全长55公里,集桥、岛、隧于一体的港珠澳大桥,开创了多个世界纪录。从设计到建设前后历时的14年中,华南理工大学也通过多种途径深度参与了港珠澳大桥建设的全过程。
3100吨
世界首次 巨型“海豚”钢索塔空中转体
港珠澳大桥的标志景观之一——三座高105米的江海直达船航道桥钢索塔吸引了不少人的注意。这类通航孔桥桥塔吊装在世界上也属首次。
华南理工大学王荣辉教授带领副教授谷利雄、马牛静及博士生组成的施工监控技术团队,完成了港珠澳大桥主体工程的施工监控工作,其中包括完成了世界首次3100吨巨型钢索塔整体空中转体施工的理论计算与测控。巨型“海豚”钢索塔重3100吨、高105米,需要将其稳稳地安放在8平方米的钢结构底座之上,错边量不能超过2毫米。要知道,“海豚”塔加上吊具的吊重已是3100吨左右,这需要两艘大型浮吊共同抬吊,在空中完成90度的翻转竖立动作,吊高已经接近浮吊的极限,而当时全国能完成如此吊高和吊重的浮吊仅有“长大海升”号一艘。每一座塔,都需历时十多个小时吊装成功,这在世界上尚属首次。这次施工吊装在整个大桥建设中难度仅次于海底隧道沉管施工,也是大桥建设的又一个里程碑。通过最终测量,钢索塔平面位置满足塔顶限差2cm,垂直度满足小于等于1/4000的设计要求。
“为了保证施工质量,每一个部位的焊接安装,都需要我们签字。所以施工的四五年时间里,我们基本都在海上度过的。”华工监控技术团队的队员告诉记者,因为钢索塔为全钢结构,他们常常需要在无太大温差的情况下进行施工,所以经常在凌晨施工作业。“王荣辉老师有一次因为太累在施工桥面睡着了,还误被认为是工人在偷懒……”
虽然艰辛,但团队在高压下攻克了一个个技术难关。如国内首次采用多工法、不对称、多塔斜拉桥的施工控制技术;国内首次数万吨级别不平衡内力作用下的塔梁固结体系设计与工后安全解除,深水区非通航孔桥特大节段钢箱梁制造线型与成桥线型、支座预偏及焊缝宽度等关键技术参数高精度控制技术。
50万平方米
7年完成世界最大规模钢桥面铺装工程
港珠澳大桥桥面铺装规模达70万平方米,其中50万平方米为钢桥面,是目前世界最大规模的钢桥面铺装工程。张肖宁教授带领的团队总共花了七年时间,取得了“从无到有”“从有到精”的多个创新成果。
据介绍,钢箱梁桥面铺装是路面工程中极为特殊的铺装类型,是直接提供舒适安全的车辆行驶条件的重要工程,是代表桥梁建设水平的“面子”工程。我国大型钢桥桥面铺装技术经验不足,实际工程中铺装工程质量好坏参半,相当多的钢桥面铺装早期损坏,使用寿命仅有三五年,港珠澳大桥绝不能接受风险较大的铺装设计。港珠澳大桥钢箱梁结构长达16公里,一些在较短桥梁结构中的成功经验也难以满足港珠澳大桥的工期需求。
经过预研究,综合考虑港珠澳大桥造价控制和创新要求,项目组摒弃了采用价格高昂的进口环氧沥青材料进行桥面铺装的成熟技术,选择了在香港桥梁建设中积累了一定经验的英国浇筑式沥青铺装方案。项目借鉴的英国浇筑式沥青铺装施工效率低,需要5年左右的时间才能完成全部铺装工程。为了提高港珠澳大桥的施工效率,张肖宁教授的研究团队提出采用现代工业设备加工铺装材料的改进方案,不仅可以预期使用寿命达到15年,而且大幅提高施工进度10倍以上,确保港珠澳大桥的施工进度要求。
一千多个日日夜夜,张肖宁教授带领的团队克服了无数的困难,解决了一个又一个的难题,先后完成相关课题6个,取得了多项创新性研究成果。一些研究成果陆续应用于在建的多项重大桥梁工程中。
抗16级超强台风
“山竹”来袭
港珠澳大桥“岿然不动”
港珠澳大桥集桥、岛、隧于一体,海浪、潮汐和海流等,对海的影响不容小觑。
2007年3月,以朱良生教授作为总负责人的研究团队(与中国科学院南海海洋研究所联合)在全国竞标中脱颖而出,负责承担港珠澳大桥波浪、潮汐和海流长期观测和特征分析研究专项,该项目是港珠澳大桥前期工作协调小组对外招标的重大研究项目。
接下任务的两年多时间里,团队开展一年现场波浪观测的基础上,在台风季节在原测点继续开展5个月的观测,又通过对1949年以来每个台风的历史资料,对每个台风在南海形成的波浪情况进行计算与预测,其观测和分析的数据为港珠澳大桥设计和施工提供了重要的科学数据。“港珠澳大桥可正面抗16级超强台风。”朱良生教授表示。今年超强台风“山竹”登陆,港珠澳大桥“岿然不动”,跟团队的一手资料和应对极端情况的设计条件紧密相关。
抗100年一遇台风
人工岛玻璃幕墙经受住考验
2014年12月,华工监理公司在全国竞标中脱颖而出,一举中标“港珠澳大桥珠海口岸工程(旅检区、办公区、交通中心、交通连廊)”监理项目。中国监理大师张原教授担任该项目总监理工程师。因人工岛是台风多发地,如何确保屋面与玻璃幕墙的正常使用及安全,是金属屋面和玻璃幕墙工程的关键点。张原从设计和施工方面进行研究分析、提出解决措施,设计标准也从原来抗50年一遇台风提高到抗100年以上一遇台风。
1.5-2.0cm
为人工岛通道加铺
高韧静音超薄沥青罩面
大桥开通前夕,如何将通向人工岛的水泥混凝土“便桥”(原港珠澳大桥施工便桥,大桥建设期间陆上建设材料与物资唯一运输通道),升级为沥青路面的人工岛开发建设主要通道,成了一道难题。
据介绍,港珠澳大桥珠海人工岛通道(原施工便桥)水泥混凝土桥面由于恒载限制,无法加铺传统4cm左右厚度的磨耗层,而需采用2cm以下的薄层沥青铺装结构以铣刨罩面的方式实施。然而,在水泥混凝土界面上进行超薄厚度的沥青罩面,对铺装层的力学性能和耐久性能要求极高,尤其是在重载交通和湿热海洋性气候与环境条件作用下,超薄铺装层实施难度尤为突出。
当时建设方在全国范围内筛选了10余种加铺方案,开展了严格的比选和试验验证,最终确定了采用华南理工大学的高韧静音型薄层沥青路面技术作为该桥的罩面方案。
随后,华南理工大学道路工程系虞将苗副教授团队,用华工自主研发的性能指标处于国际领先的高韧静音型薄层沥青路面技术,与广州市市政工程维修处机施公司,共同高质量地完成了此次罩面厚度为1.5-2.0cm的工程实施工作。
■采写:新快报记者 王娟 实习生 刘咏仪 通讯员 巫剑伶
