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世界桥梁史上的奇迹是如何创造的(图)
2018-10-24 08:44:44  华龙网-重庆日报    
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【声明】:转载《中国公路》《中国交通信息化》《中国高速公路》《中国交通建设监理》稿件须经书面授权。索取授权书 QQ: 6673744。

  人物名片

  孟凡超,出生于1959年,四川遂宁人,重庆交通大学1978级桥梁与隧道专业学生,中国交通建设股份有限公司副总工程师,全国工程勘察设计大师,港珠澳大桥总设计师。受访者供图


俯瞰港珠澳大桥珠海口岸。

  港珠澳大桥青州航道桥亮起美丽的淡紫色灯光,在美丽晚霞和蔚蓝海面的映衬下,格外梦幻。


位于珠海牛头岛的预制沉管厂出海口。

  落日下,港珠澳大桥西人工岛恰如镶嵌在大海中的宝石。本版图片除署名外均由记者郑宇摄

  辛苦遭逢起一经,干戈寥落四周星。

  山河破碎风飘絮,身世浮沉雨打萍。

  惶恐滩头说惶恐,零丁洋里叹零丁。

  人生自古谁无死?留取丹心照汗青。

  1278年,宋代大臣文天祥在广东兵败被俘。翌年,他被押送经过珠江口外的海域时,留下了这首著名的诗作——《过零丁洋》。 如今,文天祥发出千古慨叹的伶仃洋(又称零丁洋),已是世界上最繁忙的航道之一。

  在这片广阔的海面上,有一座大桥于10月23日正式开通了。它,就是港珠澳大桥。

  这座大桥历时6年论证、9年建设,全长55公里,集桥、岛、隧一体,创造了多项世界第一,获454项专利,堪称世界桥梁史上的珠穆朗玛峰。

  令人自豪的是,有近3000名重庆人参与了这座大桥的建设,他们用智慧和汗水成就了属于重庆的骄傲。今年4月,重庆日报曾特派记者到大桥现场实地采访,对港珠澳大桥中的重庆元素进行了全媒体系列报道。

  除此之外,在大桥建设中,还有一些人与重庆有着难于割舍的关系,孟凡超,便是其中的佼佼者。

  通车前夕,这位昔日重庆交通大学1978级桥梁与隧道专业学生,如今的港珠澳大桥总设计师,就为何要建这座大桥,依据怎样的理念、标准设计这座大桥,建设过程中突破了哪些技术难题,在渝的大学教育对自己今后的职业生涯奠定了怎样的基础等问题,接受了重庆日报记者的独家专访。

  实现粤港澳1小时交通生活圈

  记者:港珠澳大桥历时9年时间的建设,耗资上千亿。那么,我们为什么要在珠江口建这座大桥?

  孟凡超:港珠澳大桥是我国继三峡工程、青藏铁路、京沪高铁之后又一个重大基础建设项目。

  为什么要建这座大桥?我们先看看它所处的地理位置。在伶仃洋半径60公里以内,有11个珠三角的大中城市,包括广州、深圳、佛山、珠海、东莞、中山、惠州、江门、肇庆等9个市,以及香港、澳门两个特别行政区。

  国家致力于将珠三角沿线打造成大湾区。如果这11个城市形成一个城市群、经济圈,共同发展,未来这里会与美国纽约湾区、旧金山湾区和日本东京湾区并肩,成为国家建设世界级城市群和参与全球竞争的重要空间载体。

  记者:有人说,港珠澳大桥让粤港澳1小时交通生活圈变成了现实。此话如何理解?

  孟凡超:以前,珠江口上除了一座位于东莞的虎门大桥外,中间就再没有第二个通道。由于天堑的阻隔,珠江西岸与香港之间的陆路需绕行虎门大桥,导致珠三角西岸经济发展相对滞后。

  如何真正激活这一地带,打破桎梏其经济发展的壁垒,进而促进珠三角沿线的提档升级,实现粤港澳1小时交通生活圈至关重要,这是建设港珠澳大桥最直接的目的。

  我们从地图上看,港珠澳大桥从珠海抬起左脚、从澳门迈开右脚,一路向东伸向香港,形成一个大大的“Y”字。大桥建好以后,驱车从香港到珠海、澳门的时间将由以前的约3个小时缩减为约45分钟,让粤港澳1小时交通生活圈变成了现实,珠三角等沿线城市成为一个超级城市群,这有助于粤港澳大湾区的发展。

  集桥、岛、隧一体的完美呈现

  记者:港珠澳大桥全长55公里,集桥、岛、隧一体,是世界上最长的跨海大桥。英国《卫报》将其称为“世界第七大奇迹”。您是基于怎样的理念带领团队设计这座大桥的?

