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桥面有半米宽“缝”还枕着“汉堡包”?

    近日,羊城晚报记者实地探访港珠澳大桥,发现在已顺利贯通的九洲航道桥的桥面,每隔一段距离,就会有一条约半米宽的缝隙,透过缝隙往下看,桥墩与桥面中间,居然还夹着一个个模样奇特的“汉堡包”,再下面就是碧波荡漾的伶仃洋。     “这些关键部位的特种构件都是为满足120年设计使用寿命的秘密武器。”现场施工人员告诉记者,桥梁直接承受车轮荷载的反复冲击作用,又要适应桥梁各种复杂的变位运动,这些关键部位最易出现损坏。     过刚者易折,善柔者不败。古老东方“以柔克刚”的哲学,为大桥设计者和科研工作者们的科技攻关提供了灵感。     技术专家告诉记者,正是这些伸缩缝、“汉堡包”的设计,使港珠澳大桥这个“钢铁巨龙”有了“能屈能伸”的关节,在烈日寒潮中不会挤压变形,在台风地震中也能安之若素。

    缝隙放两把“梳子”     “这不是安全隐患,专业术语叫伸缩缝。”九洲航道桥CB05标工程部部长段志勇告诉记者,按6个墩身一联,每2联梁端的结合处留一道缝计算,整个九洲航道桥CB05标段总共有41道伸缩缝。这是桥梁安装过程中,为保证桥梁结构安全的一道必要的施工程序。     据介绍,大桥桥梁包括钢箱梁和钢混组合梁,随着气温变化会出现热胀冷缩,“如果没有这道缝,就会出现顶死或者拉脱的情况”。此外,车辆在桥上跑的时候也会引起桥体振动,需要在桥梁伸缩缝处设置一定的伸缩装置,使车辆平稳通过桥面并满足桥面变形。     目前,九洲航道桥桥面的伸缩缝处已经预埋了钢筋,上面用U型螺栓组进行定位焊接。现场施工人员告诉记者,他们将在伸缩缝的一端安装跨缝板,在另一端则安装固定板,这两个是梳齿形的金属板,镶嵌在一起就像两个对在一起的梳子。     “梳齿形的结构,预留有一定的伸缩量,可以适应梁长变化。”宁波路宝科技公司是港珠澳大桥伸缩装置技术、产品的供应商,承揽了CB05标95%以上的工程量。据港珠澳大桥桥梁工程CB05-SC项目部副经理郝美军介绍,桥梁的伸缩缝是根据温度的膨胀系数,在大桥设计阶段就由专业人员计算好。据了解,在CB05标段中,根据伸缩量的差异,一共投入了5种型号的伸缩装置。

    桥面驾车不会颠簸     桥面上每隔一段距离就有一条伸缩缝,在上面驾车会颠簸吗?     记者注意到,伸缩装置产品进行了细节优化:外表面采用了4到5层的耐磨石英砂喷涂层,伸缩梳形齿齿宽6.5cm的排列密度保证每个轮胎有充分摩擦阻力,发生位移时始终交叉不脱离,车轮通过时不会过度冲击间隙。     与此同时,在产品结构上,将与车轮直接接触的梳齿改为弧形渐变结构,并设置坡面过渡段,有效地降低了车辆通过时的冲击力,环保减噪性能显著。而钢箱梁表面亦铺设了一层1厘米高的特殊连接材料,起到减振消能作用。     郝美军说,单元式伸缩装置遵循全寿命周期设计理念,每一个单元都是相对独立的,顺桥宽方向每米一组,自成模块,并且结构简单、功能明确,便于后期的养护、维修,“无需封闭交通就可进行单个模块的维修更换作业,大大减少了大桥在后期的运营成本”。

    “汉堡包”抗8级地震     “巨龙”身上“能屈能伸”的可不止伸缩缝。透过桥面上的缝隙往下看,桥墩与桥面中间还夹着一种特殊装置。     “这是我们通常说的‘汉堡包’,是大桥的减隔震支座。”柳州东方工程橡胶制品有限公司副总工程师叶明坤告诉羊城晚报记者,支座的柔性材料,无论是铅芯隔热橡胶支座还是超高阻尼橡胶支座,都由橡胶和钢板组成,像汉堡包一样,一层橡胶一层钢板,用硫化技术粘连在一起。     据了解,港珠澳大桥位于东南沿海地震带内,地震烈度为7度,设计施工时将大桥的抗震烈度拔高一级定为8度。大桥管理局多次邀请国内外知名院校和科研机构对港珠澳大桥进行桥梁抗震设计和抗震性能优化研究。2012年4月,橡胶隔震支座的隔震效果得到了试验的验证。     叶明坤告诉记者:“减隔震支座中的橡胶还有弹性,在发生大的地震之后,它能将原桥梁的变形拉回到原来的位置。就像我们小时候玩的橡皮筋一样,这叫做减隔震支座的自复位功能。”叶明坤说,即使发生大的位移,也会回到原来的位置,不会影响整个桥梁正常使用。

