉管拖至桥址附近，然后通过绞锚将沉管水平和垂直移动至安装位置，并安装沉管。为确保浮运和安装的顺利完成，华南理工大学赵副教授的团队采用物理模型试验和数值模拟方法，对隧道内沉管段的浮运、系泊和下沉等关键问题进行了研究。这项研究确实发现了问题。

“实验发现，在浅水中，在水流和波浪的作用下，纵向水流对管段的作用所引起的问题相对容易解决。但是，如果管段在横流的作用下被放入海中，会引起倾侧和下沉，而且很容易碰到海床，这是非常不安全的。”团队成员王副教授说。为了进一步验证实验的可靠性，该小组反复进行实验和计算。最后，为港珠澳大桥的浮沉施工方案提供了重要的技术支持。

在桥梁主体安装中，钢箱梁桥面铺装代表了桥梁施工的“面子”工程，为车辆提供了舒适、安全的行车。“我们放弃了昂贵的进口环氧沥青桥面铺装技术，选择了英国浇注式沥青铺装方案。”华南理工大学的张晓宁教授说:“但是这个方案的建设效率很低。根据这项计划，完成铺路工程需时约五年。」他们创造性地提出了GMA建设计划，将建设效率提高10倍，并在6个月内完成项目。同时，建立了国内外第一个满足力学相似性的足尺截断桥梁模型。

打破国内桥梁的“百年惯例”

港珠澳大桥除了是世界上最长的桥梁外，其设计使用寿命为120年，打破了国内桥梁的“百年惯例”。

港珠澳大桥的设计团队面临着一个巨大的挑战，即确保位于海洋淤泥环境中的钢管桩在120年内不会受到破坏。“鉴于特定的海洋泥浆环境，我们已开始从涂层的抗渗透性和抗阴极剥离性着手开发新的涂层，以解决涂层的耐久性问题。”中国科学院金属研究所耐久性保护与工程研究组组长李京研究员告诉记者，他们开发了新一代高性能环氧涂层钢筋，并参与了桥梁基础防腐涂层施工，确保了港珠澳大桥120年的耐久性设计要求。

复杂的海底结构、恶劣的自然环境和大跨度是对桥梁钢材的巨大考验。支撑这座特大桥的大部分高性能绿色桥梁钢是基于东北大学王兆东教授团队开发的新一代控轧控冷技术，由鞍钢集团生产。

该工艺可使钢结构细化35%以上，析出相尺寸减少25%以上，有效满足桥梁用钢高强度、高韧性的要求。通过“成分设计+控轧+轧后超快速冷却”的优化组合，满足了桥梁的抗震和抗应变设计。

组装桥梁的“积木”

港珠澳大桥就像一个“积木”。一是码头、桥面、钢箱梁、钢管桩等在工厂生产，在伶仃洋风平浪静时组装，首次实现“大型化、工厂化、标准化、组装化”的建设理念。

大型钢箱梁运输到现场安装时，安装误差必须控制在1厘米以内，每次焊接不得超过2厘米，这是非常困难的伶仃洋有许多台风。为完成台风来临前的施工工期，华南理工大学王教授团队在国内首次采用多施工、不对称、多塔斜拉桥的施工控制技术，完成了世界首座3100吨巨型钢索塔的整体施工。

当今年的强台风“朱山”登陆时，港珠澳大桥屹立不倒，全国人民都在为之挥汗如雨。这座桥之所以能够牢固地“屹立不倒”，抵御16级台风和8级地震，离不开科学数据的支持。

“早期的年度观察工作早在2007年就开始了。通过现场波浪观测、分析和计算，可以实现潮流的长期预测和台风等极端情况的工程分析。”华南理工大学的朱良生教授共观测到7次台风，其中包括黑格尔台风。“获取观测数据非常困难，一些设备需要由一艘超过1000吨的海船装载。我们还将在台风季节进行3个月的同步对比观测。”

人工岛的防风设计应该采用什么形状才能更好地抵御强台风？该小组对1949年以来的所有台风进行了反调查，计算了“50年一遇”和“100年一遇”的台风强度，为桥面施工提供参数。

此外，高韧性薄层沥青加铺技术、水下结构止水、交通工程系统集成等技术的应用，使港珠澳大桥成为名副其实的“超级工程”。