说到珠港澳大桥,就会让人想到它美妙绝伦的设计,为了解决特殊坏境造成施工困难而进行的一系列的奇思妙想!它让人惊叹设计者们建设者们的伟大,从而也真正感受到了祖国的日益强盛,中国工程技术人员的伟大,中国工人的伟大,中国的日益强盛!
工程师们花费了长达6年的时间,完成这座巨型建筑。他们每天要避开4000膄海船的密集通行。用50万吨钢材,建造全世界最长的钢铁桥梁,耗费230万吨钢筋混凝土,在深海水下打造世界上最长的沉管海底隧道!启用世界上最大的巨型震锤,来完成人工岛的建造。他们要全力抵抗台风和地震,向大桥的挑战,对环保的苛刻要求也前所未有。所有这些努力都是为了完成一个几代人的梦想,而这仅仅是开始。
香港-这座110万平方公里,超过700万人口的城市,国际金融进出口贸易旅游,使它成为亚洲大陆上最活跃的地区。
珠海-一座从渔村发展起来的新城市,被誉为中国最适合居住的海滨城市。
澳门-仅21平方公里的土地上,生活着40万居民,人口密度最大的地区之一。
现在建筑师们要完成一件历史性的创举,在海上建造一座跨海大桥。将三座城市连接在一起。这座未来的大桥给香港带来更大的发展空间。珠海能够借助香港的经济优势,快速成长。澳门也将获得更多旅游市场资源。但那曾经只是一个梦想。
复杂的海底结构,恶劣的自然环境,超长的跨海距离,要在这片海域上修建跨海大桥是一个似乎不可能完成的超级工程。
方明山,桥梁工程师。他前10年只做了一件事,和他的团队一起建成了另一座世界级的跨海大桥-杭州湾大桥。这段造桥经历让他喜爱上了挑战桥梁极限的工作。如今他只身来到珠海,对于他来说,这座未来的大桥将是另一个巨大的挑战。杭州湾大桥做完之后,方明山说:我感觉这个意犹未尽,希望在事业上能够更新的提高和突破,所以我就申请加盟珠港澳大桥这个建设团队。
要是一座从香港横跨30多公里的伶仃洋,直接贯通到澳门和珠海的跨海大桥,需要解决很多问题。如果完全复制杭州湾的造桥经验,要容易的多,但这里并不是杭州湾。
这里是全球最重要的贸易航道,每天有4000多膄船只穿行。航道密集,复杂的海床结构让施工难度大大增加,每年南海的台风几乎都经过这里,在这里修建大桥要做好足够的心理准备。其实还远远不止如此。工程师们还要面对一个不可超越的数字10%。伶仃洋是一个典型的弱洋流海域。每年从珠江的夹杂着大量泥沙涌入海洋。大桥的桥墩就像一个阻挡泥沙的篱笆一样, 超过10%阻水率,泥沙就可能被阻挡沉积,从而阻塞航道,让伶仃洋变成一片冲积平原。为了避免这个灾难性的后果所有的问题都需要解决。
首先解决的是轮船通航问题,伶仃洋海域靠近香港方向。有一个重要的深水航道— 伶仃洋航道。它是大型运输船只在这片海域通行的唯一通道。这座大桥的修建将关系到这个重要航道的生死。
方明山说:伶仃洋航道它这个通航等级要求非常高,现在是按10万吨级的,远期将按考虑30万吨油轮可以通行,要满足30万吨巨轮的通行,就必须要修建一座桥面高度超过80米,桥塔高度达到200米的超级大桥。
方明山说:80米相当于我们这个高层建筑大概在26层以上的这样的高度,我们可以设想一下,在26层以上的这样的高度开车是什么样的感觉。在26层楼的高度开车并不舒适。周围的香港机场也不容许有超过88米的建筑物矗立在它的飞行航线上。这给设计师们出了很大的难题。因为这段深海航道不能够修建任何超级大桥。如果找不到解决的办法只好选择停工。一个疯狂的想法在即将陷入僵局时提了出来。这个想法非常大胆就是放弃在海面以上修建桥梁,而在海面以下修建一座超长的海底隧道。
