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伶仃洋上造桥大海深处“穿针”

2023-11-23寒烟翠

求学·理科版 2023年21期
关键词:穿针华南理工大学同济大学

寒烟翠

港珠澳大桥跨越了什么?

“我就跟他说3亿人民币,当时想无论如何对方都会接受的,但没想到他们的拒绝是以这种方式:我给你唱首祈祷歌。”

港珠澳大桥刚开始设想的方案是全部建桥,因为这样不仅建造费用低,而且有已经成熟的技术作支撑。然而,大桥靠近香港方向需要跨越一个重要的深水航道——伶仃洋主航道,它是全球最重要的贸易航道,桥太低的话,轮船无法通过。这就要求桥梁必须是单跨1500米以上的多跨形式,还要建几个高度超过170米的桥塔。但是,香港、澳门、珠海、深圳等地区几个机场的航空限高不能超过120米,桥架得太高,又会对飞行安全产生影响。

于是,一个史无前例的方案被提出并得到肯定:综合考虑通航需求和航空限高,港珠澳大桥采取6.7公里长的海底隧道加22.9公里长的跨海大桥的联合方案。

而因为海底隧道不能直接接到桥,必须要有人工岛,让桥搭在人工岛上,人工岛再伸到海底去,因此,港珠澳大桥最终采取了一个桥—岛—隧的方案。

整个工程中建设难度最大、技术最复杂的部分就是海底沉管隧道,此前全世界最长的海底隧道也只有3公里,而港珠澳大桥的海底隧道需要6.7公里。

在40多米深的海底、数万吨水压下进行沉管对接是道世界级难题,港珠澳大桥主体工程岛隧工程总工程师林鸣找到当时世界上在沉管安装领域最好的一家公司谈合作。然而,谈判进行得非常艰难,对方开出高达15亿人民币的天价,大大超出了林鸣团队的预算。

林鸣说:“我就跟他说3亿人民币,当时想无论如何对方都会接受的,但没想到他们的拒绝是以这种方式:我给你唱首祈祷歌。”

谈判失败后,工程团队自主攻关,准备用33节沉管建设一条6.7公里长的隧道——每节沉管的重量超过8万吨,33节沉管相当于一艘航空母舰。要成功对接这些庞然大物,是一个挑战。

另外,因为桥—岛—隧需要无缝连接,因此,在设计时还必须有曲线沉管——曲线沉管的安装对接难度更大。经过反复实验,林鸣带领团队最终实现了工程设计零借鉴、安装零失误。

从2009年12月15日港珠澳大桥正式开工建设,到2018年2月港珠澳大桥主体工程通过交工验收,具备通车试运营条件。几近9年的建设过程中,像这样的挑战,建设者们面对了无数次。

潮起潮落、寒来暑往,数以万计的建设者在伶仃洋上造桥,在大海深处“穿针”,构筑起了全长55公里的世界级跨海通道。

这期,我们一起来看看架起这座大桥的部分高校。

架起港珠澳大桥的高校

同济大学

啃下多个“硬骨头”

“在港珠澳大桥的建设中,同济(大学)啃的是‘硬骨头。”同济大学原常务副校长李永盛介绍,同济大学为港珠澳大桥工程中的人工岛、隧道、钢桥面铺装、通航孔桥、沉管安放、大桥养护以及交通组织等,提供了强有力的技术支撑。

东西人工岛这样筑成

受香港机场标高及伶仃洋主航道要求的限制,港珠澳大桥必须采用隧桥模式,而隧桥转换就得在汪洋大海中建设人工岛。

传统的筑岛方式是海中选址围堰,抛石成堤,然后抽干堰内积水,筑建成岛。然而,这种方式会对附近水域的白海豚造成危害并影响这条繁忙水道的航行,且工期漫长。与之相比,另一种更优化的筑岛方式是先打桩,用挤密砂桩围堰,然后抽干堰内积水,筑建成岛。不过,这需要技术的支持。

幸运的是,同济大学教授马险峰在“外海厚软基桥隧转换人工岛设计与施工关键技术”中的研究成果,支撑解决了挤密砂桩设计中的若干难题。“如果使用常规技术,那建造两个这样的人工岛起码要一年半,而按照我们的技术采用钢圆筒成岛,东西人工岛成岛仅用了7个月时间。”马险峰骄傲地说。

在总结国内外同行们此类工作经验的基础上,同济大学进行了包括采用离心模型试验配合理论公式计算以模拟真实的工况在内的一系列实验、研究,同时采用粒子图像测速技术与传统位移传感器相结合的方式观测实验过程中土体的变形。