  孟凡超:2004年初,港珠澳大桥建设的前期工作正式启动。我们公司承担起大桥工程前期规划的牵头工作,整个团队涉及交通、经济、规划、水文、气象、地质、环保等多个专业,全国涉及的总人数有1000余人,核心成员有六七十人。

  关于港珠澳大桥的总体设计理念,我总结出“7个性”:即战略性、创新性、功能性、安全性、环保性、文化性、景观性。

  说到港珠澳大桥的功能性,就涉及到桥位的选择。在综合考量三地的车流、人流,以及现在和未来的交通状况等因素后,在珠海我们选择了拱北海关,澳门在东方明珠,香港则是在与机场高速相联的大屿山公路东涌点,这样对三地来说都是最便捷的位置。

  记者:从桥的构成来看,港珠澳大桥为什么是桥、岛、隧三种方式的集群组合?

  孟凡超:这就是我想说的大桥的安全性。港珠澳大桥不仅仅是桥,更是一个跨海集群工程,由桥、岛、隧三部分组成。通常来讲,桥型可以分为梁式桥、拱式桥、悬索桥、斜拉桥等四种类型。但是港珠澳大桥太长了,单一的桥型无法满足建桥所需的力学结构,也就无法保证大桥的安全性。

  因此,在设计桥型的时候,我们需要分段考虑。首先,珠江口是一条世界级的战略航道,最繁忙的时候,这里每天有4000多艘轮船在海面上通过。根据预测,未来还会有30万吨级的海船需要通过,那么就要留下足够宽的主航道。其次,港珠澳大桥的桥位所在海域靠近香港机场,每天有1800多架的航班从这里起降,白天每隔一两分钟就有一班,因此,桥不能修得太高。

  综合以上两点,必须启动修建海底隧道,以留够宽阔的海域通航30万吨级海轮,又不至于影响飞机起降,且需要建人工岛把隧道两头连接起来。除此之外,我们把其余主体桥梁工程设计为3座通航孔桥:九洲航道桥、江海直达船航道桥、青州航道桥。这三段通航孔桥都是斜拉桥,按照桥墩之间的距离不同,分别通行5000吨、1万吨、几万吨等不同吨级的轮船。

  记者:港珠澳大桥远远望去如一条玉带飘落在伶仃洋上,非常壮观,也非常优美。把大桥设计成弯弯曲曲的形状是基于什么原因?您曾经说过港珠澳大桥不仅是一座桥,还是有血有肉的文化载体,那么港珠澳大桥的文化元素体现在什么地方?

  孟凡超:关于大桥的设计线形,我们更多的还是从技术层面上来考虑的。因为珠江口有30多公里宽,每一处的水流方向、速度都是不一样的。从工程的角度讲,桥墩的轴线方向应和水流的流向大致平行,以尽量减少阻水率,否则大桥就会成为珠江口的一道大坝。再者,大桥设计成弯曲的形状,可以避免驾驶员产生视觉疲劳。

  当然,作为一座里程碑式的跨海大桥,港珠澳大桥的交通功能只是它的一个基础性的设计旨要,它的文化打造和追求,是它更高境界的使命,所以它必须是一个有血有肉、有骨有魂的文化载体。这座大桥的文化元素主要体现在“风帆”“海豚”“中国结”等三处桥塔上。其中2座“风帆”塔寓意扬帆起航;3座“白海豚”塔取意人与自然和谐共生;2座“中国结”塔因为所处位置靠近香港,所以寓意三地携手共进、永结同心。我最感得意的就是整座大桥因地制宜,与当地的海洋文化、地域文化相得益彰,从而成为伶仃洋上独特的标志性建筑。

  “四化”建设让大桥工期缩短了2年

  记者:港珠澳大桥创造了多项世界第一,解决了很多世界级难题。为什么大桥要按照120年的使用寿命来设计?120年的使用寿命意味着什么?

  孟凡超:设计并确保港珠澳大桥要有120年的使用寿命,其实这里面没有太多的玄机。因为香港、澳门采用的是欧洲标准,这样级别的大桥就应该以120年为使用寿命的标准。

  120年的使用寿命意味着大桥要能够抵抗120年内可能出现的自然灾害,如8度地震、16级台风,可应对120年内海水、大气等对大桥结构的侵蚀,可承受120年汽车行驶带来的疲劳损伤等等,保持安全。

  记者:如何保证大桥120年的使用寿命?

  孟凡超:这就非常关键了。我们遵照甚至高于香港采用的120年建造标准进行施工质量控制,比如对混凝土保护层厚度,耐腐蚀钢筋、岛隧工程沉管钢筋的尺寸精度,水下沉管对接误差等,都制定了非常严苛的规定。

  记者:在建设过程中,怎么实现这些标准?

  孟凡超:业界对港珠澳大桥的评价是世界桥梁史上的珠穆朗玛峰。这项世界超级工程不仅所有环节都堪称精细、完美,而且这座大桥自2009年底正式开建以来,没有出现过一起安全事故。因为在港珠澳大桥的建设过程中,我们采用了大型化、工厂化、标准化、装配化(即“四化”)的方式来建设。

  记者:怎么理解这“四化”,能不能举点例子?