2009年,在中国跨海大桥历史上最据想象力的方案被批准实施。在这片海域上将要建成一座6.7公里长的海底隧道和一条22.9公里长的跨海大桥。这是目前在中国修建的最大最长也是最复杂的一座跨海大桥。这座大桥建成后,从珠海,澳门抵达香港的陆路交通时间将由4小时缩短到30分钟。
中国的工程师们已经有了6座大桥的经验。但还从来没有在海上修建过巨大的海底隧道。未来的大桥建设是一场是一场史无前列的挑战。大桥建设已经开始进行到了施工设计的阶段,马上第一个难题就摆在工程师的面前。桥梁和海底隧道贯通首先就是要找到一座岛屿,把它们连接在一起。但在这里没有任何岛屿可以使用。唯一的办法是修建人工岛,密集的海床勘探工作让人工岛蒙上了阴影。在这片海床上建岛是一个想象不到的巨大的工程。这个筑岛的地方,下面是有一层大概15到20米厚的淤泥。做个形象的比喻,它就像我们一种水豆腐,如果我们用常规的抛石斜坡或者是常规的这种,重力式沉箱的话呢,它坐在这个豆腐上。只要你把抛石或者是沉箱,一放上去它就会滑下去,站不稳。那么我们的常规的方法就是把这块“豆腐”挖掉,或者把这块豆腐先用排水固结的方法变成“豆腐干”,然后它才能够把这个抛石或者沉箱坐稳。
超过800万立方米的淤泥,将要被移走,相当于可以堆砌3座146米高的胡夫金字塔。这样的工程对海洋将是毁灭性的污染。时间不等人,建岛工程必须按照计划在一年内完成,工程师们要马上想出好办法。一个大胆的设计方案被提了出来-圆钢筒围岛的计划。这个方案非常的巧妙。用一组巨型钢筒直接固定在海床上,然后在中间填土形成人工岛。他就其本上起到一个很快地一个锁定结构,那么这个时候你在里面填泥沙,它都不会顺着这块“豆腐”滑出去。
这个计划将不会移走天文数字般的淤泥,他对海洋环境来说,也是最好不过的选择。120个超大的圆钢筒将形成隧道两端的圆心岛,这在中国是史无例的。每个圆钢筒的直径大到22.5米,几乎和篮球场一样大,高度55米,相当于28层楼的高度,而重量将达到550吨,相当于一架A380"空中客车”
第一个难题终于解决。但另一个非常棘手的问题又摆在设计团队的面前。那就是该如何在这个长达6.7公里的深海航道区修建海底隧道?工程师们首先想到的就是采用盾结构技术。中国的盾结构技术已经非常成熟。工程师们想到的是在45米下挖掘15米的隧道,但在这里只能放弃这个成熟的技术,因为他们不得不要面对10%阻水率的挑战。如果是采用盾构隧道的时候呢?它由于盾构的稳定性要求,它会埋得更深,这个岛就是一公里在珠江口上。这个迎水面上,这个岛的长度越长对整个阻水的影响,对水环境的影响就越大。在10%阻水率的苛刻要求下一公里是不能接受的长度,现在唯一的可以采用技术,就是沉箱隧道技术了。这个技术是在海床上浅挖出沟槽,将预制好的隧道沉放在沟槽中,然后进行水下对接。它直接的结果就是改变了人工岛的长度。所以从坏境保护角度来说,那么我们选择了这样一个沉管隧道使得道的长度降到了625米。每个人工岛接近了400米的长度。这将大大改善对海洋环境的影响。但这个技术对工程难度,将提出巨大的挑战,没有过的,从来没有过的。不仅是国内最难的,在世界上也是最难的隧道之一。这是一项世界上最有挑战的。