实验的初步结果都在工程中得到了应用,成了设计与施工的重要参考数据。

2011年5月15日开始施工,到9月11日,由61个超大体量钢圆筒及124片弧形钢板副格组成的止水围护结构围成了10万平方米的西人工岛;接着,9月22日又开始施工,12月21日围成10万平方米的东人工岛。

这是我国首创的深插钢圆筒快速筑岛技术,创造了221天完成两岛筑岛工程的世界工程纪录。

同济大学名片

同济大学的前身是1907年德国医生埃里希·宝隆在上海创办的德文医学堂,1917年由华人接办,1923年正式定名为同济大学,1927年成为国立同济大学,是中国最早的7所国立大学之一。1996年,上海城市建设学院和上海建筑材料工业学院并入,学校被列为国家“211工程”建设高校。2000年,学校与上海铁道大学合并,组建成新的同濟大学。2002年,学校被列为国家“985工程”建设高校。2003年,上海航空工业学校划归同济大学管理。2017年,学校被列为国家世界一流大学建设A类高校。

土木工程学科独占鳌头

自1907年德文医学堂成立以来,“严谨求实”便一直是同济大学学子追求和彰显的学术信仰和操守。发展至今,同济大学在土木、建筑、桥梁、交通、车辆、海洋、环境、生物等多个领域具有明显的优势。

同济大学的土木工程学科创建于1914年。1952年全国高校院系调整,学校的土木工程学科吸收了国内众多高校的土木师资;1981年,以结构工程为代表的土木工程学科被国务院学位委员会批准为首批博士学位授予点;1984年,土木工程学科首批设有博士后科研流动站。在2007年的国家重点学科评估中,同济大学的土木工程一级学科,以及结构工程、岩土工程、桥梁与隧道工程、防灾减灾工程及防护工程等4个二级学科被评为国家重点学科。土木工程学科成为全国唯一拥有4个二级国家重点学科的一级国家重点学科。在2009年、2012年的教育部学位中心评估中,土木工程学科整体水平均排名第一。在第四轮学科评估中,土木工程学科获评A+。

长安大学

贡献了最多的人才

长安大学贡献了12位建设港珠澳大桥的中高级人员,典型代表为港珠澳大桥主体工程总工程师苏权科,其是长安大学1985级研究生;设计环节、施工环节和监理环节有7位总长出自长安大学。值得注意的是,这些数据不包括基础设计人员和基础科研人员,只统计了中高层部长级别的人才。

随处可见的长安大学校友身影

在港珠澳大桥的建设过程中,随处可见长安大学校友的身影。从港珠澳大桥主体工程总工程师苏权科,到港珠澳大桥前期规划设计论证专家、施工中沉管隧道项目技术专家、中交公路规划院副院长徐国平;从港珠澳大桥管理局局长助理高星林,到江海直达船航道桥桥塔“海豚塔”的设计负责人文锋;从桥面铺装施工项目部项目经理杨东来,到港珠澳大桥管理局三地联合办公室负责人门小雄……无论是总体规划、前期施工方案的制定,还是设计、施工、监理、运营、环保等,都有长安大学优秀校友的创新智慧,港珠澳大橋的建设过程也凝聚了他们忘我的付出与深厚的情感。

另外,长安大学共有6个科研团队参与港珠澳大桥建设的科技攻关。沙爱民、陈华鑫教授团队承担港珠澳大桥主体工程岛隧工程“节段式沉管隧道路面关键技术”研究;王元庆教授团队承担港珠澳大桥建设职业健康、安全、环保一体化管理实践后评价专题研究;刘健新、李加武教授团队承担港珠澳大桥主体工程桥梁工程施工图设计通航孔桥梁(江海直达船航道桥)结构抗风性能试验专题研究;杨志强教授团队承担港珠澳大桥主体工程岛隧工程深水深槽长距离沉管隧道最终接头测控技术研究;谢永利教授团队承担“外海厚软基大回淤超长沉管隧道基础沉降控制技术”研究和港珠澳大桥海底隧道通风物理模型试验研究;贺拴海教授团队承担青州航道桥主桥的施工过程精细化分析及控制研究。

长安大学名片

自1951年起,长安大学的前身西安公路交通大学、西安工程学院、西北建筑工程学院便相继成立;2000年4月18日,西安公路交通大学、西安工程学院、西北建筑工程学院合并组建长安大学。2005年以来,教育部先后与交通部(现交通运输部)、陕西省人民政府、国土资源部(现自然资源部)、住房和城乡建设部签署共建长安大学的协议,“四部一省”共建长安大学的办学格局正式形成。

学校1997年成为“211工程”重点建设大学;2011年入选国家“985优势学科创新平台”建设高校;2017年入选国家首轮“双一流”建设高校;2021年正式成为交通强国建设试点单位;2022年入选国家第二轮“双一流”建设高校。

突破,突破,再突破!

