港珠澳大橋！建造技術(shù)究竟有多牛？一篇全解析！
港珠澳大橋開通儀式23日上午在廣東珠海舉行。習(xí)近平出席
儀式并宣布大橋正式開通。港珠澳大橋跨越伶仃洋，東接香
港，西接廣東珠海和澳門，總長約55公里，是粵港澳三地首
次合作共建的超大型跨海交通工程。
港珠澳大橋開通在即
你關(guān)心的都在這里！
被稱為"世界奇跡"的
港珠澳大橋究竟多壯觀？
真容終于全面亮相了！
▲ 連接香港、珠海和澳門的港珠澳大橋全長55公里。
▲ 港珠澳大橋工程建設(shè)，突破了海底隧道最長、隧道埋深最大、單個沉管體量最大等世界級難題。
▲ 港珠澳大橋的青州航道，設(shè)計元素使用了“中國結(jié)”。
▲ 港珠澳大橋總體工程涉及到的專利超過1000項，設(shè)計使用壽命為120年。
▲ 隧道兩端建有東、西兩個人工島。圖為港珠澳大橋東人工島。
▲ 入境申報表
▲ 港珠澳大橋珠海公路口岸貨檢區(qū)，15條貨車“一站式”檢驗(yàn)通道。
這座世界最長的跨海大橋，在建造過程中用到哪些頂尖技術(shù)？工地君為你來解鎖
港珠澳大橋東起香港國際機(jī)場附近的香港口岸人工島，向西橫跨伶仃洋海域后連接珠海和澳門人工島，止于珠海洪灣；橋隧全長55千米，雙向六車道，設(shè)計速度100千米/小時；歷經(jīng)5年規(guī)劃、9年建設(shè)，工程項目總投資額1269億元……
這是集橋、島、隧于一體的世界最長跨海大橋，其著名的沉管隧道長達(dá)6.75公里，是全球最長的公路沉管隧道和全球唯一的深埋沉管隧道……
從籌備到建成，港珠澳大橋建設(shè)歷時14年，過程中攻克了無數(shù)個世界級難題，打破了無數(shù)個世界紀(jì)錄，是當(dāng)之無愧的世紀(jì)工程。在它建成通車的歷史性時刻，讓我們共同回顧港珠澳大橋的那些驚世駭俗之處。
構(gòu)件全部標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，保障大橋質(zhì)量
港珠澳大橋的設(shè)計使用壽命長達(dá)120年，這意味著在一個多世紀(jì)的時間里，大橋的核心結(jié)構(gòu)，尤其是6.7公里長的沉管隧道不能出現(xiàn)絲毫的質(zhì)量問題。
▲ 港珠澳大橋的沉管
大橋的隧道由33節(jié)沉管連接而成，每節(jié)標(biāo)準(zhǔn)沉管段長180米，寬38米，高11.4米，排水量7.8萬噸，相當(dāng)于一艘滿載的遼寧號航母。每節(jié)沉管的內(nèi)部由超過40萬根近一萬噸的鋼筋和7萬噸混凝土組成。
這么大的沉管，施工方必須保證誤差在0.5毫米以下。為了保證精度，工人們需要親身鉆進(jìn)壁厚僅1.5米的鋼筋籠里，把近100根注漿管的安裝效果一一檢查到位，確保每一個焊接位置的密閉性能。
▲ 建設(shè)中的沉管
如此巨大的沉管，還要保證極其苛刻的誤差限度，因此它的運(yùn)輸過程中不允許絲毫差池。
它不能遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，更不可能在陸地上建好再輾轉(zhuǎn)進(jìn)入海中。因此，在距離大橋不遠(yuǎn)處的桂山牛頭島，專門建設(shè)了一座沉管管節(jié)預(yù)制工廠，采用最先進(jìn)的工廠流水線生產(chǎn)這33段管節(jié)。
▲ 沉管預(yù)制廠設(shè)置在一座小島上
按照工藝流程，180米長的管節(jié)會被分為8段22.5米長的節(jié)段逐段預(yù)制、逐段頂推直到全部澆筑完畢，再整體頂推至塢區(qū)，進(jìn)行臨時預(yù)應(yīng)力索張拉，讓這八個節(jié)段形成密閉的整體。隨后，工程師們會將它的兩端封閉，讓它像一艘船一樣漂浮起來，牽引到安裝位置。
▲ 預(yù)制構(gòu)件小島上的塢區(qū)
要讓一個橋段在海面上移動，需要8艘拖輪帶纜共同發(fā)力，提供5000多噸的力量。如此巨大的“航母”在拖航過程中姿態(tài)難以控制，管節(jié)系泊的每一次帶纜都要經(jīng)受流速、流向的影響，橋段無論是移動還是對接難度都極高。
