晚霞中的港珠澳大橋，青州航道橋索塔“中國(guó)結(jié)”造型

大橋的防震裝置設(shè)于橋墩之上。

梁內(nèi)可跑“小火車”的設(shè)計(jì)別出心裁。

港珠澳大橋橋底隧道東島出口。

大橋造型獨(dú)立又有整體感，詩(shī)意而富有變化。廣州日?qǐng)?bào)全媒體記者楊耀燁 攝

2月6日，港珠澳大橋主體工程完成交工驗(yàn)收，也意味著，這座被稱為“現(xiàn)代世界七大奇跡”之一的世界上最長(zhǎng)的跨海大橋正式具備了通車試運(yùn)營(yíng)條件。世人的目光再次聚焦這個(gè)超級(jí)工程。

它有著最長(zhǎng)的使用壽命，最長(zhǎng)的跨海長(zhǎng)度，上下落差近百米卻如在平路飛馳……不夸張地說(shuō)，港珠澳大橋代表了中國(guó)乃至全球的最高造橋水平，大橋的設(shè)計(jì)、技術(shù)規(guī)范已經(jīng)稱為新的標(biāo)桿，引領(lǐng)行業(yè)的最高水平。日前，記者實(shí)地探訪港珠澳大橋，聆聽設(shè)計(jì)者與制造者們講述這座雄偉大橋背后那一個(gè)個(gè)攻堅(jiān)的故事。尤其是來(lái)自廣州的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)的抗震設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化研究工作，以最高級(jí)別減震“托”起了大橋的安全。

文/廣州日?qǐng)?bào)全媒體記者 劉麗琴

圖/廣州日?qǐng)?bào)全媒體記者 駱昌威（除署名外）

速讀大橋

總投資1200多億元

總長(zhǎng)度：55公里

隧道：6.7公里（世界上長(zhǎng)度最大、埋置最深、體量最大的海底公路隧道）

橋長(zhǎng)：35.6公里，其中隧道約6.7公里，橋梁約22.9公里

人工島：兩座，東島會(huì)對(duì)游人開放，設(shè)有餐飲、免稅店等，西島用于大橋管理維護(hù)使用

使用年限：120年設(shè)計(jì)（內(nèi)地首次采用）

抗震：8度

防風(fēng)：16級(jí)

來(lái)自廣州的設(shè)計(jì)力量：房建工程的施工圖設(shè)計(jì)則是由總部在廣州的廣東省建筑設(shè)計(jì)院負(fù)責(zé)。此外，廣州地鐵設(shè)計(jì)院也提供過設(shè)計(jì)與施工咨詢，廣州大學(xué)工程抗震研究中心提供了大橋抗震方面的設(shè)計(jì)和相關(guān)技術(shù)專題研究。

整體設(shè)計(jì)

30年數(shù)據(jù)積累創(chuàng)最長(zhǎng)壽大橋

“在港珠澳大橋開車是什么感覺？”“爽！”與記者一同探訪大橋的司機(jī)立刻高聲答道。大橋橋面離海面最高50多米，最低的隧道入海40多米，上下落差達(dá)百米，相當(dāng)于30多層樓高。數(shù)據(jù)看著嚇人，但在橋上駕駛體驗(yàn)卻超一流，而這自然是靠合理而人性化的設(shè)計(jì)達(dá)到的。

港珠澳大橋管理局總工程師蘇權(quán)科表示，大橋先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念功不可沒。為建設(shè)成世界級(jí)的跨海通道，港珠澳大橋形成了“全壽命周期規(guī)劃，需求引導(dǎo)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)施工聯(lián)動(dòng)”的設(shè)計(jì)理念。為此，率先提出了“大型化、工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化、裝配化”的施工理念。把野外的作業(yè)放到工廠里制作，把高空的放到地面上，把海上的放到岸上，這樣就可以在工廠里生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化部件，就像造汽車一樣保證部件的質(zhì)量，再到海上像“搭積木”一樣拼接起來(lái)。這種理念在內(nèi)地也是第一次大規(guī)模應(yīng)用。

港珠澳大橋不僅是最繁忙的航道，還有著異常復(fù)雜的自然環(huán)境：在珠江口登陸的臺(tái)風(fēng)平均每年有一次，個(gè)別年份達(dá)四五次。同時(shí)這里位于東南沿海地震帶內(nèi)，還是中華白海豚自然保護(hù)區(qū)，生態(tài)環(huán)境極為敏感。尤其港珠澳大橋是內(nèi)地首次采用120年設(shè)計(jì)使用年限的大橋，這種世界頂級(jí)難度的挑戰(zhàn)是如何實(shí)現(xiàn)的呢？在“高溫、高濕、高鹽”的海洋環(huán)境下，土木工程的致命問題就是“海水腐蝕”。那么120年使用要求，最關(guān)鍵的是耐久性設(shè)計(jì)。