海底隧道工程,每节沉管长达180米,宽33米高11米。由两三车道和两个工程通道组成。重量达到76000吨,相当于一艘航空母舰。它们从西人工岛到东人工岛依次沉入海床下,并在海下进行无人对接。要依次成型长180米重达76000吨的钢筋混凝土隧道是一个非常大的挑战。实际上施工难度远远超出工程师的想象。工程师们想到了好的办法,把180米的隧道再划分成8个小单元。然后将这些单元在工厂里拼接成一个整体。模块化方案终于解决了沉管隧道制造的难题。人工岛将要开工,第一步就是制造出那些巨大的圆钢筒,这对中国的工程师来说,还是第一次。
上海-中国东部最大的沿海城市,中国最大的国际金融交流中心,在距离市中心30公里的长兴岛上,这座巨大的钢结构生产基地。中国最大的钢结构制造中心。每天吞吐数以万吨的钢结构,为来自全球各地的建筑商打造属于他们梦想中的巨无霸。珠港澳大桥的圆钢筒也在这里开始制造。工人们必须夜以继日地赶工,来尽快完成建岛计划。周工程师每天都往返于办公室和车间,他们的团队必须在8个月内完成120个圆钢筒的制作。但这并不是一件容易的事情。没有任何一个卷板机和模具能够一次完成这个巨大的圆管筒的制作。他们必须想出其他的办法。圆管筒被分解成72个板单元,一组组拼装完成,但分解的数量越多,拼接的误差的机会就越大。而圆管筒的制作要求误差不能超过三厘米,这样一个18层镂高的庞然大物来说,是一个超级挑战。
工程师们想出一个好办法。内胆,一个能够控制圆钢筒外形的钢结构支架,在内胆的定型下进行拼接,误差终于降到了可以控制的范围内。1290片重达6吨的钢板,已经陆续运到了施工现场。这些钢板足以搭建8座埃菲尔铁塔。它们将要在8个月的时间里,被拼接成120个巨型圆钢筒。
距离上海1300公里之外的香港,亚洲的贸易和金融中心。这里土地稀缺,人口密集。每增长一个百分点的价值,都将会付出巨大的努力。现在珠港澳大桥带来的30分钟经济圈,给香港发展带来巨大的潜力。李先生知道这座大桥将给香港带来什么。
10年前的一段经历让他成为大桥设计者中的一员。珠港澳大桥呢?我们其实从大概10年前已经开始跟踪这个项目。好像一个机缘吧。几年后突然就有着这么一个机会,就跟非常有实力的一个单位,一起合作,做完了整条大桥的初步设计。
香港主要的对外贸易是通过港口运输。
现在越来越多的生意机会,让香港人开始寻找更加快捷的运输途径。北部的深圳口岸也成为它和内陆连接的主要通道。随着香港的经济发展它需要面向西部来寻找新的发展空间。李先生和他的团队接受了这个挑战。他们希望通过自己的努力去开辟一条香港新的发展通道。在中国的海域里建造一座6.7公里长的海底隧道是史无前例的。它将直接消耗33万吨钢筋和200万吨混凝土,这些材料足以建造8座828米高的迪拜塔。一个迪拜塔花费五年的时间建造。但是沉管隧道不允许有那么长的时间。工程计划必须要在一年半的时间里生产所有的沉管隧道。这个难题让工程师们必须要想出新的办法。设计团队请来了世界级制造模板专家-德国的工程师。他们是欧雷松德大桥的制造者。欧雷松德大桥是欧洲最长的海底隧道记录。而这个隧道的建造经验让德国的工程师成为这个行业里经验丰富的专家。德国建桥专家说:我们这次带来了比欧雷松德大桥更复杂的设计图纸。这基于我们更加精确的设计,更重要的是要如何按照设计完成制造,否则将无法组装这些设备。一种快速拼接的模板方案能够帮助工程大大提高效率。