此外，施工還要面臨來自臺風(fēng)、季風(fēng)等復(fù)雜的氣象水文環(huán)境帶來的挑戰(zhàn)。珠江口洋流復(fù)雜，橋段的安裝還要經(jīng)受水流的干擾。為了實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)安裝，工程首次應(yīng)用了深水無人沉放對接測控系統(tǒng)，對橋段的安裝位置和進(jìn)度進(jìn)行了精密的測量和控制。
港珠澳大橋的沉管隧道，是世界島隧工程歷史上首個真正意義上的外海深水安裝沉管隧道，具有劃時代的意義。
港珠澳大橋并不是一座嚴(yán)格意義上的“橋”，而是一個橋梁與隧道的組合體。整個工程在海中全長35公里，其中有29公里是橋，6公里則是隧道。在橋梁與隧道之間，通過珠江口伶仃洋南北兩側(cè)的兩個離岸人工島進(jìn)行連接，而港珠澳大橋的難度也正來源于此。
那么，港珠澳大橋究竟為什么要設(shè)計成這樣呢？
▲ 港珠澳大橋的橋隧轉(zhuǎn)換人工島
這主要是考慮到了船只的通航問題。
廣州港是世界著名的繁忙大港，每天都有上萬艘船只穿過港珠澳大橋所處的伶仃洋進(jìn)出廣州港，其中不乏有許多萬噸巨輪。這些巨輪體積大、吃水深，如果大橋全部修建成水面以上的橋，那么這些船只很難從橋下通行，還容易與橋墩相撞。因此，必須有一段凈空的航道供巨輪通行，也就是必須有一段海底隧道。
然而海底隧道的建設(shè)成本驚人。如果整個35公里的公路全部修成隧道，不僅經(jīng)濟(jì)上不可接受，消防、運(yùn)行等等問題都難以解決。因此，半橋半隧成為了一種現(xiàn)實(shí)可行的方案。
▲ 輪船撞橋是一類非常嚴(yán)重的事故
橋隧轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵在于人工島。修建人工島可不僅僅是用海底的泥沙堆砌一座島出來，這座島必須能夠?qū)狗较虿欢ǖ难罅骱秃ｏL(fēng)。如果沒有結(jié)實(shí)的加固，必然一沖即散。
港珠澳大橋人工島的造價高達(dá)131億元，為了保持穩(wěn)固，工程采用了120個直徑22米的鋼圓筒圍成人工島的島壁，單體重達(dá)500噸，其施工工法和八錘聯(lián)動液壓振動錘為世界首創(chuàng)。
▲ 人工島外圍的圓筒就是島嶼的圍束
在海洋中填島，如何將原來位置的海水排干是一個大問題。工程采用了局部開挖換填、井點(diǎn)降水聯(lián)合堆載的全新施工方案，不僅加速了固結(jié)，而且減少了工程后的殘余沉降，保障了安全。
在穩(wěn)固的地基支撐下，建成的人工島標(biāo)高達(dá)到5米，能夠抵抗珠江口300年一遇的洪潮。它不僅承擔(dān)了橋隧轉(zhuǎn)換的功能，而且還將成為港珠澳三地的交通銜接中心，兩地對關(guān)口岸也設(shè)置在島上。
人工島集交通、管理、服務(wù)、救援及觀光功能于一體，島上還設(shè)計了中華白海豚觀賞區(qū)和海上觀景平臺。
▲ 人工島的平面布置
海底沉管隧道如何保證120年滴水不漏？
混凝土是一種脆性材料，抗壓能力很強(qiáng)，但受到拉力就很容易開裂。在陸地上，絕大多數(shù)的混凝土都是帶裂縫工作的，并不影響結(jié)構(gòu)的性能。
但在海洋工程，尤其是海底隧道中，這樣的裂縫是不可以存在的。一旦產(chǎn)生裂縫，含鹽的海水就會滲入混凝土內(nèi)部進(jìn)一步腐蝕鋼筋和混凝土，進(jìn)而擴(kuò)大裂縫，最終導(dǎo)致漏水，乃至產(chǎn)生結(jié)構(gòu)安全問題。
因此，沉管隧道使用了一種抗?jié)B性能很強(qiáng)的混凝土，它的微觀結(jié)構(gòu)非常致密，有害離子很難直接滲入。隧道壁內(nèi)部的鋼筋籠也十分密集，配筋率遠(yuǎn)超一般的建筑結(jié)構(gòu)，這些密布的鋼筋起到了極強(qiáng)的約束作用，嚴(yán)格限制了混凝土的宏觀開裂以及微觀裂縫的擴(kuò)展。
