港珠澳大桥“同济元素”彰显上海科创硬实力

　　10月24日，经过近8年的建设，全长55公里、被称为“工程界的珠峰”的港珠澳大桥将迎来正式通车的历史性时刻。如一道彩虹横跨伶仃洋——它是当今世界最长的跨海通道，连接香港大屿山、澳门半岛和广东省珠海市。主体工程“海中桥隧”长超过35公里，海底隧道长约6.75公里，桥梁长约22.9公里。寻常人不知道的是，在这座大桥技术最难的节点人工岛及隧道部分，处处体现了“同济元素”。同济大学原常务副校长李永盛介绍，“同济啃的都是‘硬骨头’。”彰显了上海科创硬实力。

　　人工岛筑成，同济带来核心技术

　　因为香港机场的标高及伶仃洋主航道要求的限制，港珠澳大桥必须采用隧桥模式，隧桥转换就得在汪洋大海中建设人工岛。构建人工岛用什么方式稳妥？传统的方式是海中选址围堰，抛石成堤，然后抽干堰内积水，筑建成岛，但这样会对附近水域的白海豚造成危害，且影响这条繁忙水道的航行，工期漫长；还有一种方式，先打桩，用挤密砂桩圈起围堰，抽干水然后再筑岛。同济学者马险峰在“外海厚软基桥隧转换人工岛设计与施工关键技术”课题解决了挤密砂桩筑岛的难题。

　　何谓挤密砂桩？就是利用振动锤将套管振动打入至规定土深，向套管内投入砂子，通过套管的反复起拔和下压并施以振动，使砂子经振压而密实，形成砂桩。可这项技术的难点在于，钢筒打入淤泥并深入至20余米后其围合的地基如何加固，再者就是如何解决异常软弱的海底地基的稳定和沉降问题。“我们的主要研究任务是要得出挤密砂桩复合地基在加载之后的砂桩荷载与位移变化关系、桩土应力分配以及砂桩周围孔隙水压力的变化规律，以确定影响挤密砂桩复合地基承载力和变形的关键因素”，马险峰介绍。

　　马险峰团队没有让建设者失望，他们的实验结果都在工程中得到了应用，成为设计与施工的重要参考数据。同济团队带来的数据让让工程设计与施工吃了定心丸。随后，一根根由振华制造的直径22米、高40.5米的钢筒，打入了海底，最终围成了东西两个人工岛。“如果使用常规技术，建这样的两个人工岛起码要一年半，采用圆钢筒成岛，东西人工岛成岛仅用了7个月”，马险峰骄傲地说。

　　隧道抗震，同济为其把脉

　　去年5月，港珠澳大桥隧道最后一节沉管——12米的连接管成功安放，标志着大桥建设中难度最高的隧道工程难题被征服。

　　隧道工程难题无数，每节8万吨的沉管如何舾装浮运，万一沉管没接好怎么办？如此长大的沉管在海底万一遇上地震又该如何？诸多难题摆进了同济的实验室，均被一一攻克。

　　“超长沉管隧道在地震条件下安全性的试验研究，日本、欧美等国都开展过，但像港珠澳大桥这样长度的海底隧道的地震反应，尚未见到研究成果。”同济土木学院地下系教授袁勇组成一支团队，担下重任。“地震发生时，其冲击波可能是纵向的，可能是横向的，也可能是纵横混合的。对物体的冲击力可能是挤压、抬升、扭曲，也可能是多点、多类型受力状态”，袁勇说，在平均水深超过40米、深厚淤泥上的隧道要想在8度设防烈度地震的极端状态下不发生扭曲变形，就得有可靠的试验和精准的计算。

　　沉管隧道土——结构动力相互作用快速实用计算方法研究、多点非一致地震激励下超长沉管隧道地震响应快速分析方法、沉管隧道减震控制技术、沉管隧道振动台试验模拟技术……千百次的实验，一项项技术难关被攻克，最终，袁勇团队拿出了“海外厚软基大回淤超长沉管隧道设计与施工关键技术”。

　　深不见底的伶仃洋，巨大的沉管万一下去了，这节跟那节不合接不上怎么办，接上了但漏水呢，刚接上好好的过些日子因为沉降又歪了呢？同济土木学院丁文其教授团队研发港珠澳大桥沉管隧道接头张开位移量控制技术，可保证沉管对接严丝合缝、万无一失。

　　丁文其介绍，沉管隧道安装涉及到的问题包括地基不均匀沉降、大回淤、高水压、沉船、车辆荷载、潮水变化、地震、温度作用、混凝土收缩徐变等，都会影响到沉管隧道接头处的状况；还有结构受力、防水要求、止水带选型和施工对管节接头和节段接头的影响。2011年5月港珠澳大桥沉管隧道建设之初，丁文其团队承担的“沉管隧道接头张开位移量控制技术研究”也紧张开展起来。两年多的时间里，丁文其多次前往施工现场，通过理论分析和数值模拟，计算了数百种组合工况下节段式沉管隧道的接头张开位移量，确定了管节与节段变形特性与张开量控制指标。

