为了“120年”的一场科技较量

陈心羚

港珠澳大桥是一座挑战世界难度的科技之桥，在设计、建设过程中难题层出不穷，一次又一次“挑战不可能”。港珠澳大桥设计使用“寿命”为120年，是目前我国内地设计使用年限最长的建筑之一，建设者实现了诸多 “零的突破”。

作为目前世界最长的跨海大桥，如何守好质量关，保障安全？

如何在环境复杂的海域，确保它在地震、台风、海浪等灾害威胁下依旧屹立？

横跨国家一级保护动物中华白海豚保护区，环保工作如何开展？

施工海域每天有四五千艘船只来往穿梭，海上施工安全和航运安全如何保证？

两岸三地共建，如何在不同制度、不同法律、不同文化的背景下，一众同心，建好这座大桥？

围绕這五大问题，我们一起来揭秘这项超级工程。

看不见的海底VS最精准的施工

关键词：海底隧道、不可视

长达55千米的港珠澳大桥如蛟龙跃海，盘踞海面。但凝神细看，本是气势恢宏的“龙身”却少了一段？其实在40多米深的海底处，深藏着一条全世界最长的海底公路——6.7千米的双向六车道海底沉管隧道。

要在海底修筑沉管隧道，意味着要在“不可视”的深海中完成大量施工作业，施工难度前所未有：沉管隧道如何做到120年内不漏水，确保安全？用什么方法、什么设备将安放沉管的基槽铺设平整？深海之处遭遇地震怎么办？

应对之策：外海厚软基大回淤沉管隧道设计与施工关键技术

基础沉降控制技术——把床铺稳

地基相当于港珠澳大桥沉管隧道的“床”，它的“材质”是淤泥和淤泥质黏土，厚度约为30-40米，承载能力极低。沉降是沉管隧道安全的巨大威胁。对此，研究团队经过不懈努力，终于计算出其沉降规律，建立起了符合使用条件的计算公式，为解决不均匀沉降问题提出了明晰的解决方案。

“碎石整平法”——把“床”铺妥

为克服深海施工困难，保证施工质量，科研团队使用自主研发制造的施工设备——“深水碎石整平船”——铺设基础垫并实现自动化控制，使基槽铺设能有效适应波浪、水流及回淤，让管节沉放对接后可得到平顺的支撑。

Ω止水带——把“口”封住

“Ω止水带”是沉管隧道止水的最后一道防线。这一产品以往都是依赖国外进口。科研团队经过3年时间的反复试验，尝试了上千种配方后，成功研制出具备中国特色的高强耐老化性能、耐酸碱腐蚀性能的“Ω止水带”。这项研究填补了该行业在国内的空白，打破了国外公司的垄断，降低了采购的成本。

多功能振动台——把住百年安全

港珠澳大桥位于环太平洋地震带，意味着深海隧道将可能面临地震灾害的威胁。科研团队开发了世界上最大的“多功能振动台”，可模拟工程场地地震，以对沉管隧道遭遇不同地震时的状态进行检测，为港珠澳大桥的抗震设计做出了重要的指导。

不同于“填海”的快速“成岛”

关键词：快速成岛、稳定性

敲定沉管隧道方案后，紧接的难题又浮出水面——桥梁和隧道如何连接？显然，这需要在海中找到一个岛作为“中转站”。然而，施工海域没有任何可用的现成岛屿，意味着只有自己造岛这一条路！

如果依赖传统的填海造岛，会因海床环境限制而无法实施，但建岛的计划工期只有一年。在如此紧迫的条件下，承包单位提出了“钢圆筒围护”快速成岛方案——使用120组大钢圆筒打入海床，围出岛的形状，然后在中间填出一座人工岛。可钢圆筒打入海床后，如何保证足够的稳定性？

应对之策：外海厚软基桥隧转换人工岛设计与施工关键技术

研制挤密砂桩大型施工设备，加固人工岛

挤密砂桩技术是地基加固的新技术，但国内并无适用的设备。科研团队开展了最大规模的“挤密砂桩离心模型试验”，成功研制了3艘船桩架高达86米的新一代“挤密砂桩施工船”，现已形成完全国产化的挤密砂桩施工装备及全套技术。

钢铁桥梁VS自然环境的攻击

关键词：抵御1訇然环境、10%阻水率

伶仃洋是弱洋流海域，每年都会有大量的“泥沙水”从珠江口涌入。桥墩如同阻挡泥沙的“栅栏”，一旦超过10%的阻水率，泥沙就可能沉积，阻塞航道，甚至会影响珠江口的防洪纳潮和渔业生态环境。