多年来,20余万名长安大学学子秉承“爱路报国”的优良传统,肩挑手提,修路架桥,攻克技术难题,长期奋斗在铁路和祖国建设的各条战线上。

2020年5月,虎门大桥发生涡激振动,阻断交通动脉。学校的桥梁抗风团队火速驰援,以超常速度查明振动原因,提出抑振方案,为大桥恢复通车和后续安全运营提供了关键技术支撑;学校承担国家重点研发计划项目,全方位全过程参与港珠澳大桥建设,解决沉管隧道沉降、青州航道桥主桥施工监控等重大工程难题,为大桥提供了从规划设计、工程施工到安全运营、智能运维的全寿命周期技术服务;学校为被誉为“新世界七大奇迹”之首的北京大兴国际机场道面建养及地下综合管廊项目安全施工提供了技术保障;学校自主研发的北斗/GNSS监测系统,多次提前成功预警黄土滑坡;学校研发的灾害精准识别与风险防控技术,为川藏铁路等重大工程的灾害防治提供了技术支撑……

不仅如此,长安大学还在新时代聚焦交通强国需求,引领智慧交通新技术。学校主动对标国家战略需求,整合各方资源,建成我国首个数字交通基础设施重点平台;深度挖掘人—车系统安全实验平台功能;建设路网危险路段目标跟踪与感知、运行风险辨识与评估防控综合监控分析平台;借助北斗卫星系统启用北斗云实时监测预警平台……

突破,突破,再突破!长安大学以“敢为天下先”的宏大气魄,实现了一个又一个中国交通史上的创举,为建设交通强国贡献了“长大(长安大学)方案”。

长安大学无愧于交通运输领域“黄埔军校”之称。

华南理工大学

贡献最强“工科大脑”的智慧

作为立足于粤港澳大湾区腹地的“双一流”高校,华南理工大学在服务支撑地方基础建设及经济发展方面,一直发挥着巨大的作用。在港珠澳大桥工程中,华南理工大学立项的横向技术合作项目就超过20个,合同总金额近2000万元。从克服关键技术难题到推进桥梁项目整体施工,从监理大桥建设到为大桥工程同步培养人才,华南理工大学的优秀教师团队和杰出校友们全方位支撑了港珠澳大桥的建设,为其贡献了华工人的智慧和汗水。

一个硕士学位读了6年

“各位导师好,我的论文是《大型沉管隧道安装施工标准化管理探析》。”时间回到2014年12月10日,华南理工大学2011级港珠澳大桥岛隧工程首期工程硕士班举行毕业答辩,王有祥参与其中。据他回忆,当天同学们的出席率并不高,只有10多名学员来了。

那是因为2014年底,正是港珠澳大桥海底隧道沉管安装的关键时期。隧道沉管安装从2013年5月正式开始,严苛的外海环境和地质条件,使得施工风险不可预知,每一节沉管的安装都是一次新的挑战,工程师们丝毫不敢松懈。因此,班上超过三分之二的学员实在抽不出时间来完成毕业论文,只能申请延迟毕业。

海底隧道沉管一装便是5年,最忙的学员足足花了6年时间,才完成课程学分与论文写作的全部要求。港珠澳大桥主体工程岛隧工程项目总部测量部部长张秀振也是硕士班的学员之一。说起那段白天穿梭在东西人工岛,晚上回到营地上课,还得准备考试的日子,张秀振直言“压力不小”。即便华南理工大学的教师们贴心地来到营地授课,张秀振和大部分学员也不得不为项目的顺利推进而“翘课”。

港珠澳大桥建设工程是举世瞩目的世纪工程,岛隧工程作为其主体核心工程,涵盖当今世界岛隧桥多项尖端科技,要求之苛刻不言而喻。

讓张秀振印象最深的是,为了测量工作得到保障,测量部成立之初,林鸣便要求由他牵头,尽快建立一个适用于项目的风险管理体系。“因为港珠澳大桥的特殊性,国内外可供参考的经验几乎为零,如何是好?”硕士班的风险管理课程恰好为张秀振带来了启示。“后来我在毕业论文上,也对这方面做出了研究,得到了华南理工大学导师们的认可。”张秀振说。

如今,张秀振带领的团队早已完成大桥的建设任务。回忆过往,张秀振用“蝶变”来形容自己的收获,“港珠澳大桥是一本翻不尽的书,从这里学到的知识,注定让我终生难忘”。

在林鸣带领的团队中,有56位大桥建设者还在建设过程中顺利拿到了华南理工大学的建筑与土木工程硕士学位,真正做到了学以致用,理论与实践相结合!

