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【古今談】港珠澳大橋120年壽命

2018-08-31

范 舉

港珠澳大橋的興建,一早就定位於世界級水平最高的大橋來興建,目的是大幅度提升中國的重型機械製造水平、工廠生產方式的預製件模式施工方式、高技術水平建造一條現代化樣板大橋,將中國的橋樑建設走向世界,讓「一帶一路」的國家加快速度建設好互聯互通的交通銜接工程。

大橋採取什麼工藝標準和安全標準?由於香港參與設計和策劃,提出香港慣用的英國標準。中國選擇了安全系數最高的英國的標準。本來英國的標準是使用期為100年。現在中國將港珠澳大橋的標準定為120年。最近意大利一條有50年歷史的吊橋倒塌了,震撼整個歐洲。原來,意大利、西班牙、德國、法國都有很多巨大的橋樑在上世紀70年代興建,所採取的混凝土的安全標準,與意大利一模一樣,他們擔心,倒塌的事件陸續有來。英國反而不害怕會有橋樑倒塌,因為英國的安全工程壽命的系數最高。

中國過去建築大橋,有什麼建築設備,有什麼工藝技術,就按照現有的設備局限來設計大橋。可以說是,「限米煮限飯」。港珠澳大橋的設計,能抗16級颱風、7級地震,設計壽命長達120年,並且要用積木式的預製件拼裝的方法進行施工,務求做到最低成本、最短的工作周期起貨。有了設計的要求後,倒過來催逼重型的建築裝備的創新和改革,發明更多的施工技術和專利,發明更多新材料。這個超級工程集結了我國在橋樑設計和施工、材料研發、工程裝備乃至生態環保領域的上千名科技工作者,開展科研專題研究300餘項,獲得發明專利授權逾百項、發表論文逾500篇、創建工法逾40項。這是一條創新典型之大橋。

港珠澳大橋的設計觀念完全不一樣,完全不考慮現有的建築設備,有什麼工藝技術,而是要按照最高安全的標準和科學技術來設計大橋。首先是要建設兩個10萬平方米的人工島。按照傳統的拋石填海圍堤築島的作業方式,需要3年的時間。

中國發明了新的大型的鋼鐵筒快速築島技術,五個月就建築了一個5萬平方米的人工島,破了世界紀錄。最艱難的工程,就是要在海底下五十多公尺深建築一條海底隧道。水壓很大,漏水機會很高。這項技術一直掌握在少數西方國家的手上。他們不會轉讓技術。

在水下近50米建設深埋沉管隧道,在國際上也被視為「技術禁區」。港珠澳大橋的島隧工程是世界首例深埋沉管。「傳統沉管隧道都是『淺埋』,但港珠澳大橋的沉管頂部荷載超過傳統沉管5倍,如果按照國外經驗,採用節段式」,深埋沉管結構體系會受上面的土石方重力而變形,漏水的風險就會出現,中國的專家創新提出「半剛性」沉管新結構。這一方案與國外專家提出的「深埋淺做」方案相比,節省了工期。

「沉管隧道建成後,會不會滲水是成敗的關鍵。因為33個管節之間有大接頭,每個管節又有7個小接頭。地基的不均勻沉降、剪力鍵的結構、止水材料的性能以及地震等因素,都有可能導致隧道漏水。」就連製作止水帶的材料也用了兩年多時間自主研發。「國外類似沉管接頭的正常漏水率是5%-10%,半剛性結構改善了沉管結構的防水性能,港珠澳大橋沉管隧道首次做到了無一處漏水。」

汽車海底隧道的要求遠比火車海底隧道高得多,要達到了通氣和火災的安全要求。英法海底隧道由於未能達到通氣和防禦火災的要求,只能夠用火車拉�茖T車過隧道。港珠澳大橋的海底隧道長達5.9公里,通風能力要非常好,因此,海底隧道是三層的,最高的一層負責通風和逃生功能,一旦汽車起火,汽車裡面的人,很容易因為失去氧氣被焗死。第三層可以提供氧氣的管道,或者讓乘客可以攀上去逃生。最巧妙的科學技術是,管節之間的接合點,使用了中國特別製造的人造橡膠作為縫合劑,如果兩架車相撞,汽油流了出來,在人造橡膠圈的地方燃燒1小時,橡膠圈融化了,海水就會沖進海底隧道裡面。中國特別製造了同一結構的沉箱,在橡膠圈外面鑲嵌了陶瓷鋼鐵,可隔熱,燃燒1小時,橡膠圈也沒問題。這一項技術,中國已經取得了專利。

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