超級大橋

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

林鳴：中國交建總工程師，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。

中國是橋的故鄉(xiāng)，自古被稱為“橋的國度”。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。

中國的四渡河大橋在峽谷之間巍然聳立;英國的翻滾橋在城市中學(xué)會了給船只“讓路”;日本的江島大橋矗立在貨運港口，坡度陡峭如過山車;而位于伶仃洋的港珠澳大橋則是目前世界上最長的跨海大橋，被英國《衛(wèi)報》評為“新世界七大奇跡”之一。那么，在海里建一座大橋會面臨哪些挑戰(zhàn)呢？讓我們來看看世界上最長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，會發(fā)現(xiàn)它的大致走勢是“S”形。海上沒有任何阻攔，為什么大橋的路線要設(shè)計成彎曲的“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。跨海大橋受到的海浪沖擊遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通橋梁，將橋梁設(shè)計成“S”形，能減少水流通過時對橋梁造成的傷害。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兒東，一會兒東南，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，船舶從橋下駛過時也會安全一些。

避免視覺疲勞

把橋梁修成“S”形，還能防止司機出現(xiàn)駕駛疲勞。在一條直線上開車，司機經(jīng)常會因為周圍相同的駕駛環(huán)境，產(chǎn)生視覺疲勞和精神懈怠。把橋梁設(shè)計成“S”形，讓駕駛環(huán)境富于變化，能讓司機的、注意力更集中，不容易發(fā)生交通事故。

如果把建橋梁的過程比喻為搭積木，那么我們可以說，港珠澳大橋主要是由橋梁、海底隧道、人工島三個積木塊構(gòu)成的。港珠澳大橋為什么要建海底隧道和人工島呢？一橋到底不行嗎？

全部建橋費用低、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80米，橋塔高度達(dá)到200米的超級大橋。然而，附近的香港國際機場不允許超過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還必須時刻考慮阻水率。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)下了多項世界紀(jì)錄，全長6.7公里，排水量超過75 000噸，最深處在海底48米，是目前世界上最長、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？

要做到這一點真的不容易。首先，工廠要把沉管做得不漏水;其次，200多個接頭要做到嚴(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)計隧道時，考慮到可能會有滲水問題，所以工程師們把隧道設(shè)計成了“W”形。

工程師們在海底隧道兩個很低的地方建了兩個泵站，如果有水進(jìn)入隧道，就會被收集到泵站里，然后通過管道排出去。

白海豚“零傷亡”，環(huán)境“零污染”，這是怎么做到的呢？

總長約55公里的港珠澳大橋穿越了伶仃洋，這片水域航運繁忙，臺風(fēng)多發(fā)。港珠澳大橋施工水域每天有超過4000艘各類船舶航行，臺風(fēng)、大霧、強對流天氣致使每年有效作業(yè)時間只有200天左右。

同時，這片水域還生活著國家一級保護(hù)動物——中華白海豚。中華白海豚是水生哺乳動物，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30萬張照片，對當(dāng)時保護(hù)區(qū)內(nèi)的千余頭白海豚進(jìn)行了標(biāo)識。廣東珠江口中華白海豚國家級自然保護(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家級自然保護(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)時間和作業(yè)范圍。通過優(yōu)化隧道人工島長度、形狀、位置，優(yōu)化海底沉管隧道縱橫斷面設(shè)計，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，降低工程對海洋水文動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)者們還對工程做了很多限制。水上的船舶來往活動時，配置了專門的嘹望員，發(fā)現(xiàn)異常時，會按照規(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，沒有接到過一次環(huán)保方面的投訴。

珠江口是世界上最繁忙的航道之一，最繁忙的時候，每天有4000多艘船只來往，如果有萬噸巨輪撞上港珠澳大橋怎么辦？

港珠澳大橋運用創(chuàng)新技術(shù)，設(shè)計了一種復(fù)合樁。設(shè)計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。

大海是神秘莫測的，這樣一座超長跨海大橋，如果碰到了臺風(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，港珠澳大橋就會關(guān)閉，它有一個防護(hù)系統(tǒng)，能及時監(jiān)測并告知風(fēng)向和等級。另外，港珠澳大橋還有一些主動的防風(fēng)措施，比如在風(fēng)比較特別的位置設(shè)置了風(fēng)障，對那個區(qū)域做了特殊的保護(hù)，這樣車經(jīng)過時就比較安全。

港珠澳大橋從設(shè)計到建設(shè)完成，前后歷時14年，大橋設(shè)計使用壽命120年，可抵御8級地震、16級臺風(fēng)、30萬噸撞擊，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)著無數(shù)中國科學(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“強國筑夢”的責(zé)任感，創(chuàng)造了當(dāng)年動工、當(dāng)年成島、一年安裝十節(jié)沉管的“中國速度”，澆筑百萬方混凝土無一裂縫，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。