▲ 沉管隧道內(nèi)部的鋼筋籠
為了避免沉管段之間的縫隙發(fā)生漏水，在沉管的節(jié)段和節(jié)段之間，還設(shè)置有一層厚厚的橡膠墊來彌合縫隙。在沉管內(nèi)部沿縱向設(shè)置有許多貫通的預(yù)應(yīng)力鋼筋，當(dāng)預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉后，它們就像是一束強(qiáng)力橡皮筋，將沉管緊緊地綁扎在一起，不留一絲縫隙。這樣，沉管內(nèi)部與外部就被嚴(yán)格地隔離開來。
然而，海洋中的環(huán)境并非一成不變，紛亂錯雜的洋流、變化的海底地質(zhì)環(huán)境仍然可能會對沉管隧道造成破壞。為了保護(hù)沉管的穩(wěn)定性，海底隧道的大部分都是被掩埋在伶仃洋的淤泥之中的。
在施工中，工程部先將海底深厚而松軟的淤泥清理到了一邊，并在沉管的基床底部鋪設(shè)2-3米厚的塊石，制成一種堅固的復(fù)合地基。它可以讓沉管的沉降值縮小到10厘米以內(nèi)，杜絕因海底沉降導(dǎo)致的滲水。
在沉管鋪設(shè)好之后，還要在兩側(cè)及上部回填碎石。之前被清到一邊的淤泥也會很快隨著洋流重新淤積到隧道上方，對隧道形成保護(hù)。這樣一來，海中的風(fēng)浪就完全侵蝕不到隧道了。
水下的部分解決了，水上的29公里橋梁還要面對嚴(yán)酷多變的環(huán)境。
港珠澳大橋地處中國南海，這里風(fēng)高浪急，每年要刮兩場以上的臺風(fēng)。還有陽光的暴曬、海浪的侵蝕……港珠澳大橋可是要用120年的大工程，如果任由這些小問題日積月累，最終會成為大問題。
▲ 海洋環(huán)境示意圖，受害最嚴(yán)重的是飛沫區(qū)
海洋環(huán)境之所以對建筑物的傷害巨大，最重要的是因?yàn)槠涓蓾窠惶娴沫h(huán)境。
完全浸沒在海水中的結(jié)構(gòu)如隧道、橋墩基礎(chǔ)受到的腐蝕作用反而不強(qiáng)，而橋梁的主體部分則直接暴露在空氣中的飛沫區(qū)，雖然很少能直接接觸到海水，但大量的海水飛沫裹挾著鹽分沖擊結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)表面一會兒干一會兒濕，每顆小飛沫還都攜帶著海水中的有害離子粘在上面。點(diǎn)這免費(fèi)下載施工技術(shù)資料
這些有害離子會在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生結(jié)晶，讓混凝土劣化、鋼筋銹蝕。折騰不了幾年，大橋的路面就會變成豆腐渣。
▲ 腐蝕嚴(yán)重的橋墩
面對如此惡劣的海洋環(huán)境，工程師們進(jìn)行了數(shù)百組室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，以及室外高溫穩(wěn)定性及低溫疲勞試驗(yàn)，獲得了上萬個測試數(shù)據(jù)，最終敲定了SMA（瀝青瑪蹄脂碎石混合料）+后澆筑式瀝青混凝土組合鋪裝結(jié)構(gòu)體系的鋼橋面鋪裝設(shè)計方案。
工程還首次提出了GMA澆筑式瀝青新技術(shù)，兼具溫度穩(wěn)定性與耐腐蝕能力。為了保障其中重要的集料生產(chǎn)，施工方還專門為港珠澳大橋打造了最先進(jìn)、標(biāo)準(zhǔn)最高的高精尖集料工廠——中山集料廠。
與120年壽命的大橋主體結(jié)構(gòu)不同，路面由于直接暴露在海風(fēng)與烈日下，且要承受車輛碾過的反復(fù)荷載，需要經(jīng)常更換，為了保證路面的質(zhì)量，它的服役期被嚴(yán)格限制在15年以內(nèi)。
港珠澳大橋的總投資超過1000億元，據(jù)估算，如果僅靠收取過橋費(fèi)，它需要幾十乃至上百年才能收回成本。然而，港珠澳大橋?qū)⒅榻趦砂兜某鞘羞B為一體，通車后，從香港開車去澳門只需30分鐘，大大促成了珠三角經(jīng)濟(jì)的一體化，其社會價值是無法估量的。