黄叶群工程师说:这是一套非常精密以及自动化非常高的设备。它可以确保我们的模板在20分钟之内顺利就位。大大缩短生产时间。提高生产效率。模板系统让工程效率大大提高,终于可以保证完工了。但购买一套模板设备的价格,远远超出工程的预算。看来工程师别无选择,他们要自己来完成高难度模板的制作。中国的工程师再次接受了这个挑战,来完成世界上精度最高自动化模板的制造。整个模板用钢量达到3000多吨。能够留给的人们的时间只有短短的几个月。他们必须抓住一切可能完成这项工作。这对于一个从未制作过模板的团队来说,是很大的挑战。经过6个月的时间,最后一批的钢模板构件已经在紧张的装配当中。工人们必须在三天的时间,完成所有的组装和测试工作。三天以后,这块模板将会被在此拆除。分装到运输船上,运到1600公里之外的沉管隧道制造工厂。
1600公里之外的桂山岛,3000多名工人正在加紧施工。等待着隧道模板的到来。他们要在100天的时间里平地建造起一个超级工厂,这座超级工厂唯一的任务就是生产33根世界最长的海底沉管隧道。这一工程足足占用了10个足球场的面积。将要挖去300万立方米的土石,每个月将能够生产2根7600吨的沉管隧道。
1900公里之外的海滨城市大连。一项非常重要的实验正在进行。它将告诉工程师们该如何顺利地安装巨大的沉管隧道。实验将要模拟最恶劣环境下洋流对沉管隧道运输和安装的影响。他们必须得到一组数据,来告诉工程人员采用多大的钢缆才能安全地牵引重达7600吨的沉管隧道。实验数据必须是精确可行的。否则后果不堪设想。
裴玉国说:我们正在作的是:沉管沉放过程最危险的一个阶段。现在这个沉管我轻轻推一下他就会产生很大的运动。如果这里的实验不够精确,一旦现场牵引沉管的钢缆发生断裂,
沉管隧道就有可能在巨大的洋流中倾覆,而沉入海底。那是几亿元的沉管,甚至还有可能发生人员伤亡。造波机快开始启动模拟的巨浪冲击沉管模型,半年多的努力才终于出成果。
伶仃洋蕴藏着强大的能量,台风,巨浪,每一个力量都直接威胁大桥的安全。其实,这里还隐藏有一种人们所无法看到的威胁,这里正在进行一项准备20年的实验。桥墩的最大的威胁,不全是来自风浪,还有一种看不见的危险-氯盐。
中交四院工程研究院范志宏说:那么这块是我们1987年就放在海边的一个钢筋混凝土试件。经过20多年之后呢?我们现在把这个试件取回来可以看到氯离子已经渗透到这个钢筋的表面,引起钢筋的锈蚀。那么如果时间再延长,那么这个整根钢筋都会全部锈蚀。它的锈蚀产物就会造成膨胀,整个混凝土就会开裂,甚至于剥落,那么这个结构就失效了。氯离子对于这座使用寿命长达120年的大桥来说:使用一个巨大的威胁。柴工程师和他的实验团队必须要找到一个好的办法,抑制强大的氯盐。珠港澳大桥工程师柴瑞说:在海洋环境下搞工程建设对于工程质量造成最大的,最长期的影响就是氯盐的问题。比如这个试块,就是混凝土氯离子已经渗透到这儿了。这个问题的解决是解决珠港澳大桥120年使用寿命一个最重要的问题。20年测试数据最终为桥梁如何抵抗氯盐找到一个好的办法,一种高性能混凝土技术由此诞生。它抵御氯离子的渗透的能力比普通混凝土提高数倍以上。
珠港澳大桥是有史以来最大规模地使用钢材建造的桥梁。22公里的桥梁,将会使用50万吨钢材。虽然全钢的桥梁比传统的混凝土的桥梁重量轻了很多。但是依然要面临一个严峻的挑战-地震!
