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港珠澳大橋總工:“世界之最”大橋這樣打造

【本文約7100字,預計讀完需要20分鐘】

今日上午9時,港珠澳大橋開通儀式在珠海舉行,明日上午9時正式通車運營。這座大橋全長55公里,是世界上最長的跨海大橋,也是中國建設史上裡程最長、投資最多、難度最大的跨海橋梁項目。這項備受世人矚目的世紀工程,凝聚了幾代中國橋梁人的智慧與心血,匯集了國內外各領域最前沿的技術成果,實現了幾代中國橋梁人的夢想。中國橋梁是如何起步、發展的?我們如何打造世界一流水準的大橋?港珠澳大橋的設計建造背後又有怎樣的曲折往事?且聽港珠澳大橋總工程師、十三屆全國政協委員蘇權科為您講述。

▲蘇權科,港珠澳大橋總工程師、十三屆全國政協委員

來之不易:曲折的立項之路

港珠澳大橋的立項是一個漫長的過程。

早在1983年,香港企業家胡應湘便提出在伶仃洋上建一座大橋連接香港、珠海的設想。

▲胡應湘

那時這座橋的名字擬叫“伶仃洋大橋”,選擇的線路與現在不同,是從香港的屯門建橋連接到珠海的內伶仃島再到淇澳島。

珠海對這一設想的態度也很積極。

以前深圳跟珠海都是同樣規模的小漁村,改革開放後,香港給珠江三角洲東岸的深圳、東莞等地的發展創造了很多有利條件。

珠海位於珠江三角洲西岸,鄰近的澳門產業相對單一,兩者之間沒辦法像香港與深圳、東莞那樣形成前店後廠的模式,因此澳門對珠海經濟的輻射作用沒有那麽大,隨著與深圳等地經濟發展差距的增大,珠海很著急。

為了打通珠江西岸直通香港的通道、加快自身發展,1989年,珠海對外公布擬建伶仃洋大橋計劃,並提出了南北兩個方案:

南線方案是在香港大嶼山與珠海、澳門之間的海域設人工島,由該島分兩路分別進入珠海和澳門,類似今天所說的Y型路線;

北線方案是由珠海金鼎至淇澳島,跨過內伶仃島至香港屯門爛角咀。

1989—1992年,珠海就伶仃洋大橋項目開展初步規劃和研究,並編制可行性報告。

經過多年論證工作之後,1997年,伶仃洋大橋的立項報告得到了中央的批準,由廣東省來牽頭,正式成立了業主機構,蓋了一棟辦公樓,幾十個人入駐正式辦公。

但是緊接著由於1998年亞洲金融危機爆發等種種原因,項目擱淺了。

2003年,香港認為金融危機後自身缺乏經濟活力,希望能夠通過基礎設施建設來拉動新的經濟增長點,並且因自身腹地也已飽和,因此希望盡快建設港珠澳大橋,打造連接香港、澳門和珠海的跨海陸路通道。

這一建議獲得了中央的支持。

自珠海提出修建伶仃洋大橋的設想起,我就一直在關注這個項目的進展,也一直想參與建這座橋。

儘管此前我已參與建過兩座跨海大橋,但是長度有限,難度也不算大。而在伶仃洋上建起這樣一座大橋則不同。

從虎門口到珠江出海口的伶仃洋有60多公里,上面沒有任何建築,這裡的地質情況、水文情況等,我們都不太清楚。

並且這是“一國兩制”下粵港澳三地首次合作共建的超大型基礎設施項目,三地的政治制度、管理體制、技術標準等不同,挑戰極大。

另外,隨著我國裝備能力、材料、技術等各方面的進步,我們有條件將港珠澳大橋建成一座更高品質的橋,甚至可以成為中國橋梁的標杆。

所以,當我得知自己被選為前期辦成員之後,深感自己遇到了千載難逢的歷史機遇。

▲2009 年3 月12 日, 港珠澳大橋前期辦從廣州移師珠海。前排居中為蘇權科

前期辦的成員選自粵港澳三地,都是有衝勁的年輕人。

大家一同作了長達七年的前期論證,比如三地有什麽需求,方案怎麽確定,建一個怎樣的標準,等等。

對於大橋的選址,我們充分考慮了三地的需求。

當時,香港從它的路網連接以及物流發展的考慮,在香港的落腳點定的是香港機場旁邊的散石灣。

對於珠海,可供選擇的落腳點很多。

有人建議珠海把九洲列島推平,幾個島連起來設為口岸,通過港珠澳大橋接到九洲大道上。

可九洲大道作為珠海唯一的主通道,本來就已經很繁忙了,這樣設計不利於城市交通。

再者從城市上空接高架橋過去很難看,珠海反對這樣設計。

它希望港珠澳大橋能夠連到橫琴島,但是橫琴島在澳門西邊,澳門面積很小,不到20平方公里,從地面上建橋根本不可能;

