跨越伶仃洋的奇蹟——港珠澳大橋

2020-12-04 中國數字科技館

導語:2018年2月6日,港珠澳大橋主體工程已順利完成交工驗收,這意味著大橋已經具備通車試運營條件,離開通運營已經不遠了!幾日前,學姐有幸在港珠澳大橋管理局的帶領下,親自登上了港珠澳大橋,一睹其奪目的風採,深深被其震撼,至今仍對大橋念念不忘。本期專欄,學姐就帶你深度認識港珠澳大橋~

提到伶仃洋(也作零丁洋),你最先想到的是什麼?學姐最先想到的便是文天祥的《過零丁洋》:「惶恐灘頭說惶恐,零丁洋裡嘆零丁。人生自古誰無死,留取丹心照汗青!」道盡了作者被俘後對於國破家亡的悲憤,捨生取義的愛國精神和崇高的民族氣節。自此,伶仃洋便成為無數仁人志士心目中一個神聖的地方。

伶仃洋位於廣東省珠江口,北起虎門,南達香港、澳門,自古以來便是我國南大門上的一道防線。鴉片戰爭之前,這裡曾是英國向中國大肆販賣鴉片的集散地。1839年,林則徐的「虎門銷煙」震驚中外,英國以此為藉口發動鴉片戰爭,從伶仃洋長驅直入進入我國。最終中國戰敗,與英國籤訂了近代史上第一個喪權辱國的不平等條約《南京條約》,從此,香港被英國殖民者長期佔領,澳門也在1887年淪為葡萄牙的殖民地。可以說伶仃洋見證了我國逐步淪為半殖民地半封建社會的屈辱歷史。

隨著新中國的成立和改革開放的不斷推進,中國經濟持續快速發展,綜合國力不斷增強,國際地位不斷提升,香港、澳門也紛紛回歸祖國。20世紀80年代以來,為了促進香港、澳門與內地之間的交流和發展,香港與珠江三角洲東岸地區的陸路交通建設取得了明顯進展,有效推進了兩個地區之間的經濟互動和發展,但是香港和珠江西岸的交通聯繫卻一直比較薄弱,中間相隔的伶仃洋是一大阻礙。而如今,一座宛如巨龍的跨海大橋蜿蜒在伶仃洋上,即將貫通伶仃洋兩岸,進一步促進兩岸三地的經濟和文化交流,那便是舉世矚目的港珠澳大橋。

港珠澳大橋跨越伶仃洋,是在「一國兩制」框架下,粵港澳三地首次合作共同建設的超大型跨海交通工程,大橋東接香港特別行政區,西接廣東省珠海市和澳門特別行政區。港珠澳大橋包括海中橋隧主體工程,香港、珠海、澳門三地口岸和三地連接線,總長約55公裡,是目前世界上最長的跨海大橋。

(紅色部分為主體工程,黃色部分分別為大橋與香港、珠海、澳門的連接線)

受珠江阻隔,原來從香港到珠江西岸的陸路交通需要繞行虎門大橋,大約需要4個小時,而水路交通受天氣條件的影響又比較大。未來,港珠澳大橋開通後,從香港到珠海只需要半個小時。可以預見大橋開通後將極大地促進兩岸的交流和發展。

(綠色+藍色路徑為從香港至珠海繞行虎門大橋的路線)

港珠澳大橋的主體工程集橋梁、島嶼、隧道於一體,從珠海、澳門口岸開始首先是一段橋梁,經西人工島過渡至海底隧道,再經由東人工島與香港口岸的連接線相接。下面學姐就為大家詳細介紹一下大橋的三個組成部分。

1. 橋梁

主體工程橋梁部分長約22.9公裡,由三座通航孔橋(九洲航道橋、江海直達船航道橋、青州航道橋)和約20公裡的非通航孔橋組成。通航孔橋,顧名思義,就是能夠使通航船隻通行的孔橋。一般的跨通航海河的橋梁都會設計專門供通航用的橋孔,這些橋孔的跨度一般會比較大,能夠滿足通航船隻的通行要求,其他孔則不允許通航。

(風帆造型的九洲航道橋)

靠近珠海、澳門口岸的是九洲航道橋,有兩座橋塔,採用風帆造型。

(海豚造型的江海直達船航道橋)

中間的是江海直達船航道橋,其橋塔為海豚造型,有三座橋塔。據港珠澳大橋管理局的專家介紹,大橋橫跨的海域是「海上大熊貓」——中華白海豚的最大棲息地,是中華白海豚國家級自然保護區,中華白海豚也是香港回歸祖國的吉祥物。因此,在大橋建設過程中,建設方進行了詳細調研,從設計到具體施工,都充分考慮到了白海豚這一珍稀物種,努力將對白海豚的影響降到最低,也因此將此處的航道橋橋塔設計成了海豚造型。

(中國結造型的青州航道橋)