    大桥能御16级台风     港珠澳大桥使用了这个减震抗震的系列技术后,能够抗多少级地震?     “能抗8级地震。”叶明坤告诉记者,采用了设计好的减隔震支座后,地震时发生的位移量将不会超越减隔震支座的能力范围,桥梁梁体不会落下。     “比如它的位移量是200毫米,那我们的减隔震支座能力远远大于200毫米。”此外,根据桥梁的设计条件、混凝土的强度以及钢筋混凝土的配比、钢筋的强度进行运算之后认为,桥梁和桥墩也不会被破坏。叶明坤说,采用了达到设计要求的减隔震支座后,大桥的安全将得到保障。     据预测计算,即使在16级台风、8级地震作用下,橡胶支座都能像“定海神针”一样,保护大桥正常使用。     除此以外,为了加强大桥的抗震性能,港珠澳大桥管理局还采购了抗震阻尼器安装于大桥之中用于补充备用,即便减隔震支座无法保证大桥在地震中的安全,抗震阻尼器将起到减震的作用,释放大桥受到的地震能量。

    大桥解密     智能监测桥面受力

 

减隔震支座有自复位功能 林桂炎 摄

减隔震支座安装在桥墩与桥面中间 林桂炎 摄

    据了解,港珠澳大桥在设计时,就要求在九洲航道桥的两端要使用智能减隔震支座,并保证在重大地震条件下“不落梁”,甚至要求在高达二十多℃温差的情况下施工,减隔震支座也能保证大桥安装。     柳州东方工程橡胶制品公司副总工叶明坤表示,由于大桥浅水区非通航孔桥是85米一跨,在十几℃甚至二十几℃的温差条件下,发生的热胀冷缩可能达到10多厘米。在业主高标准的要求下,他们创新了多项工艺,以确保大桥的施工和抗震性能。     第一个就是九洲航道桥安装的16件智能铅芯隔震橡胶支座。“可以通过智能支座里面植入的智能模块来感知。比如有一辆车通过,重量发生变化了,都可以监测到。”叶明坤说,这也是整个桥梁健康监测的一部分。     叶明坤还表示,由于港珠澳大桥要先把桥墩起好,再吊装梁体,吊装精度要求很高,港珠澳大桥在国内第一次使用了预偏置装置技术,大大降低了大桥在建设期间的施工难度,提高了支座使用功能。     “不同的温度条件下,梁体会热胀冷缩,在这个地区温差最高达到二十多℃以上,发生的热胀冷缩可能达到数十厘米,螺栓安装的位置发生了很大的差别。”叶明坤称,为解决这个问题,他们研发了“预偏置装置技术”,即在减隔震支座上装了一个特殊的构件,让梁体吊装上去之后,对支座的预偏置装置进行调整,能很容易解决安装问题。

拟稿:羊城晚报记者 李国辉 李妹妍

    问题1     港珠澳大桥上留有伸缩缝的数量是怎么确定的?     在何处设置伸缩缝及其数量,是根据桥梁长度、梁体布置、四季温差大小、桥梁结构形式等因素,由桥梁设计者确定的。主体工程约50条伸缩缝。

    问题2     伸缩缝的连接处受力怎么样,安全吗?     伸缩装置安装后,需满足桥梁伸缩变形需要,并且承受车辆载荷冲击。车辆载荷设计值在国家标准规范中有详细规定,伸缩装置需根据车辆载荷通过强度校核计算,确保重载、超载车辆通过时装置不损坏。只要是质量合格并正确安装的伸缩装置,就是安全的,可放心使用。

    问题3     那么多道缝,在桥面上行车会颠簸吗?     行车通过伸缩装置处时,有时还是会感觉到有一点点的振动,但基本不影响行车舒适性。

    问题4     为什么减隔震支座中要加入橡胶和钢板?有什么用?     传统的抗震支座采用的是“强对强”的抗震方式,对于一些高烈度地震区域,为了减轻地震作用,采用一种“以柔克刚”的减隔震支座,即橡胶与钢板迭层粘结组成的减隔震橡胶支座。减隔震橡胶支座中的加劲钢板是为了提高支座的竖向刚度,使之能有效地支承桥梁上部结构和建筑物结构重量,橡胶层赋予支座高弹性变形及复位和承载的功能。