  孟凡超:按过去建桥的老办法,就是千军万马到现场去,人工浇筑水泥墩台,然后再一块块地焊接桥身的钢箱梁。但是,港珠澳大桥不这么建了。

  怎么建?比如建大桥桥梁使用的钢箱梁体,每段长约110米左右;建海底隧道用的33节沉管,每节重约8万吨;建人工岛的120个钢圆筒,每个直径和篮球场一样大,高相当于18层楼……都是大得不得了的家伙!但它们都是分别先在各个工厂预制好,然后用特种装备运到现场进行装配,整个像流水线一样操作,这就是“四化”。

  所以港珠澳大桥建设这几年,除了建东、西人工岛时海上工人多一些以外,其余时候海面上只有大型船舶和大型起吊设备,工人并不多。

  记者:先把建造大桥的一个个构件做好,再到海上安装。这种颠覆性的建桥方式,有什么好处?

  孟凡超:直接地说,这种建桥方式,可以有效地避免海上建桥的风险。比如说,参与整个港珠澳大桥建设的工人,前后加起来有3万余名,工程量十分浩大,如果一旦有台风、海啸等发生,工人发生伤亡怎么办?建桥期间,我们遇到几次大的台风,因为采取“四化”的方式施工,海上现场人数较少,所以转移起来很快,经济损失也小。

  还有,如果采取传统的办法建桥,如此长时间的施工,对海域的污染也是无法估量的。

  再者,这样流水线、标准化的作业方式,使建设整座大桥的每一个流程、环节都实现了机械化、自动化、信息化,从而保证了港珠澳大桥的高质量,同时也可以大大地缩短工期。比如三座海豚塔的安装,前期在基地已经进行了一两年的论证、模型演练等,每一个操作流程都进行了极为细致的考虑,因此现场安装一座塔只用9个小时。

  总之,因为“四化”建设,港珠澳大桥工期整整缩短了2年。

  重庆是一支非常重要的建设力量

  记者:有一种说法是,攀越了港珠澳大桥这座珠穆朗玛峰后,我国从桥梁大国成为了桥梁强国。您是否认同这样的说法?

  孟凡超:自2009年开建以来,港珠澳大桥以国际视野、国际能力、国际胸怀,一直备受关注。它的建设完成,是改革开放40年综合国力的具体体现,标志着我国今后在桥梁建设方面,可以很“任性”。

  此前,业界谈论最多的是韩国釜山港大桥、瑞典厄勒海峡大桥、土耳其博斯普鲁斯海峡大桥,但港珠澳大桥建成后,综合难度已经超越前几个标志性的跨海工程。

  在完成建设港珠澳大桥的这些年中,我们前后实施了300多项课题研究,形成了60多份技术标准,获得454项专利,创新了海上装配化桥梁、超长外海沉管隧道、海上人工岛等方面的设计与施工理论,形成了拥有自主知识产权的核心技术,建立了建设跨海通道的工业化技术体系。这为我们今后建更长、更大规模的跨海大桥,积累了宝贵的经验。

  记者:您是重庆交通大学毕业的优秀学子,大学教育对您今后的职业生涯奠定了怎样的基础、产生了怎样的影响?对如今的交大学子,您想说些什么?

  孟凡超:我是1978年进入重庆交通大学的,当时叫重庆建筑工程学院。在重庆的这四年,不仅让我接受到良好、系统的大学教育,而且重庆这座城市也给我留下了深刻的印象。作为一座山水之城,重庆独特的山城地貌和两江环绕,让如今的重庆总共有4500多座桥梁,数量多、规模大,桥梁技术水平高,影响力也很大。比如长江大桥复线桥是世界跨径最大的连续刚构桥,菜园坝长江大桥是世界跨径最大的公轨两用结构拱桥,朝天门大桥是世界跨径最大拱桥……早在2005年,重庆就被茅以升桥梁委员会认定为中国的“桥都”。所以,这次建设港珠澳大桥,重庆是一支非常重要的力量。

  九层之台,起于累土。我在母校接受的教育,为我今后的事业发展打下了坚实的基础。我记得当时全校一共有城市规划、土木工程、道桥工程等六七个系,2000多人。我就读的道桥工程系有4个班,140余人,设桥梁与隧道和公路工程两个专业,我学的是桥梁与隧道专业。

  那时候我们的生活很单纯,平均每天6节课,其余时间就是自习、做作业,大家都非常珍惜来之不易的读书机会。校长、老师都寄语大家:国家百废待兴,人才青黄不接,大学生是栋梁之才,一定要好好学习,为国家建设努力。

  教“结构力学”的王向坚、教“拱桥”的王世槐、教“梁式桥”的汤国栋、教“悬索桥”的徐君兰……这些老师都给了我很大的影响,他们严谨的治学精神以及举一反三的思维方式,让我获益终生。

  大学毕业的时候,我以每门课平均90分以上的成绩分配到北京工作,一直就做桥梁设计。我有时会回到重庆,参加一些桥梁方面的学术研讨会,或者回母校作讲座。

  我想给交大学子说的便是庄子的那句名言:“吾生也有涯,而知也无涯。”学习是一件终生都要为之执着追求的事,所以必须保持一颗进取的心,持之以恒。愿母校的学子们,为将我国建设成为世界桥梁和交通技术强国而不懈奋斗。

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