如果建座高架橋,就把它弄成兩半了,以後要想修別的基礎設施就不方便了;

澳門以後要修地鐵,從它的地下鑽過去,甚至從澳門半島和氹仔島之間的水域底下穿過來也不行。

我們沿著澳門海岸從頭至尾都跑了一遍都沒找到合適的地點,很失望地往回走的時候,剛好走到澳門口岸和拱北口岸之間,發現有一塊地方。

我們拿步子來回量了一下,有六七十米的樣子,就想:如果從這地底下走,穿過拱北以後,再從前面出來連到橫琴,不就不會影響澳門了嗎?

我們把這個方案拿出來,經過專家論證,三方都表示接受,終於把路線走向定了下來。

最後確定的路線是:香港大嶼山經大澳跨越珠江口,最後分成Y字形,一端連接珠海,一端連接澳門,全長55公里,其中主體工程“海中橋隧”長35.578公里,海底隧道長約6.75公里,建成後將成為有史以來世界最長的跨海大橋。

打造一流:“把最好的東西都拿來”

三地合建一個工程,必須要指定以某一方為主。

香港的積極性最高,於是中央指令由它來牽頭,這樣帶來的好處是,整個工程一下子就擁有了國際化的視野。

此前香港修建的青馬大橋、汲水門大橋等都是按照國際標準,採用最好的材料、設備和技術來修建的,屬於世界一流水準的橋梁,因此它希望港珠澳大橋也是一座世界一流的大橋。

港珠澳大橋地處國家經濟比較發達的珠江三角洲地區,如果不是一座世界一流的大橋,對我們國家交通形象影響太大。

最終,我們定的目標就是要建世界一流即長壽命、高品質的大橋,這得到了三地政府的認可,中央也比較支持。

世界一流的大橋什麽樣?我們要把它量化。

如果按傳統做法,用一般的規範、材料和裝備肯定做不成。

因此,港珠澳大橋的建設規劃、設計理念,包括我們採用的技術、研發的材料裝備,品質管理、創新管理以及建立起來的一整套標準體系,都是圍繞建造長壽命、高品質跨海大橋這一目標服務的。

七年間,我們查閱了大量資料。看完內地前人積累的資料後,香港同行又把以往橋梁的規劃資料、設計資料、施工管理檔案等都拿來給我們看,我們一點一點地對比,一點一點地確定方案。

三地的標準差別還是很大的,一般來說我們選擇就高不就低,誰家標準高就用誰的。

舉例來講,關於跨海大橋的使用壽命,香港主要是沿用英國標準,為120年;澳門主要採用葡萄牙標準,為100年;而內地沒有對使用壽命的規定,而是設定了100年的基準期,那只是為設計選定的時間參數。

於是在這一點上,我們就選擇使用香港的標準,明確提出港珠澳大橋的使用壽命為120年,這在內地業界還是頭一回。

再比如,內地的車道是3.75米寬,香港的是3.36米寬;內地的緊急停車帶是2.5米寬,香港的是3.0米寬。

港珠澳大橋是雙向六車道,如果按內地標準來造,橋面寬31.5米就行了,但我們全部按高標準來設計,最終橋面寬度為33.1米,足足多了2.6米。

但還有一些標準的差異性不是高低的問題。比如大橋上的消防水龍頭,內地規定一圈上要有四個螺栓,香港則是三個。

遇到這類問題就要具體問題具體分析,要麽採用國際上通用的樣式,要麽看怎麽改更容易操作,實在不行就設兩個水龍頭或者另搞一個樣式,總之雙方用起來方便、安全、沒問題就可以。