    问题5     减隔震支座能用多久?橡胶会老化吗?     隔震橡胶支座耐久性好,抗低周期疲劳性能、抗热空气老化、抗臭氧老化、耐酸性、耐水性均较好,橡胶与其他材料一样会老化,但国内外工程使用经验认为,橡胶支座的寿命可达100年,其间的隔震力学性能不会发生明显变化。

    问题6     如果支座坏了,要怎么更换?会影响桥面行车吗?     将千斤顶就位,然后将梁体提升约5mm,拆卸并取出原来的支座,安装新的支座,最后落梁回位,即完成支座的更换工作。支座更换过程中,一般只要控制行车速度即可,对桥面行车影响不大。

    工程师日记     施工怕一不留神掉进海里     今天是2016年的第3天,是我带领施工队抵达港珠澳大桥施工现场的第79天。海面上大雾弥漫,海风一如既往地肆无忌惮。     接到任务的那天,激动了好久。此生能够参建港珠澳大桥这样的世界级项目,是多么难得的机会,但是如山的压力也随之而来。就技术和产品而言,“国家科技发明奖二等奖”荣誉不是轻易能够拿到手的,加之公司针对港珠澳项目的特殊要求进行了产品细节优化,量身定制,我自信满满;最后的施工环节,我却是惴惴不安,生怕哪里把控不好,出了什么问题,影响了整个项目。     港珠澳项目的地理位置特殊,施工难度大、对施工队的要求高。一方面,工期已定,需要根据工期合理安排施工计划,按质按量按时推进工程进度;另一方面,珠海亚热带海洋性气候无时无刻不在考验着我们。     每年的10月到次年3月是珠海的旱季,虽少见雷雨天气,但遇到大风天气,需要对施工现场所有的东西都用重物压住,以防被吹走,施工人员现场行走也多有不便;海面上早晚温差极大,中午穿T恤避暑,傍晚要穿棉大衣御寒。与此同时,海面上临边作业较多,稍不留神就很可能掉进大海,此时,仔细检查每位队友的安全带成了我工作的重中之重。

拟稿:郝美军 (宁波路宝集团项目经理)

总指挥:刘红兵 刘海陵 策划:林海利 许志权 蔡惠中 统筹:曾璇 苏碧青

大桥怎样活到120岁

 桥梁设计大师接受羊晚专访:港珠澳大桥“四化”理念,在全世界是第一次

港珠澳大桥主体工程设计负责人孟凡超 李国辉摄

    作为全国工程勘察设计大师,孟凡超曾主持、组织、参加过黄石长江公路大桥,南京长江二桥、三桥、四桥,青岛海湾大桥,杭州湾跨海大桥,伊拉克摩苏尔5号桥,马来西亚槟城第二跨海大桥等国内外特大型桥梁的勘察设计工作。     2009年始建,6年过去,港珠澳大桥这个伶仃洋上的超级工程,逐渐展现了其令世人惊叹的风姿。虽仍未建成,却早已世界瞩目。 “港珠澳大桥建成以后,将标志着中国跨海大桥建设迈入强国地位。”2015年11月26日,港珠澳大桥主体工程设计负责人孟凡超在北京接受羊城晚报记者专访时如是说。     “在港珠澳大桥设计之初,我们就定下目标,港珠澳大桥的建设一定是要有飞跃式或跨越式的发展,一定是作为标志中国跨海大桥和通道建设迈向国际强国目标的一个超级工程。这么重要的一个工程,如果我们还在简单重复,那就对不起国家,对不起肩负的这份职责。”     

——孟凡超  

  