據(jù)了解，目前國(guó)內(nèi)外耐久性設(shè)計(jì)普遍采用經(jīng)驗(yàn)法或半定量法，而港珠澳大橋突破傳統(tǒng)，采用的是基于可靠度理論的定量設(shè)計(jì)方法，這是個(gè)在歐盟、美國(guó)等國(guó)家開展過研究，實(shí)際工程中未曾真正使用過的方法。這種方法需要有可反映結(jié)構(gòu)材料性能隨時(shí)間變化的大量工程數(shù)據(jù)。中交四航工程研究院通過對(duì)大量數(shù)據(jù)的篩選、完善，并按照可靠性設(shè)計(jì)方法進(jìn)行概率統(tǒng)計(jì)分析，最終建立了基于可靠度理論的“港珠澳模型”，依據(jù)該模型，確定了耐久性設(shè)計(jì)指標(biāo)。

據(jù)港珠澳大橋管理局副局長(zhǎng)余烈介紹，大橋前期準(zhǔn)備6年，施工期8年，從論證到施工分為很多階段，不同階段都有不同的設(shè)計(jì)牽頭公司。 因是粵港澳三方共建港珠澳大橋，大家采用的標(biāo)準(zhǔn)體系不同，因此通過研究分析，采用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)“就高不就低”的原則，形成了港珠澳大橋?qū)Ｓ玫囊惶讟?biāo)準(zhǔn)體系，目前這套標(biāo)準(zhǔn)已被中國(guó)公路學(xué)會(huì)作為團(tuán)體推薦標(biāo)準(zhǔn)，在行業(yè)內(nèi)推廣應(yīng)用。

景觀設(shè)計(jì)

珠聯(lián)璧合 360度無(wú)死角美顏

與不少地標(biāo)性大橋以色彩或造型裝飾標(biāo)新立異不同，港珠澳大橋的設(shè)計(jì)崇尚的是簡(jiǎn)潔質(zhì)樸，盡量減少裝飾，使用混凝土本色的原色。這樣的設(shè)計(jì)不僅可以省錢，更重要的是經(jīng)久耐用，在海洋環(huán)境下，“高溫、高濕、高鹽”的腐蝕性強(qiáng)，過多的裝飾和色彩反而顯得與環(huán)境不和諧，盡量保持建筑本來(lái)的顏色，可以保證最長(zhǎng)久的美觀效果。據(jù)余烈介紹，港珠澳大橋的景觀設(shè)計(jì)的理念是珠聯(lián)璧合，不僅是表明大橋連接三地，由三方共建，也顯示出大橋島、隧、橋完美融合，尤其晚上亮燈時(shí)，好似珠鏈連起像貝殼一樣的人工島。

作為地標(biāo)性項(xiàng)目，要做到上看下看前看后看360度無(wú)死角美顏效果并不是件容易的事。據(jù)中國(guó)中鐵大橋勘測(cè)設(shè)計(jì)院第二設(shè)計(jì)院第三設(shè)計(jì)所所長(zhǎng)鄭清剛介紹，港珠澳大橋管理局在橋梁設(shè)計(jì)之初就對(duì)景觀要求很高。比如在施工圖設(shè)計(jì)開始之前，僅對(duì)三座航道橋造型和景觀優(yōu)化就用了兩個(gè)月。

空間跨度大，讓港珠澳大橋全線有多個(gè)觀景視點(diǎn)，從觀景來(lái)看，大橋的景觀重點(diǎn)在西側(cè)，西側(cè)為珠海和澳門城區(qū)，觀橋的人數(shù)和視點(diǎn)較多，因此大橋的景觀設(shè)計(jì)幾經(jīng)修改。你以為除了中國(guó)結(jié)外其他兩個(gè)橋塔都是風(fēng)帆？其實(shí)一個(gè)是風(fēng)帆一個(gè)是海豚，雖然它們看著有些相像；你奇怪為什么三組橋塔會(huì)用不同造型？這是為了讓司機(jī)產(chǎn)生位置感，便于區(qū)分。

三座通航孔橋中，初步設(shè)計(jì)方案為九洲航道橋?yàn)榍€的帆形主塔，江海直達(dá)船航道橋?yàn)橹本€的獨(dú)柱式塔，而青州航道橋?yàn)閹д劢堑闹袊?guó)結(jié)方案，缺乏整體感。最終經(jīng)過不斷調(diào)整，九洲航道橋優(yōu)化為帆形主塔；江海航道橋造型變化較大，融合帆與白海豚的概念，造型上與九洲航道橋更為接近；青州航道橋則在中國(guó)結(jié)部位增加了曲線元素。改變后，三者造型獨(dú)立又有整體感，詩(shī)意而富有變化，造就了港珠澳大橋的特別美感和景觀。