靠近香港一側的是青州航道橋,其橋塔為中國結造型,有兩座橋塔。最大的一個橋孔跨度達458米,主塔高度達163米,是港珠澳大橋跨度最大、主塔最高的通航孔橋。

伶仃洋上的航道十分繁忙,每天有數千隻船隻從這裡經過。細心的朋友可能觀察到了,橋梁段是彎曲的,而不是直的,這是為什麼呢?如果修成直的距離不是更短嗎?原來,橋的走向要與航道水流的方向垂直的,這樣船隻在穿過大橋下時不容易撞上橋墩。一般的江河裡水是向同一個方向流的,而海洋當中卻要複雜的多,不同航道水流方向不同,因此為了與航道保持垂直,大橋也就相應拐了幾個彎。實際上很多跨海大橋都是彎曲的,比如膠州灣跨海大橋、杭州灣跨海大橋等。

值得一提的是,由於橋墩在水下會對水流產生阻力,橋墩要儘可能少才能滿足珠江口的阻水比限制,這就要求橋梁的跨徑要儘量大;而抗震能力又要求橋梁上部結構的重量要儘量輕。常見的鋼筋混凝土結構很難達到這樣的要求,因此港珠澳大橋在深水區有15公裡採用了自重更輕、跨越能力更強、抗震性能更好的鋼結構,這也是我國首次在橋梁上部結構中大規模使用鋼箱梁。

2.海底沉管隧道

可能有朋友要問了,為什麼不直接建一座完整的橋,偏偏要在橋中間加一段海底隧道呢?要知道建海底隧道可比跨海大橋難度大得多,難道是為了「炫技」?

前面我們提到了,伶仃洋上的航道十分繁忙,而靠近香港的地方有一條深水航道,是大型船隻在這片海域通行的唯一通道。目前可以滿足10萬噸級別的船通行,遠期要滿足30萬噸的通航需求,這就要求橋面高度必須高於80米,橋的跨度也需要足夠大,這樣相應橋塔的高度要將近200米。而離該航道不遠的地方就是香港國際機場,又是世界上最繁忙的航空港之一,機場的航線上不允許有超過88米的建築物存在。因此,為了同時滿足伶仃洋航道通航的需求以及香港機場限高的要求,只能將通道建在海底。所以,這可不是什麼「炫技」,而是綜合各種因素之後的最優解決方案。

港珠澳大橋的海底隧道長約6.7公裡,是目前世界上最長的海底沉管隧道。那麼何為「沉管隧道」?我們知道山體上的隧道一般是通過各種方法直接在山體挖出一條通道,海底的隧道也可以用類似的方法,直接在海底巖石層用炸藥爆破,或者用盾構機進行挖掘。而沉管隧道則是海底預先挖好溝槽,再鋪裝碎石作為基床;在工廠內預製好一節一節的沉管,然後將沉管運輸至需要鋪裝隧道的位置,下沉放置到基床上並依次拼裝而成,不需要在海底現場施工挖隧道。

(沉管海底拼裝)

港珠澳大橋海底沉管隧道共由33節巨型沉管拼接,每節沉管有兩個孔和一個管道,長約180米,寬37.95米,高11.4米,一個沉管重大約8萬噸,相當於一艘航空母艦的重量。

(沉管橫截面,左右兩孔分別為雙向兩車道,中間為管道)

要將如此重的沉管在海底完成精準對接,且位於伶仃洋最繁忙的通航水域,操控難度可想而知。海底拼裝的最大作業水深超過了40米,為了滿足對接的精度要求,建設團隊研發了多項大型關鍵技術和設備,均達到了世界領先水平。

3.人工島

海上的橋與海底的隧道是無法直接連接在一起的,中間需要有一座島來進行過渡。然而,周圍並沒有這樣的島可以使用,唯一的解決辦法就是修建人工島,於是便有了港珠澳大橋上的兩座人工島。

而這片水域海底的淤泥很厚,大概有15-20米厚。我們知道在淤泥上放置物體是很容易滑走的,要想在淤泥上建島,傳統的做法首先需要將淤泥都清理走,而將這麼厚的淤泥全部清理走工程量十分浩大,也會對海洋環境造成很大的破壞。於是人工島的建設採取了一種新的方法——深插式鋼圓筒圍護快速成島工藝。即用一組鋼圓筒插入海底深處,固定在海床上,圍成一圈,然後在中間填土形成人工島。

每個鋼圓筒的直徑達22.5米,高50米左右,重達500多噸。這些鋼筒能夠起到穩固的作用,這樣再往中間填沙子、土,就不會再順著淤泥滑出去了,也就不用再移動淤泥。這種方法的使用在我國可以說是史無前例的。

聽完學姐的介紹是不是對大橋心生嚮往、蠢蠢欲動?學姐再向大家推薦一部紀錄片,是CCTV於2017年推出的《港珠澳大橋》,感興趣的朋友可以點擊以下連結觀看,了解更多關於港珠澳大橋的故事。讓我們一同期待大橋通車的那一天!

1.紀錄片《港珠澳大橋》20170630上集

2.紀錄片《港珠澳大橋》20170701下集

(本文部分圖文素材由港珠澳大橋管理局提供,特此鳴謝)

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