    现代世界七大奇迹     不久之前,英国《卫报》从全球即将竣工的工程中,评选出了“现代世界七大奇迹”,港珠澳大桥是其中之一。     碧蓝的天空下,无人机的画面中,港珠澳大桥犹如一条横空出世的巨龙,横跨在伶仃洋上。     由于连接着珠江两岸粤港澳三地,“一国两制”下,三地有着不同的建设标准和管理机制,这给港珠澳大桥带来了极大的挑战。     与此同时,珠江出海口复杂的交通、地质和气候环境,也给这个超级工程增加了难度。常年有大量泥沙从上游冲击而来,每年至少有两次以上的台风袭击,每天来往船舶达4500多艘……     正是在这样的条件下,2009年初,孟凡超率领他的勘察设计团队进驻珠海,正式对港珠澳大桥进行主体工程的勘察设计工作。而在此之前,他们已对港珠澳大桥的可行性进行了长达五六年的专题研究。     在孟凡超看来,正是港珠澳大桥的特殊区位、超级工程的定位,以及建设条件的复杂性和技术创新的要求,决定了其在建设过程中面临着四大挑战——建设管理挑战、工程技术挑战、施工安全挑战和环境保护挑战。      “从规模上来说,这是个巨型化的规模,世界级的工程,是国际上最大的一个单体跨海交通项目,集桥、岛、隧于一体。这是我们过去没有碰到过的,在国际上也是极罕见的桥岛隧一体、或者说多专业集成的跨海工程。”孟凡超告诉记者。     三地不同的建设规范,让大桥的使用寿命在设计之初面临着争议。“内地通常是以百年来考虑的。但香港实行的是英标体系,明确规定,这种重大基础设施使用寿命是120年。”孟凡超回忆,三地经过协商后,也考虑到大桥的需要,决定就高不就低,确定了港珠澳大桥120年设计使用寿命的标准。     港珠澳大桥的不少技术是国内甚至是世界首次应用。其中海底隧道工程为我国第一条在外海修建的海底沉管隧道,沉管隧道水下埋深达45米,沉管隧道长度及规模居世界之首,这在施工技术上具有世界级难度。

  建桥竟像拼搭积木     挑战同样蕴含着机遇。港珠澳大桥地处最繁华的珠江口,这里有世界上最繁华的城市群之一,其重要性不言而喻。港珠澳大桥的定位,不仅要建设成世界级的跨海通道,为粤港澳三地提供优质服务,还要成为珠江两岸的地标性建筑。     正是在这三大目标的“顶层设计”和“四大挑战”的倒逼之下,港珠澳大桥的建设理念发生翻天覆地的变化,即“大型化、标准化、工厂化、装配化”,又称“四化”建设理念,得到了港珠澳大桥管理局和粤港澳三方的认同和支持。      “这是在全世界第一次,有明确主张和明确方向提出这种理念,有严密的保障措施和配套的技术支撑。”孟凡超阐释说,“四化”的本质与核心就是工业化。     这意味着,传统建设施工模式中,“千军万马”下海作业的局面将成为“老皇历”。从桥墩到桥塔,从钢箱梁到深入海底45米深的隧道沉管,都从“浇筑”变成了制造,变成了工厂按照标准生产的大型预制件产品;建设企业自己研发制造或买来大型施工装备、大型浮吊、大型船舶,将产品运输到海上,像搭拼积木一样,一件一件地组装成“钢铁巨龙”。     “四化”设计理念使传统工法模式中存在的质量、安全、难度、环保等问题得以迎刃而解。但作为第一个“吃螃蟹”的项目,孟凡超坦言在这个过程中“压力非常大”。     是磨合也是锤炼。在经历了适应、熟悉和掌握的过程后,“四化”超前的发展意识最终以效益赢得了建设企业的认同。

  世界水平震惊西方     2014年底,孟凡超去美国弗吉尼亚州访问,向美国朋友介绍了港珠澳大桥,并邀请对方到中国来考察港珠澳大桥的建设。     “他们当时还不相信。来了之后,看了我们的沉管、钢结构、钢箱梁、墩台结构,看了海上施工现场,感到非常震惊,认为这完全超乎他们的想象,已经处于世界领先水平了。”     孟凡超清楚地记得,美国代表团参观完后发出了由衷的感慨:“没想到你们中国人在远东还能干出这种惊天动地的事!”

  西方的震惊也在设计者们的意料之内。     孟凡超介绍说,现在西方发达国家一些在建的隧道和桥梁项目,还是采用比较传统的方法,技术水平、装备水平无法跟港珠澳大桥相比。“他们现在也没有什么大的实践机会,中小项目维修、改造、扩建,不可能出现如此惊天动地的场面。而我们,则有这样的历史机遇。”     在“四化”理念下建设的港珠澳大桥,成了建设企业走出去的“标杆工程”。如今,一些发达国家的中小项目都向中国订货,包括钢结构制造,甚至连钢材都是用中国的产品。      “尤其是看了港珠澳大桥项目之后,他们不必再多考察,他们相信你完全具备这样的能力。”孟凡超认为,在建设完港珠澳大桥之后,就意味着我们的建设水平进入了一个新的时代,这就是港珠澳大桥的示范效应和标杆效应。

    对话1

    如何保障大桥120年寿命?

