港珠澳大桥120年设计使用年限的耐久性问题及研究-苏权科
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港珠澳大桥管理局陈心羚港珠澳大桥是一座挑战世界难度的科技之桥,在设计、建设过程中难题层出不穷,一次又一次“挑战不可能”。
港珠澳大桥设计使用“寿命”为120年,是目前我国内地设计使用年限最长的建筑之一,建设者实现了诸多“零的突破”。
作为目前世界最长的跨海大桥,如何守好质量关,保障安全?如何在环境复杂的海域,确保它在地震、台风、海浪等灾害威胁下依旧屹立?横跨国家一级保护动物中华白海豚保护区,环保工作如何开展?施工海域每天有四五千艘船只来往穿梭,海上施工安全和航运安全如何保证?两岸三地共建,如何在不同制度、不同法律、不同文化的背景下,一众同心,建好这座大桥?围绕这五大问题,我们一起来揭秘这项超级工程。
2017年第12期长达55千米的港珠澳大桥如蛟龙跃海,盘踞海面。
但凝神细看,本是气势恢宏的“龙身”却少了一段?其实在40多米深的海底处,深藏着一条全世界最长的海底公路——6.7千米的双向六车道海底沉管隧道。
要在海底修筑沉管隧道,意味着要在“不可视”的深海中完成大量施工作业,施工难度前所未有:沉管隧道如何做到120年内不漏水,确保安全?用什么方法、什么设备将安放沉管的基槽铺设平整?深海之处遭遇地震怎么办?应对之策:外海厚软基大回淤沉管隧道设计与施工关键技术基础沉降控制技术——把床铺稳地基相当于港珠澳大桥沉管隧道的“床”,它的“材质”是淤泥和淤泥质黏土,厚度约为30-40米,承载能力极低。
沉降是沉管隧道安全的巨大威胁。
对此,研究团队经过不懈努力,终于计算出其沉降规律,建立起了符合使用条件的计算公式,为解决不均匀沉降问题提出了明晰的解决方案。
“碎石整平法”——把“床”铺妥为克服深海施工困难,保证施工质量,科研团队使用自主研发制造的施工设备——“深水碎石整平船”——铺设基础垫并实现自动化控制,使基槽铺设能有效适应波浪、水流及回淤,让管节沉放对接后可得到平顺的支撑。
Ω止水带——把“口”封住“Ω止水带”是沉管隧道止水的最后一道防线。
港珠澳大桥:伶仃洋上的国之重器港珠澳大桥表面上看是建一座桥,但它的背后是国家改革开放40年来各行各业集大成的成果,代表了国家整体科技水平的进步。
三地合作建桥,不仅从地理上连接了起来,同时还把心理、感情、思想都连接起来了,正如青州桥的桥塔,是个中国结,寓意三地同心,共建未来。
天开海岳,珠联璧合。
在南中国海的珠江口,浩瀚无垠的伶仃洋上,港珠澳大桥横空出世,它从珠海抬起左脚,从澳门迈开右脚,一路向东,汇入香港。
从高空鸟瞰,它既像一个大大的“人”字,也像一条潜龙——55公里全长的它,倏尔是桥,在海上延伸;倏尔是隧,钻进海底。
与其说它是桥,不如说它是一个跨海集群工程,难度之高、伟岸之奇让人惊异。
在桥上细看,我们更能明白,港珠澳大桥不仅是中国交通建设史上的一个里程碑,更是中国改革开放40年成就的有力证明。
苏权科,港珠澳大桥管理局总工程师,是这一超级工程背后的技术总负责人。
他带领来自全国各地的科技工作者们,攻克桥梁史上一道道难关,创造交通建设领域一个个奇迹,成为新时期大国工匠的突出代表。
在他的讲述中,我们可以清晰了解到,正是一次次创新,一滴滴汗水,铸就了这座“新世界七大奇迹”之一的世界级桥梁。