自然环境的多方限制使大桥的施工难度剧增，海上作业时间越长，风险越大，质量越难以控制。面对这些限制，又将如何进行协调？

应对之策：海上装配化桥梁建设关键技术

钢管复合桩与预制墩台结合设计

全桥共220个/组墩台，共使用了能够满足阻水率要求的约1500根钢管复合桩，并科学地解决了桩身与预制墩台连接中需遇到的，诸如施工过程的止水，在风浪作用及震动下的对接安装等一系列问题，终于将墩台埋入海床面以下。

钢箱梁桥面制造工艺创新

为便于海上吊装，大桥主体工程上部结构大规模采用了钢箱梁，用钢量达42万吨。而钢箱梁的“疲劳开裂”问题是交通行业的痼病。科研团队通过系统化研究，形成了具有行业引领性意义的科研成果。这一系列的工艺优化与升级，保证了港珠澳大桥钢桥面板的优良质量。

桥面铺装技术研究

港珠澳大桥50万平方米的钢桥面铺装面积创下了世界纪录。国内外钢桥面铺装分析理论和研究方法虽然很多，然而实际的铺装效果却往往事与愿违，尤其在低纬度的湿热海洋气候环境下，钢桥面铺装尤其是一个工程难点。港珠澳大桥组织科研力量历经两年多的研究，对“连续钢箱梁桥面铺装寿命影响因素”等问题进行深入研究，获得了丰富的科研成果。

设计的“120年”和“不只120年”的试验

关键词：混凝土、120年

在120年“长寿”的严格要求下，如何同时使大桥的隧道、人工岛、桥梁等的混凝土结构皆足够“耐用”？这在港珠澳大桥工程之前的国内其他项目，都是凭定性的经验判断。

应对之策：跨海集群工程混凝土结构120年使用寿命保障关键技术

根据“湛江暴露试验站”近30年的实验存留数据，港珠澳大桥科研团队对“混凝土结构耐久性”问题进行了深入研究，最终获得了以下成果：

港珠澳大橋九洲桥

第一，引入“可靠度理论”并提出了跨海集群工程中不同混凝土结构构件的定量耐久性设计指标;第二，制定了关键部位的外加防腐措施;第三，编制了《港珠澳大桥混凝土结构耐久性设计指南》等规范性、理论性的文件;第四，进行了耐久性检测系统开发。

这些研究成果的作用并不只运用在这“120年”，而且将进一步总结并纳入国家行业标准规范，指导更多类似工程的耐久性设计。

协同管理VS两岸三地的隧一岛一桥

关键词：跨境、集群

港珠澳大桥是在“一国两制”条件下，粤港澳三地首次合作共建的超大型交通集群工程。这三地的制度、文化、法律和惯用施工方法皆有所不同，要跨境共建一个“超级工程”，在国内尚属首例，这使港珠澳大桥的施工及运营管理面临着巨大的挑战。

前期方案论证的线位走向、口岸设置，建设期岛、隧、桥3部分的资源调配、技术标准和环境保护，大桥通车后3地交通信息交换、消防安全等问题如何联动？决策机制如何？

应对之策：跨境工程管理、节能环保、防灾减灾技术

跨境通道营运管理关键技术

科研团队通过广泛调研，并对港珠澳大桥中需要进行“决策”的对象进行分类与研究，形成了“三级架构、二级决策”的管理机制，设港珠澳大桥专责小组、港珠澳大桥三地联合工作委员会、港珠澳大桥管理局，其突破点在于在利益相关者中选准利益平衡点，保证做到“公开透明”，用“协商一致”的途径获得最终解决方案。

跨境集群工程安全环保管理，“一体化”管理

立足于“HSE管理”上已形成的经验，科研团队编制完成了《交通运输基础设施建设健康安全环境一体化管理的技术指南》，为工程建设中的“健康、安全、环保”一体化管理做出了理论性的贡献。另外，在白海豚保护上，港珠澳大桥科研团队研究提出了“中华白海豚声学驱赶（保护）技术”，安全有效地保护了这一“海洋白精灵”。

沉管隧道的防灾减灾

科研团队建设了全尺寸隧道综合防灾实验平台，利用3年时间，对大巴、中巴、小巴车进行多次燃烧试验，在世界上首次获取了火灾中隧道内温度、烟雾扩散规律等第一手数据，并形成了《沉管隧道防火安全管理分级指南》等港珠澳大桥防灾减灾的成套关键技术。

这条创新之路可谓步履维艰，一步一历史，一步一个“化不可能为可能”。大桥在技术理论、标准指南（规程）、施工工艺与产品装备、试验研究基地和项目管理五大方面都取得了创新性成果，这五个关键技术成果皆被鉴定为“总体国际领先水平”，有力地支撑了港珠澳大桥的建设，更为交通行业科技进步贡献了一份力量！