要造一座高品質的大橋,必須使用大型設備進行機械化操作,此外還有一整套控制技術以及管理要求。為此我們去了很多國家調研,學習人家的做法。

過去我們內地造跨海大橋,橋梁構件都是在現場澆築,一旦有風浪就乾不成了,施工還特別辛苦,晴天一身灰、雨天一身泥的。

我們在丹麥大型預製廠看到,所有橋梁構件都是預製化生產後再運到現場拚裝,操作非常方便。

回國後,我們問我們的裝備生產廠家能不能造這樣的構件,他們說可以,只要我們能夠提出要求就行。這下好了,我就敢大膽設計了。

比如,我們海底隧道的沉管就是預製好再拖到海上安裝的,這樣可以盡量做到節段大、接縫少,還可以選擇最合理的接頭地方進行連接,造出來的橋梁也更加精致。

不僅如此,我們還對部分構件的生產過程進一步作了優化,使得該項技術躋身世界領先水準。

比如對於大型橋塔的建造。過去我們做橋塔得在現場一段段連接,這樣操作會產生作業安全性、耐久性等很多方面的問題。

這一次我們在工廠就把足有3000噸的一整座橋塔全部造好,用兩台浮吊把橋塔提起來,直接安裝,這樣原本要七八個月到一年時間才能完成的工作,現在只需要乾一兩天就完成了。

這在世界上也是史無前例的。可見,我們國家的裝備能力確實已經與過去不可同日而語了。

▲吊裝中的鋼塔

就這樣,我們把航天、海洋、高鐵、化工等國內外各領域最前沿的成果都拿來,相當於搞了一個大集成。

大橋施工的同時,國內外相關行業也在發展,可能有些方案最初因為技術達不到實施不了,但過了一段時間技術跟上就能實現了。

所以我們隨時掌握相關資訊,及時調整施工方案,如果還來得及應用最新發展水準的裝備材料就馬上投入實施。

一代一代的橋梁人都想擁有真正自主的產權:設計是我們的,材料是我們的,技術也是我們的。

而港珠澳大橋所有的設計、施工都是由我們牽頭,全部由中國人自己說了算,材料設備基本都是國產的,特別是一些關鍵的設備和材料都是我們自己研發的。

即便是同國外聯合開發的技術,我們也確保了知識產權在自己手上。

比如,我們到德國調研製造海底隧道沉管所需的自動化液壓模板時,第一家公司提出可以根據我們的要求定製兩套模板。

它的工藝很好,可惜造價太高。後來我們找到另外一家公司,它隻負責設計,模板要交給其他地方加工。

於是我們提出和它聯合設計,然後把圖紙拿回振華重工來製造。這家公司特地來考察了振華,認為能滿足他們的要求,我們便簽了協定,付給他們技術谘詢費,在對方的幫助下完成設計,圖紙的知識產權仍是我們自己的。

這樣我們就非常有底氣,再也不怕什麽技術壟斷了,對於這點我們都非常欣慰。

精雕細琢:伶仃洋上的“珠聯璧合”

為了達到高品質的要求,除了提高標準,保證大橋的高品質與長壽命之外,我們還專門增加了綜合景觀研究:

這座橋所處的環境如何,包括海洋的顏色,山的顏色,與澳門、香港的連接點的地形特點,周圍建築什麽風格,等等,這些因素都需要考慮進去。

設計出來的橋梁既要融合三地的風格,又得體現出國際化水準,成為一個現代化的地標工程。

最終我們擬定了港珠澳大橋總體設計方案,包括墩、梁、塔、隧道的造型,人工島的連接方式,以及附屬設施的建設等各種細節。

舉例來說,為了與周邊環境的風格協調一致,橋梁構件就不能太方正、太有棱角,以往的四角橋墩被重新設計成六角、八角,曲線相對柔和了。

除了美學價值之外,我們還考慮到了橋梁身上附加的文化價值。

港珠澳大橋的水上主體工程由兩個人工島、青州橋、江海橋和九洲航道橋等部分組成。

珠海橫琴島盛產蠔,我們就把兩個人工島設計成蠔貝形。

▲蠔貝形的人工島

青州橋的兩座橋塔中間要有橫向構件進行連接,造型可以是一道橫杠、兩道平行的或者打一個交叉的橫杠等,國際上有不同的做法。

我們考慮再三,把它做成中國結的造型,不但比例合適、與塔型相稱,而且這兩座橋塔剛好位於三地最中間的位置,寓意也非常好。

▲港珠澳大橋上的“中國結”

接下來是江海橋的三座橋塔。

最開始它們被設計成三根柱子,大家不太滿意,後來我們考慮到周邊剛好是“海上大熊貓”中華白海豚自然保護區,就把橋塔設計成三隻白海豚躍出水面的形象,既結合了海洋文化,又體現了人與自然和諧發展的理念。