“有那么多让人兴奋的东西”《同舟共进》:港珠澳大桥建设方案开始讨论时,不少工程师坦承建设难度极高。
刚接到建设任务时,您的心情是怎么样的?苏权科:我毕业后就在广东省交通科学研究所工作,在科研所干了16年,最后几年做总工程师。
20XX年10月推荐我去参加港珠澳大桥建设,20XX年春节后开始着手做工作。
在伶仃洋上建桥,之前是不可想象的事。
海里的地质情况、水文情况以及自然灾害等都是未知数。
在没有任何数据的情况下,我们开始一点一点收集、记录数据,分析实际情况。
开始筹建的时候遇到很多困难,有坚持不下去的时候,也有夜不能寐的时候,但我们还是坚持到了最后。
我相信,我国改革开放几十年,装备制造业基础大大提升,人才储备有基础,有修建跨海大桥的经验,具备相应的实力。
港珠澳大桥建设中的科技智慧作者:来源:《科学之友》2018年第12期除了是世界最长的大桥,港珠澳大桥的设计使用寿命长达120年,打破了国内大桥的“百年惯例”。
为实现这一目标,中国科研人员攻克了大量技术难题,提出了“港珠澳耐久性模型”等一整套具有中国特色、世界水平的海洋工程防腐技术措施。
在研究和建设过程中,一系列新材料、新技术应运而生,在多个领域填补了中国行业标准和国家标准的空白,诸多施工工艺及标准达到国际领先水平。
位于海泥环境中的钢管桩如何确保120年不损坏,这对港珠澳大桥设计团队提出极大的挑战。
“针对特定的海泥环境,我们先后从涂层的抗渗透性、耐阴极剥离性等着手研制新型涂料,解决涂层的耐久性问题。
”中国科学院金属研究所耐久性防护与工程化课题组负责人李京研究员介绍,他们研制出新一代高性能环氧涂层钢筋,并参与大桥基础的防腐涂装施工,保障了港珠澳大桥120年耐久性设计要求。
复杂的海床结构、恶劣的自然环境、超长的跨度距离,对桥梁钢是一个巨大考验。
支撑起这座特大型桥梁的高性能绿色桥梁钢,大部分是基于东北大学王昭东教授团队研发的新一代控轧控冷工艺,由鞍钢集团生产。
该工艺使钢材组织细化35%以上,析出相尺寸减少25%以上,有效满足了桥梁钢高强度和高韧性的需求。
通过优化的“成分设计+控制轧制+轧后超快冷却”组合拳,满足了桥梁的抗震和抗应变设计。
天上有飞机,海上有轮船,夹在中间的港珠澳大桥如何才不会影响邻近香港国际机场航线的飞行安全,又能满足伶仃洋航道30万吨轮船通航的需要呢?港珠澳大桥设计团队提出了一个极富创造力的方案:建造东西两个人工岛,修建一段海底隧道,将隧道与大桥连接起来。
这条世界最长的海底沉管隧道由33个巨型沉管组成,每节管道长180米,单节重约8万吨,且沉到海底40多米。
如此巨大的沉管要怎样才能沉降到海底实现对接?这就需要浮运安装。
所谓浮运安装,即是用拖船将沉管拖运到桥位附近,再用绞锚方式进行横、纵移沉管至安装位置并进行沉放安装。
港珠澳大桥主体混凝土结构120a使用寿命耐久性对策王胜年;李克非;范志宏;苏权科;熊建波【摘要】跨越伶仃洋海域的港珠澳大桥提出了120 a使用寿命的建设目标,如何提高外海、高温、高湿环境下混凝土结构耐久性是工程建设面临的重大问题之一.结合港珠澳大桥工程实践,在工程建设前期和设计施工阶段,开展了针对混凝土结构耐久性的系列研究工作.在研究成果基础上,从耐久性设计、施工及后期维护等方面,提出了为确保港珠澳大桥达到120 a使用寿命所应采取的耐久性对策和措施.