抗震設(shè)計(jì)：

大橋“打太極” 卸下8級(jí)地震

在周福霖院士的指導(dǎo)下，由廣州大學(xué)工程抗震研究中心研究員、總工程師溫留漢帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)完成了港珠澳大橋橋梁工程抗震設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化研究工作。

溫留漢告訴記者，各種實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，大橋碰到地震時(shí)，裂縫通常會(huì)出現(xiàn)在橋墩底部。如果是跨海大橋，橋墩深入海底，很難進(jìn)行修復(fù)。經(jīng)過多方論證，決定大橋使用隔震減震技術(shù)。以往的大橋的設(shè)計(jì)基本是抗震設(shè)計(jì)，是針對(duì)特定的設(shè)防烈度進(jìn)行設(shè)計(jì)，一旦超出了設(shè)防烈度，橋梁會(huì)受損；以往大橋的設(shè)計(jì)叫小震不壞，中震可修，大震不倒，但一旦大震橋梁受損是不可避免的，會(huì)導(dǎo)致交通的中斷，維修困難。所謂隔震就是運(yùn)用隔震墊，阻止地震作用向上傳遞，從而達(dá)到減弱結(jié)構(gòu)地震反映的效果。相當(dāng)于把橋變軟，像太極一樣借力打力，以柔克剛，讓橋的主體不受損，把損壞控制在柔性部分。

雖然隔震技術(shù)運(yùn)用已經(jīng)有30多年的成熟經(jīng)驗(yàn)，但運(yùn)用在如此長(zhǎng)的跨海大橋上還是第一次。大橋的長(zhǎng)度和跨度會(huì)使地震傳導(dǎo)過程中出現(xiàn)時(shí)間差，時(shí)間差使地震對(duì)大橋造成的影響難以預(yù)計(jì)。而隔震墊材料選擇的是橡膠，一層橡膠隔一層鋼板，要求橡膠厚度的四倍水平方向變形不斷裂，材料并不貴，但對(duì)工藝的要求卻很高。港珠澳大橋采用了三種橡膠支座，包括摩擦板支座、高阻尼支座和鉛芯支座，都經(jīng)過了嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

廣州大學(xué)工程抗震研究中心主任、中國(guó)工程院院士周福霖告訴記者，大橋的抗震工程有三個(gè)挑戰(zhàn)性：第一是橋梁很長(zhǎng)；第二是對(duì)生態(tài)保護(hù)的要求比較高，有中華白海豚保護(hù)區(qū)；第三是大橋附近有幾條地震斷層，如果發(fā)生大的地震，對(duì)這樣長(zhǎng)的橋和地下隧道可能產(chǎn)生滅頂之災(zāi)。目前港珠澳大橋是世界上采用隔震減震最長(zhǎng)的跨海大橋。

周福霖表示，采用隔震減震技術(shù)后，8級(jí)以下地震大橋會(huì)安然無(wú)恙。即使碰到八九級(jí)以上地震，大橋本身也不會(huì)出現(xiàn)大的損壞，最多是大橋支座會(huì)出現(xiàn)損壞，但支座可以很方便地更換，從而保證大橋的安全。

大橋里的小心機(jī)

防風(fēng)抗震 橋里能跑“小火車”

去年8月，超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“天鴿”正面襲擊珠海，給珠海造成嚴(yán)重?fù)p失，但港珠澳大橋沒有受到損失，經(jīng)受住了14級(jí)臺(tái)風(fēng)的考驗(yàn)。事實(shí)上，大橋看起來(lái)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，但有很多為安全保駕護(hù)航的特色設(shè)計(jì)，可以說(shuō)滿滿都是“心機(jī)”：你在橋面上駕駛，想不到橋身中可能正有“小火車”在下面奔跑，及時(shí)完成檢修維護(hù)；橋身堅(jiān)硬，但橋墩支架上裝有柔軟有彈性的橡膠，碰到地震能“借力打力”確保大橋安全。隧道中每隔135米就有一個(gè)逃生門，可用于穿行隧道，還有消防自動(dòng)噴淋系統(tǒng)……

由于港珠澳大橋行程長(zhǎng)，為了快速處理橋上出現(xiàn)的情況和進(jìn)行維修保養(yǎng)，在大橋箱梁內(nèi)、梁底均配備了快速移動(dòng)的電動(dòng)檢查小車，這些“小火車”可以大大提高維養(yǎng)效率。這樣的維養(yǎng)設(shè)計(jì)意識(shí)也是在內(nèi)地大橋少見的，梁內(nèi)可跑“小火車”的大橋也是國(guó)內(nèi)僅有的。

主塔外側(cè)設(shè)置可拆卸的檢查車，塔內(nèi)還設(shè)置了爬梯、電梯，墩內(nèi)、墩外設(shè)置爬梯，全面實(shí)現(xiàn)可達(dá)、可檢、可維，通過常規(guī)巡查及時(shí)發(fā)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)銹蝕等問題，及時(shí)維護(hù)。