而靠近珠海的九洲航道橋,橋的跨徑不大,我們就把橋塔做成風帆的造型,但又是通透的,美觀的同時也滿足了對結構安全的要求。

▲風帆造型的九洲航道橋

這裡是古代海上絲綢之路的出發點之一,三地首次合作建造大橋,這樣設計也是取揚帆啟航的意思。

最靠近珠海的地方有一個收費站,我們把它設計成弧形,前面是一個鋼柱,後面拿幾根鋼索拉住,就像一個巨大的錨。

這樣每個節點都很有特色。大橋一部分在水上,一部分在水下,高差差不多有100米,既有橫向曲線又有縱向高低,整體看起來像一條絲帶一樣纖細、輕盈,把一個個節點串起來,又寓意“珠聯璧合”。

對於三地來說,這不僅是地理位置的連通,更是文化意義上的連通。

此外,過去我們國家搞橋梁建設的時候很少考慮對自然環境的影響,這次我們特別注重綠色環保的可持續發展理念,盡量減少對環境的傷害。

比如,依照既定的路線,大橋將穿過伶仃洋上的中華白海豚保護區。這樣會對白海豚造成怎樣的影響?

我們立即著手組織團隊、科技力量進行研究。

經去往瑞典等國家調研發現,他們的經驗是,在建設過程中加強保護,采取有力的措施,建完以後橋墩、人工島會生成一些附著物,本身就變成了魚礁,方便了受保護動物的生存,它們的數量不但沒減少,反而增多了。

回來以後研究人員歷經300多次出海跟蹤,對保護區裡近1200頭白海豚進行了標識,拍了30萬張照片,針對施工中哪些可能有影響的因素作進一步研究,制定了一套很嚴格的技術保證規程,最終把這個問題解決了。

交出答卷:中國標準走向世界

2009年10月28日,港珠澳大橋正式立項,12月15日開始動工建設。2017年7月7日,港珠澳大橋主體工程貫通,今日,即將實現全線通車。

從1983年算起,這項工程的實現跨越了足足35年。

在此期間,不管是對於長壽命高品質的追求,還是大型工程搞標準化、裝配化的思路,或是綠色環保的可持續發展理念,自主創新、以我為主,整合全社會資源,以開放包容的目光來謀劃和合作建設,等等,對所有方面,業界的評價都很高,認為都是非常值得借鑒的。