【期刊名称】《水运工程》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】8页(P78-84,92)【关键词】港珠澳大桥;混凝土结构;耐久性;寿命;设计;质量控制;维护【作者】王胜年;李克非;范志宏;苏权科;熊建波【作者单位】中交四航工程研究院有限公司,水工构造物耐久性技术交通行业重点实验室,广东广州510230;清华大学,北京100084;中交四航工程研究院有限公司,水工构造物耐久性技术交通行业重点实验室,广东广州510230;港珠澳大桥管理局,广东珠海519015;中交四航工程研究院有限公司,水工构造物耐久性技术交通行业重点实验室,广东广州510230【正文语种】中文【中图分类】TU528.33港珠澳大桥是连接香港、珠海、澳门的大型跨海通道工程,其海中主体工程跨越伶仃洋海域,由海底沉管隧道、海中人工岛、海上桥梁等多种结构组成,工程设计使用年限120 a,是迄今中国交通建设史上技术最复杂、环保要求最严、建设标准最高的工程。
尽管国内已有杭州湾大桥、青岛海湾大桥等工程建设经验[1-2],但港珠澳大桥工程所处的伶仃洋海域,具有气温高、湿度大、海水含盐度高的特点,受海水、海风、盐雾、潮汐、干湿循环等众多因素影响,腐蚀环境尤其严酷,同时港珠澳大桥包含岛、桥、隧等多种复杂的结构,国内首次按120 a设计使用年限设计,因此,如何提高耐久性确保工程达到120 a使用寿命,是工程建设所面临的重大技术问题之一。
总工程师披露港珠澳大桥设计建造内情作者:苏权科于洋来源:《文萃报·周五版》2018年第44期2018年10月24日上午9时,港珠澳大桥正式通车。
这项备受世人瞩目的世纪工程的设计建造背后有怎样的曲折往事?且听港珠澳大桥总工程师、十三届全国政协委员苏权科为您讲述。
曲折的立项之路港珠澳大桥的立项是一个漫长的过程。
早在1983年,香港企业家胡应湘便提出,在伶仃洋上建一座大桥连接香港、珠海的设想。
那时这座桥的名字拟叫“伶仃洋大桥”。
珠海对这一设想的态度很积极。
1989—1992年,珠海就伶仃洋大桥项目开展初步规划和研究,并编制可行性报告。
经过多年论证工作之后,1998年,伶仃洋大桥的立项报告得到了中央的批准。
但由于亚洲金融危机爆发等种种原因,项目搁浅了。
2003年,香港认为金融危机后自身缺乏经济活力,希望能够通过基础设施建设来拉动新的经济增长点,并且因自身腹地也已饱和,因此希望建设港珠澳大桥,打造连接香港、澳门和珠海的跨海陆路通道。
这一建议获得了中央的支持。
“把最好的东西都拿来”三地合建一个工程,必须要指定以某一方为主。
香港的积极性最高,于是,中央指令由香港来牵头,这样带来的好处是,整个工程一下子就拥有了国际化的视野。
三地的标准差别还是很大的,一般来说,我们选择就高不就低,谁家标准高就用谁的。
举例来讲,关于跨海大桥的使用寿命,香港主要是沿用英国标准,为120年;澳门主要采用葡萄牙标准,为100年;而内地没有对使用寿命的规定,而是设定了100年的基准期,那只是为设计选定的时间参数。
于是在这一点上,我们就选择使用香港的标准,明确提出港珠澳大桥的使用寿命为120年,这在内地业界还是头一回。
再比如,内地的车道是3.75米宽,香港的是3.36米宽;内地的紧急停车带是2.5米宽,香港的是3.0米宽。
港珠澳大桥是双向六车道,如果按内地标准来造,桥面宽31.5米就行了,但我们全部按高标准来设计,最终桥面宽度为33.1米,足足多了1.6米。