　　三个大跨度通航孔桥抗风没有问题

　　2009年开建的港珠澳大桥，桥梁部分很长，由于技术成熟，且采用工厂化预制海上安装的工法，工程进展神速。但是，海况复杂的茫茫伶仃洋上，主航道桥梁抗风是个问题。

　　港珠澳大桥有三个大跨度通航孔桥，包括青州航道桥（主跨458米双塔空间索面钢箱梁斜拉桥）、江海直达船航道桥（主跨2×258 米三塔中央索面钢箱梁斜拉桥）和九洲航道桥（主跨268米双塔中央索面钢箱梁斜拉桥）。它们在风高浪急的伶仃洋上是否能淡定从容，稳稳地把港珠澳三地通行的使命扛在肩上？

　　同济人拿出了方案。以青州航道桥为例，采用主梁小、大比例节段模型测振风洞试验、主梁、桥塔节段模型测力风洞试验、桥塔自立状态气弹模型、全桥气弹模型风洞试验的方法进行其抗风研究。桥塔试验表明，即使在风速65米/秒的风中桥塔也未出现自激和发散性的驰振现象。试验建议青州航道桥斜拉索采用加螺旋肋条的斜拉索，并增加拉索附加阻尼的方法抑制风雨激振。同济还建议，通过合理设计的桥塔区域局部风障，改善桥塔附近的风环境，提高全桥的行车安全标准风速。今年9月，被称为史上最强台风“山竹”正面袭击珠三角，香港、澳门、深圳、珠海全线告急，而大桥则经历巨风考验，安然无恙。

　　工程图复核，同济把的是技术总关口

　　去年3月，同济土木学院教授徐伟收到一则短信：“随着最后一节沉管顺利安放到位，同济大学承担的港珠澳大桥岛隧结构施工图复核及相关的科研任务即将顺利完成。”

　　何谓岛隧结构设计复核？由于港珠澳大桥的沉管隧道深埋外海海底，其长度和埋置深度达到世界上目前最长、最深的规模，为了确保这项国家重点工程的顺利实施，施工部门委托同济大学承担其设计文件的复核、审查，并完成相应的关键技术科研任务。徐伟团队承担了这项科研任务，同济的两位院士孙钧和叶可明担任了这项科研任务的指导工作。

　　为何委托同济？原来，巨大沉管的深水安装是一道难题，荷兰一家世界著名隧道沉管公司曾同意派出26个专家提供技术咨询，咨询费开价1.5亿欧元，当时相当于15亿元人民币。当时，这家荷兰公司表示，衷心地祝福中国人能够自己研发这套系统。但是，“如果一旦不成功，再找我们时就不是这个价钱了。”中方决定争一口气，找自己的专家解决，最终任务落到了同济身上。于是，2012年开始，往返于工地、会议室就成为同济专家的常态，参加施工方案技术审查、研讨，孙钧、叶可明都已耄耋古稀，但提出意见和技术方案，条条精湛、丝丝入扣；团队成员对包括修改细则等等，知无不言，言无不尽，对世界级工程负责是大家扛在肩上的光荣责任，徐伟介绍。

　　沉管安放，最后一节最难。难在哪？徐伟为记者画了一张图，说海底隧道呈坡度较缓的弧形，就像一张弓的弓背，全长5664米的港珠澳大桥海底隧道由33节巨型管节对接安装而成，包括28节直线段管节和5节曲线段管节，从东西人工岛两端相对安装。其中第29节已经安装，卧在海底，第30节（按照计划的安放序列，倒数第二节为29节，最后一节为30节）管节长171米，整体呈梯形，位于海底隧道合龙口的东侧，与第31节安装合龙，是保证港珠澳大桥海底隧道全线成功安装的最后一道关口，该管节的安装施工作业空间最小，龙口水流最急，对接位置的精度要求最高。该管节的顺利沉放安装施工完成，奠定了港珠澳沉管隧道施工成功的基础。中交港珠澳大桥岛隧工程项目总经理林鸣告诉媒体：“整个沉管隧道的施工安装过程，就是彰显国力的过程，我们运用了很多大国重器装备，集成了很多跨行业跨领域的技术，应该为我们的同事点赞，更应该为我们的国家点赞。”大桥隧道建设中，同济孙钧院士等四次赶赴港珠澳大桥指挥部“望闻问切”，知无不言。“每次看到同济大学的老院士们坐在那里，我的心里就定定的，”林鸣说。