其中,我認為最值得驕傲的是,港珠澳大橋形成了一套專門的技術標準體系,共有六十幾項,達到了國際領先水準,可以跟世界一流的標準對接。

這對於中國橋梁來說是非常重大的進步。

在這套標準體系中,尤為重要的是對耐久性技術標準的制定。

橋梁建築工程的品質、技術水準與建造標準、規範體系是密切相關的。

20世紀50年代,新中國橋梁建造的標準與規範體系在借鑒蘇聯的基礎上開始建立起來。

蘇聯的標準也是為了加速建設,比較粗糙,有些技術都沒有研究透。

更有甚者,我們在建造跨海大橋的時候發現,有些沿用多年的標準竟是錯的。

比如,在海洋工程的耐久性問題上,蘇聯人研究認為海水對混凝土結構的腐蝕原因主要是硫酸根離子的作用,我們也就這麽沿用了下來。

發現這一規範有問題是在1992年建造汕頭海灣大橋的時候,當時我在做項目監理。

▲1996年,蘇權科在汕頭海灣大橋上

設計者要業主供應抗硫酸鹽水泥,業主調研後發現國內生產這種水泥的廠家非常少,只有江蘇有一部分,不僅產量不足,而且運輸距離太長,供應不上。

如此一來勢必會影響工程進度,於是我們就在水工行業內作了調研,研究對策。

我們結合中交四航工程研究院初步的研究成果,並與歐美國家的研究成果進行對比,發現實際上海水對混凝土產生腐蝕作用的因素不是硫酸根離子而是氯離子。

因此,只要對普通矽酸鹽水泥作一些配合比的要求,使保護層厚度適當大一些,使氯離子滲透不到鋼筋、鏽蝕不到鋼筋就可以了。

我們把調研資料和初步研究成果拿出來,同設計部門、承包部門進行了論證,將這一標準改了過來。

汕頭海灣大橋採用新的研究成果取得了很好的效果,與同期其他涉海工程相比,使用壽命大為延長。

▲汕頭海灣大橋

改革開放以後,借鑒歐美、日本的標準,加上我們國家自己的積累與研究,我們在原有標準的基礎上加以修改,到了90年代末期我國的標準基本上接近世界通用標準。

儘管如此,要想讓大橋達到120年的壽命,耐久性設計仍然是一個檻。

這是因為過去我們始終沒有對跨海大橋的使用壽命作規定,更沒有一套從材料到施工、工藝再到驗收指標能保證使用壽命達到120年的標準。

在這點上,即便是明確規定大橋使用壽命為120年的英國也是如此,它的解決辦法是直接採用不鏽鋼來建造大橋。

如果我們這樣操作也不是不可以,但不鏽鋼的造價是普通鋼筋的8—10倍,即便這種辦法能讓大橋達到120年的使用壽命,又怎麽能夠在我們國內大量推廣?

為了解決這個問題,我們做了很多工作,十幾年前就開始預研究,看歐洲、日本怎麽做。

歐盟八個國家曾花了六年時間做了一個耐久性設計的模型,形成耐久性模式規範,不過沒有那麽多數據,不同國家要用還得根據自己的海水條件、材料、工藝重新來修正設計模型和參數,而且經過我們作實驗對比,發現還有一些不合理、不確切的地方。

所以,我們在基本原理基礎上,利用華南地區的野外暴露試驗站積累20多年的數據,加上我們在附件港口已經拆掉的工程上取得的大量數據,建了一個設計方程,後來國外稱之為港珠澳模型或者中國模型。

用這個模型設計出來以後跟歐洲的計算結果差別很大,歐洲谘詢公司不肯用。

我們又反覆一個個公式、一個個參數地核對,比較下來最終還是我們這個模型設計得最好、跟野外暴露實驗數據最吻合。

最後他們不得不承認還是我們的模型更科學。

在此基礎上,我們形成了針對耐久性的品質控制技術規程以及維護方案等一套標準體系,成果達到國際領先水準。

以往我們接國外的工程,業主都會選擇使用歐美標準而不是中國標準。

但現在說採用港珠澳大橋的標準,國外很容易就接受了。

港珠澳大橋建設後期,好多地方派人來參觀學習。他們講,即便不能把全部成果都直接拿去用,學一部分也是可以的。

比如橋梁構件很漂亮很精致,回去可以直接拿到城市市政路線上用。我們每天都能接到電話,問哪裡能買到這個、怎麽能製造那個,能不能給他們介紹推廣一下……簡直是“四面開花”。

港珠澳大橋的建設還帶動了產業的優化更新。橋梁製造從粗放的泥水活、露天生產改為工業化生產,從以人工為主的生產改為以機械為主的智能化生產,生產水準、生產效率大為提高。

此外,所有參加港珠澳大橋建設的裝備都是新的,生產線也變成了新的,中山、武漢、揚州等地新建了一部分鋼結構自動化生產線,它們所生產的橋梁構件能夠直接進行架設,得到了國內外業界的認可和歡迎。

通過建設港珠澳大橋,我們還收獲了一個齊心協力、嚴謹負責的團隊。

我們的技術團隊囊括了老中青幾代橋梁人,包括國內外各個地區的專家共41人。凡是遇到問題,我們都齊心協力地一同突破。

並且,做這樣一項有影響力的工程,大家都有一種情懷:要把能夠體現綜合實力的案例拿出去,得到同行的認可、得到業界的認可、得到世界的認可,所以大家都有一種心無旁騖、義無反顧、不達目的決不罷休的精神。

包括施工的工人也不例外,儘管他們常常“抱怨”說“這個工程乾起來真費勁”,但他們都為能參與建造港珠澳大橋而感到自豪,即便只是上一顆螺絲,都非常認真負責。追求高品質的意識融入到了每一個人的心裡。

我很慶幸,身處中國蓬勃發展的新時期,能夠參與到這項世紀工程的建設當中。

港珠澳大橋是集國家之力、行業之力建造的重點工程,它所取得的成就可謂集齊天時、地利、人和。

雖然中國橋梁品質的普遍提升還有很長的路要走,但我有信心,憑借我們國家綜合發展的能力,在不遠的將來我們中國人的橋梁強國夢一定會實現。■

選自《縱橫》2018年第6期,蘇權科口述,訪談整理&責任編輯:於洋

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本期編輯:於洋

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