2016年01月11日 星期一
“半刚性”新结构:构想变蓝图
——访中国交建总工程师兼港珠澳大桥岛隧项目总经理林鸣
□ 本报记者 矫 阳
沉管浮运安装

    ■风行者

    全长49.968公里,主体工程“海中桥隧”长35.578公里,设计时速为100公里,总投资超1000多亿元。在祖国的南海,一座连接香港、珠海和澳门的巨大桥梁已经进入决战期,这便是举世瞩目的港珠澳大桥。

    到2015年12月,已安装隧道总长达4185米,是当今世界最长的公路沉管隧道,各项指标都达到最好水平。“我们首创了‘半刚性’沉管结构方案,保证了项目的顺利推进。”中国交建总工程师兼港珠澳大桥岛隧项目总工程师林鸣对记者说。

    岛隧工程是港珠澳大桥的控制性工程,从2010年底开工建设至今已有5年的时间。其中海底隧道总长5664米,由33节巨型沉管对接而成。

    经过两年的努力和坚持,“半刚性”新结构终于从构想变成蓝图。

    水底地下2、3米和40米的差距

    在水底建隧道,目前有两种方法,一是沉管,二是盾构。而港珠澳大桥设计,因为要预留珠江口航道,并考虑香港机场航线限高和控制珠江阻水率等多方面需求,在海上建隧道成为必然选择。

    设计是在大海上建两个人工岛,然后在40多米的深海底,做出长达五六公里的海底平直的道路,再放置沉管,做成海底隧道。

    “在教科书上,沉管隧道是被定义为浅埋隧道,到目前为止,全世界已经做成了一百四五十条沉管隧道,都是贴着海床或者河床面建设,已有的沉管建设方式只是在水下2—3米。”林鸣说。2、3米和40米的差距!这将是对水下沉管隧道传统概念的颠覆。

    传统概念沉管隧道只有刚性、柔性两种结构体系,都仅适用于浅埋隧道。 刚性沉管身长,接头小;而柔性沉管身短,接头用粘胶,有弹性,遇到外力,有浮动的余地。“柔性沉管有点像蛇。”林鸣形象地说。

    港珠澳大桥在设计阶段,对深水深埋这个问题,施工方案暂定为“深埋浅做”,并提出两个方案,一是在沉管顶部回填与水差不多重的轻质填料,这需要增加十多亿投资,工程工期也会延长;另一个方案是在120年运营期内通过维护性挖泥,控制回淤物厚度,这需要花费数十亿元维护费。由于成本太高,在建设前期过程中,沉管安放施工难题一直悬而未决。

    继刚性、柔性后,探索出第三种路

    港珠澳大桥沉管隧道有两百多个水下接头,只要有一个接头遭到破坏,后果都将不堪设想。“通过大量的计算分析,在20多米的覆盖层,超过传统概念沉管5倍的荷载情况下,采用传统的结构体系,沉管结构安全是得不到保障的。”林鸣说。

    与陆地相比,在深海底施工,遇到的难题可谓几何倍。海底的风浪、地貌等均是变数,更别说要在深海下将沉管精准对接。

    “深埋浅做”对工程虽有交代,但成本太大。能否从结构设计上找到一条出路?2012年年初,林鸣开始率领年轻的设计团队,开始了艰难的探索,希望为工程找到第三条出路。

    这条路艰难而崎岖。查资料,计算分析……不知在基础、结构、接头等方面想了很多办法,多少尝试,直到2012年11月中旬,前景仍十分渺茫。

    这条路是否还要走下去?如何走下去?这些问题日日夜夜困扰着林鸣,经常夜不能寐。

    然而,无数的失败不仅没有击退林鸣,反而使他对目标更加坚定。这份坚持,终于有了回报。2012年11月17日,仍是几乎一夜没睡,大约凌晨五点左右,一个“半刚性”的概念突然在林鸣的脑海中闪现,他有一个强烈的感觉,采用“半刚性”能够提高小接头的能力,可能是从结构上解决深埋沉管的一条出路。

    200多天备受煎熬的证明,“深埋”方法成功了

    “半刚性”确定后,通过五家单位背靠背地论证了可行性。仅30多天,林鸣率领设计团队便做出了“半刚性”沉管结构方案,并提交了研究报告。

    报告遭到了无数质疑。“这是肯定的。因为颠覆传统结构概念不是一件小事情,而新的结构又是由第一次由承担沉管设计的年轻团队完成的。”回忆当时的情景,林鸣说,连国外权威专家也毫不掩饰地表达他们的反对,他们认为这太不可思议了,你们连传统的浅水沉管都没怎么做过,无论是刚性和柔性都没有经验,有什么资格来创造一个新的结构?

    为了证明“半刚性”结构,从2012年底到2013年8月,林鸣率领这个年轻团队又经历了200多个备受煎熬的日子。

    面对从各个层面不断传递过来的质疑信息,林鸣不停地为团队鼓劲,他说:“如果相信‘半刚性’是一种科学的方法,我们不坚持,我们就没有尽到责任。”顶着巨大的压力,设计团队夜以继日细化方案的设计工作,终于澄清了外部各方面疑问。

    “我还组织开展了模型试验,努力从原理上验证‘半刚性’结构;邀请了国内外6家专业研究机构平行开展分析计算。这三个方面的研究成果都进一步证明了‘半刚性’是从结构上解决沉管深埋的科学方法,并且最终得到了各方面的一致认可。”

    港珠澳大桥,正以前所未有的气势,向前延伸。

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