谢工程师有一项艰巨的任务,他的团队必须要找到一个最好的办法。保护这座钢铁大桥。不会受到地震的威胁。这次工程师们把目光集中到了一个最新的科技材料。谢工说:这是一个普通的橡胶,我们看看它落下自由落体以后,会发生什么情况(橡胶落下以后弹跳了数次);这是另外一种橡胶,它是阻尼橡胶材料,它的阻尼特性我们可以通过这个实验来演示一下(阻尼橡胶落地后不弹跳)。对普通橡胶来说,它的地震能量没有耗散,它的自由落体以后能够再弹起来,但是对于这种高阻尼橡胶支座,那么它落下去以后它的地震能量通过分子之间的这些力来进行消散。谢工程师的团队开始着手新的工程实验,他们要在大桥开工之前,找到最佳的橡胶减震方案。
珠港澳大桥横穿伶仃洋海域。
为保证每天4000多艘船只的顺利通行。除6.7公里的海底隧道之外,还设置了三座通航桥梁。现在这些桥梁的设计业进入最后的阶段。
从来没有一座桥。横跨在三个国际的航线上,而且离得那么近。最危险的是离口岸最近的九州大桥在这里距离澳门机场仅有几公里,飞机起飞几分钟就将飞跃大桥上空。在常规施工过程中,吊装设备要远高于桥塔本身,但这些经验却让工程师在这里无计可施。航空部门要求,在大桥的整个建设期间,不能有任何设备的高度超过122米.而大桥的桥塔已经达到120米。设计师必须重新找到新的施工方案。
一种新的吊装产生了。
这是一种富有创意的安装方法。工人们将桥梁的索塔直接在陆地预制完成,然后通过底座上的链接轴进行链接,通过巨大的钢缆牵引,整座塔从水平到90度垂直一次完成。新的桥塔施工方案让人欣喜!但最终能否实施,还需要通过另一个考验-风!伶仃洋海域是台风的多发地。每年超过6级以上的风速时间接近200天。韧性强的钢梁会在风力的作用下自然摆动。一旦造成频率相同就会共振,后果不堪设想。
上海同济大学葛教授正在带领着学生们着手一项关键的实验。他们试图利用风洞模型来找到共振的解决办法。葛耀军说:测点观测一下!正常吗?正常!往11米每秒升,我们已经发现了一些不利的涡振的现象,那么在每秒15米也就是7级风的作用下,它竖弯振动的振幅可以达到40公分。那么这个40公分的振幅会对行的,会对驾驶员,会对行车,坐在车上的人员,造成一些不舒服的感觉。那么甚至会导致桥梁结构的疲劳影响!解决涡振现象是一个实验的终点。他们必须找到办法让涡振消失。
数据正常吗?正常!葛教授说:那么这样一个大概50公分高一米宽左右,这么一个溢流板以后呢,可以使得原来在7级风作用之下40公分这么大的一个振幅,一下子降到只有6公分。
30公里长的海域。这里是世界上最繁忙的航道。大桥一旦开始施工,每天4000艘船只和工程船只得交叉通行,将是巨大的麻烦。工程师们必须想到办法来确保万无一失。他们和海上交通警察,还是海事局合作在30公里的海上重新规划航道。
这是中国最大的一次航道改道工程。我们这个桥梁部分,这个线路比较长,很快就要开工了。这个海事部门在高速航线上。调整和规划上面。有什么想法没有?可以说,在我们这个23公里桥段水上交通安全监管中,应该是最难得部分。也是对我们施工和通航影响最大的部分。跨越了我们这个来往于粤港澳三地的这个高速客船,正常情况下它有150个航班。 广州海面VIB监管中心,这里正在密切监视这片海域上所有通行的船只,以确保绝对地安全。
上海振华圆钢筒已经进入最后的组装阶段,珠港澳大桥马上将要正式开工。工程师说:现在我们这是珠港澳的圆钢筒,三月份开始做的,我们一直在做,做到现在今天目前为止差不多已接近尾声了。还有就这两三片就基本上这一片要抓点紧。今天晚上我们在加班,我们把它全部结束。明天去报验,报验就结束了。
要将这些圆钢筒运送到远在1600公里之外的施工现场,并非想象中的那么简单。要待10来个小时,5名工人在高空中连续工作10个小时。才能够将8根圆钢筒吊装到运输船船上,这是一次对体力和耐力的挑战。怎么样?要不要再高点?一艘7万吨的运输船,最多只能够装载8根圆钢筒。4000吨的圆钢筒,对于7万吨的集装箱货轮来说,似乎小菜一碟。
但它45米的高度,却直接挡在驾驶室的正前方。有20年航海经验的船长,也是第一次遇见,这将使一次非常有挑战的航行。