港珠澳大桥建设中的 “华工智慧”

张肖宁教授团队提出的采用现代工业设备加工铺装材料的改进方案,让施工的效率提高了10倍;王荣辉教授团队完成了大桥主体工程部分关键技术的研究;苏成教授团队对钢箱梁与铺装结构在复杂环境与交通荷载作用下的力学行为进行了严密精细的结构分析,确认了铺装材料与结构的力学响应与技术要求;王湛教授团队承担了钢箱梁模型设计任务,在真实车轮荷载的作用下,该模型结构表现出了与实体结构完全一致的力学行为特性……

华南理工大学名片

华南理工大学原名华南工学院,最早可溯源至1918年成立的广东省立第一甲种工业学校(史称“红色甲工”),正式组建于1952年全国高等学校院系调整时期,是新中国“四大工学院”之一;1960年成为全国重点大学;1981年经国务院批准为首批博士和硕士学位授予单位;1988年更名为华南理工大学;1993年在全国高校中首开部省共建之先河;1995年进入“211工程”行列;2001年进入“985工程”行列;2017年进入“双一流”建设A类高校行列。

学校的轻工技术与工程、建筑学、城乡规划学、食品科学与工程、化学工程与技术、环境科学与工程、材料科学与工程、机械工程、管理科学与工程、马克思主义理论等学科整体水平位居全国高校前列;14个学科领域进入ESI全球排名前1%,其中,工程学、材料科学、化学、农业科学、计算机科学5个学科领域跻身ESI全球排名前1‰。

桃李英才满天下

新中国成立后,华南理工大学的一批知识分子用他们的激情与梦想,努力地站在学科的前沿,也引领着这所古老的校园不断向前。

华南工学院首任院长罗明燏,是一名赤诚的爱国学者,他毅然谢绝美国航空顾问委员会的高薪挽留,归来报效祖国;是一位传奇的“海陆空专家”,他主持和审查过的公路、桥梁、水坝、机场等大中型工程项目有200余项,为国家节约了巨额建设资金;是一名杰出的教育家,他以“办大学就要创一流”的办学理念,打造学校发展的高起点,为学校的发展奠定了坚实的基础。

“我愿意为青年的锦绣前程而操劳,我不能离开青年,如果让我离开青年,我会感到生命失去了意义。”这是冯秉铨的人生体悟。1956年全国高校第二次院系调整,华南工学院电讯工程系的师生员工和仪器设备大部分被调到了成都。在当时电讯工程系只有3名老师的情况下,冯秉铨不断努力,重建了电讯工程系,并使之成为在全国有影响力的名牌专业。1958年,冯秉铨主持研制的华南第一台模拟电子计算机在“全国教育与劳动生产相结合展览会”上大放异彩;1959年,他又主持研制成功了我国第一台俄汉文自动翻译电子计算机。在当时缺乏可供参考借鉴的图书资料的情况下,冯秉铨以一种蚂蚁啃骨头的精神,带领着队员,一步步地向尖端科学进军。

前辈学者们不仅怀着赤子之心治学,还将师者情怀沉淀为精神的沃土,他们的风范直接影响到后学。

时至今日,华南工学院的无线电技术专业50177(指的是无线电技术专业1977级,“501”为当年无线电技术专业的代码)“超级班”依然让人津津乐道。1977年的华南工学院无线电技术专业,培养出了“中国彩电三巨头”:创维集团创始人黄宏生、TCL董事长李东生和康佳集团前总裁陈伟荣。如今,“华工三剑客”依然是推动中国彩电产业发展的主要力量。

除此之外,“超级班”还走出了京信通信系统股份有限公司董事局主席霍东龄、德生通用电器制造有限公司董事长梁伟、中国传媒大学前校长苏志武……

另外,何小鹏、曾毓群、曾庆洪、沈晖、刘金成等,都是学校的优秀毕业生,他们在各自的领域均有出色的表现。

不管在哪一个时期哪一个领域,华南理工大学学子都将不服输的信念和严谨踏实的实干精神相结合,为学校、华南地区,乃至中国的发展发挥更大的作用!

在港珠澳大桥的建设过程中,从规划、测量、设计,到施工、运营、管理等,每一个环节都离不开相关专业人才的聪明才智,而这些人才主要来自我国各大高校。除了上述高校,还有以下高校在港珠澳大桥的建设中贡献了力量。

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本期作者
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