    羊城晚报:港珠澳大桥为什么不采用双Y的设计,除了现在在珠江西岸连接珠海澳门形成一个Y,再在珠江的东面分别连接深圳和香港,也形成一个Y?

  孟凡超:从工程勘察设计、施工角度来说,我们不太赞同在东岸也搞一个Y。 如果在海上建设另一个大规模的跨海大桥通往深圳,一旦跟航道形成一个糟糕的“夹角”,将破坏整个珠江口的战略航道,对生态环境的影响也很大,也将大大增加建设成本。所以说东面再搞一个Y,从经济、功能、航运上来说都不合理。    事实上,港珠澳大桥东岸也有个隐含的Y,南面经过大屿山公路可以进入港岛,而北面规划了一条线,从港珠澳大桥香港口岸人工岛接出去,建设一条约7公里长的海底隧道,接屯门公路一路往北,就是深圳湾大桥。从这个角度来说,这条隧道一旦开通,东岸Y的功能也出来了。

  羊城晚报:如何保障大桥120年的寿命?

  孟凡超:前期要充分考虑伶仃洋上可能出现的自然灾害及其他问题,如地震、台风、荷载以及航道的发展,还有不可预见的其他因素,比如战争。从方案选取上,我们最后选取桥隧组合,多花了上百亿的资金,也是考虑到了极端条件下桥梁被毁堵塞航道的可能。有了主航道六公里多的隧道,无论是军用还是民用船舶,都可以畅通无阻。     此外,我们采用了当前世界上最好的高性能环氧钢筋、不锈钢筋、高性能海工混凝土、合理的结构、工厂化制造等,集目前国内国际最好的耐久性技术,来保证港珠澳大桥达到120年的使用标准,这在中国也是绝无仅有的。

  对话2

  设计和施工“打架”怎么办?

  羊城晚报:第一次采用新的设计理念和方式,是否遇到过设计和施工“打架”的问题,怎么办?

  孟凡超:有时候会产生一种碰撞,实事求是地说,甚至对于我自己来说,当时也经历了很多困惑,这是一个很痛苦的过程。但我认为机遇和挑战是并存的,最后收获的是企业的效益,这已经在港珠澳大桥的诸多建设企业中显现出来了。     比如说钢结构制造厂家,当初也认为我提出的要求太高了,有些人甚至要打退堂鼓,但越过了这个门槛,形成生产力之后,他们现在都可以自豪地说:我们具有世界领先水平,我们的质量满足120年。不用费很多口舌和公关,客户到生产线一看,自然就竖大拇指,各种订单就源源不断地进来了。

  对话3

  大桥建设有何过人之处?

  羊城晚报:港珠澳大桥与国际上如金门大桥、或国内如杭州湾大桥对比,有哪些先进之处和特别的地方?

  孟凡超:金门大桥在当时是达到了世界领先水平,即使今天看来,也不落后。杭州湾大桥是在21世纪初建设的,也集成了当时国内和国际上的领先技术,它们各代表了一个阶段的最高水平。     港珠澳大桥的可贵和突出之处,就是它的“四化”理念,这是一个了不起的进步。港珠澳大桥建设桥、岛、隧的很多关键技术,要超过西方发达国家。

  羊城晚报:作为设计大师,您认为港珠澳大桥对于中国桥梁建设事业的发展,有什么样的使命和意义?

  孟凡超:第一,港珠澳大桥建设成功后,标志着中国跨海大桥的建设迈向了强国的地位。可以说,在这个领域达到了国际先进水平,甚至在很多方面达到了国际领先水平。     第二,为珠三角再建设后面几个通道如深中通道、虎门二桥等,以及国内其他的跨海通道,树立了好的模式和榜样。可能未来在大型化甚至整个“四化”的等级上会大一些,但沿着这种方向模式走下去,我们就能建设出更多国际领先和一流的跨海大桥。     第三,未来我们的桥梁军团,包括装备制造业走出去,甚至到国际发达国家的市场上去,都有底气了。

拟稿:羊城晚报记者 李国辉 李妹妍

总指挥:刘红兵 刘海陵 策划:林海利 许志权 蔡惠中 统筹:曾璇 苏碧青  图二摄: 汤铭明 林桂炎 王超英 图二制图:陈健怡  

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