你想我们一般普通的货船吧,前面视线一般都很清爽的,没有什么障碍物,现在我们和这种钢管高度都是40多米,整个把驾驶台全部挡住了。所以我们在驾驶台上可以说,什么都看不见。驾驶员必须在两舷不停地来回穿插来走动,只能从两侧能够看见一点点这个过往的船舶。
振华号载着8个巨大的圆钢筒启航了。
驶向南部1600公里之外的伶仃洋,600公里之外的桂山岛,沉管隧道工厂将要完工。巨大的钢模板已经进入最后的安装阶段。建这个工厂只用了6个月就建造完成。比计划足足提前了一个月。
通行工程三工区负责人杨江说:我们整个一号线的模板安装工作接近尾声。这是底模,这是我们所说的内摸,那个是侧摸。它的沉管预制的长度是22.5米,高是11.84米,宽是37.95米,混凝土有3400方左右,要求的话一次浇筑24小时,就把它一次浇完,养护三天,然后顶出去,最后一片模板正在吊装,4名工人在起重机的帮助下将十几吨重的板片连接在系统上。再有一个月的时间第一根沉管就要开始制造,它将再次刷新世界纪录。
振华号离目的地珠海越来越近,这是一座新兴的发展中的城市。从一个小渔村发展成为拥有150万人口的城市,只用了20年,但她远未满足。珠港澳大桥的建成,将它快速纳入世界贸易经济圈,成为珠江两岸的核心城市。
海洋运输船载着8根圆钢筒赶往珠海人工岛海域。时间不等人,因为在菲律宾以南,正在形成一股气旋,它很有可能形成一个新的台风。东人工岛施工现场。海上数千双眼睛,正在注视着这个庞然大物。因为它将成为人工岛一个重要的部分。这是一个极有挑战的工作。550吨重的45米高巨型圆钢筒将要被放置在规定坐标内的海床上,而它容许的误差只有两厘米。
陈师傅是一名吊装工人。只有他才能够胜任这个任务,因为他掌握着世界上最大的八向震锤。这是为了建造人工岛,而定制的超级武器。它能轻而易举的吊起1600吨的重物。550吨重的圆钢筒被吊起移向这片海域,但没有人知道这个误差只有两厘米的点在哪里?
20000公里的高空,GPS卫星正在不断地传递数据,这些数据会成为参考进入到大桥GNSS数据处理中心,这是大桥建立的一个GNSS基站。它的任务就是确保在工程范围的施工精度.GNSS信号被传到工程现场。现在550吨重的圆钢筒逐渐下沉,它要穿透37米的海床达到指定位置。似乎一切进展顺利,但很快震锤就停了下来。检测的资料显示,圆钢筒正在穿透一个5米厚的硬层。陈师傅必须不断地调整输出功率,甚至稍有不慎,震锤因过载而报废。
与此同时菲律宾海域,今年最强大的一次台风“纳沙”已经形成,并快速向南海袭来。工程指挥部马上开始紧急部署,因为它极有可能经过这个施工区域。
圆钢筒的吊装已经进入到了关键时刻。
陈师傅在操作着世界上最大的震锤与海床对峙。而绝不容许有任何闪失。原本30分钟能够完成的工作,现在已经僵持了近两个小时。海浪在风的推动下不断加强。这是一项艰苦的任务,他如果成功,这将是东人工岛一个好的开端。台风离这片海域越来越近,所有的船只都收到海事部门的指令。它们将赶往就近的避风港,今天晚上看着台风“纳沙”就要来了。你准备到哪里去避风啊?要到晚上看看台风的动向,然后选择避风的锚地,就往这边。终于在东人工岛的施工现场,这意味着它已经突破了硬土层,短短10分钟陈师傅操作着巨大的震锤将圆钢筒顺利下沉到了预定的深度。
工作人员马上检验震锤!
还好!经过这次长时间大强度工作之后,震锤状态一切正常!所有的船只都回到避风港。东人工岛的第一次施工,在台风“纳沙”来临之前,顺利结束了。经过长达28年的准备,中国的工程师们终于开始在这片最繁忙的海域上建造这座世界上最长的跨海大桥。他们制作超级大的圆钢筒,来修建两座人工岛。生产33根航母般巨大的沉管,来建造世界上最长海底隧道。
首次挑战地质复杂的海床,建立世界最长的钢铁大桥。用先进技术抵挡大自然的威胁,而这只是刚刚开始。工程远未结束。这里还将不断挑战新的工程极限。
4年以后,香港将加速自己的发展脚步。澳门的年轻人会走的更远。而珠海一群有创造力的孩子们也将长大。更广阔的世界,将呈现在他们的面前。而这座珠港澳大桥,也将静静地告诉人们:中国的工程师们再一次挑战极限,完成又一项超级工程!