經(jīng)過近8年的建設(shè)，全長55公里、被稱為“工程界的珠峰”的港珠澳大橋迎來正式通車的歷史性時(shí)刻。大橋開通儀式于23日上午在廣東珠海舉行，習(xí)近平出席儀式并宣布大橋正式開通。

港珠澳大橋如一道彩虹橫跨伶仃洋——它是當(dāng)今世界最長的跨海通道，連接香港大嶼山、澳門半島和廣東省珠海市。主體工程“海中橋隧”長超過35公里，海底隧道長約6公里，橋梁長約22.9公里。尋常人不知道的是，在這座大橋技術(shù)最難的節(jié)點(diǎn)人工島及隧道部分，處處體現(xiàn)了“同濟(jì)元素”。同濟(jì)大學(xué)原常務(wù)副校長李永盛介紹，“同濟(jì)啃的都是‘硬骨頭’?！?/p>

港珠澳大橋

英文名：Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge

全長：55公里

設(shè)計(jì)壽命：120年

總投資：1000億元以上

開工時(shí)間：2009年12月15日

通車時(shí)間：2018年10月23日

中國建設(shè)史上里程最長、投資最多、施工難度最大的跨海橋梁項(xiàng)目

人工島筑成，同濟(jì)帶來核心技術(shù)

東人工島好似“蠔貝”（港珠澳大橋管理局）

因?yàn)橄愀蹤C(jī)場(chǎng)的標(biāo)高及伶仃洋主航道要求的限制，港珠澳大橋必須采用隧橋模式，隧橋轉(zhuǎn)換就得在汪洋大海中建設(shè)人工島。構(gòu)建人工島用什么方式穩(wěn)妥？傳統(tǒng)的方式是海中選址圍堰，拋石成堤，然后抽干堰內(nèi)積水，筑建成島，但這樣會(huì)對(duì)附近水域的白海豚造成危害，且影響這條繁忙水道的航行，工期漫長；還有一種方式，先打樁，用擠密砂樁圈起圍堰，抽干水然后再筑島。同濟(jì)學(xué)者馬險(xiǎn)峰在“外海厚軟基橋隧轉(zhuǎn)換人工島設(shè)計(jì)與施工關(guān)鍵技術(shù)”中的研究成果支撐了擠密砂樁設(shè)計(jì)中若干難題的解決。

中國首創(chuàng)的深插鋼圓筒快速筑島技術(shù)，創(chuàng)造了221天完成兩島筑島的世界工程記錄。

何謂擠密砂樁？就是利用振動(dòng)錘將套管振動(dòng)打入至規(guī)定土深，向套管內(nèi)投入砂子，通過套管的反復(fù)起拔和下壓并施以振動(dòng)，使砂子經(jīng)振壓而密實(shí)，形成砂樁。可這項(xiàng)技術(shù)的難點(diǎn)在于，鋼筒打入淤泥并深入至20余米后其圍合的地基如何加固，再者就是如何解決異常軟弱的海底地基的穩(wěn)定和沉降問題?！拔覀兊闹饕芯咳蝿?wù)是要得出擠密砂樁復(fù)合地基在加載之后的砂樁荷載與位移變化關(guān)系、樁土應(yīng)力分配以及砂樁周圍孔隙水壓力的變化規(guī)律，以確定影響擠密砂樁復(fù)合地基承載力和變形的關(guān)鍵因素”，馬險(xiǎn)峰介紹。

東人工島（圖/港珠澳大橋管理局）

馬險(xiǎn)峰團(tuán)隊(duì)沒有讓建設(shè)者失望，他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果都在工程中得到了應(yīng)用，成為設(shè)計(jì)與施工的重要參考數(shù)據(jù)。同濟(jì)團(tuán)隊(duì)帶來的數(shù)據(jù)讓工程設(shè)計(jì)與施工吃了定心丸。隨后，一根根由振華制造的直徑22米、高40.5米的鋼筒，打入了海底，最終圍成了東西兩個(gè)人工島。“如果使用常規(guī)技術(shù)，建這樣的兩個(gè)人工島起碼要一年半，采用圓鋼筒成島，東西人工島成島僅用了7個(gè)月”，馬險(xiǎn)峰驕傲地說。

隧道抗震，同濟(jì)為其把脈

去年5月，港珠澳大橋隧道最后一節(jié)沉管——12米的最終接頭成功安放，標(biāo)志著大橋建設(shè)中難度最高的隧道工程難題被征服。

沉管舾裝浮運(yùn)

隧道工程難題無數(shù)，每節(jié)8萬噸的沉管如何舾裝浮運(yùn)，萬一沉管沒接好怎么辦？如此長大的沉管在海底萬一遇上地震又該如何？諸多難題擺進(jìn)了同濟(jì)的實(shí)驗(yàn)室，均被一一攻克。

隧道抗震實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

“沉管隧道在地震條件下安全性的試驗(yàn)研究，日本、歐美等國都開展過，但像港珠澳大橋這樣的超長海底隧道地震反應(yīng)，尚未見到研究成果。”同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院地下系教授袁勇組成一支團(tuán)隊(duì)，擔(dān)下重任?！暗卣鸢l(fā)生時(shí)，其沖擊波可能是縱向的，可能是橫向的，也可能是縱橫混合的。對(duì)物體的沖擊力可能是擠壓、抬升、扭曲，也可能是多點(diǎn)、多類型受力狀態(tài)”，袁勇說，在平均水深超過40米、深厚淤泥上的隧道要想在8度設(shè)防烈度地震的極端狀態(tài)下不發(fā)生扭曲變形，就得有可靠的試驗(yàn)和精準(zhǔn)的計(jì)算。

澳大橋沉管隧道最終接頭由起重船“振華30”吊裝進(jìn)入海底（圖/中新網(wǎng)）

沉管隧道土——結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用快速實(shí)用計(jì)算方法研究、多點(diǎn)非一致地震激勵(lì)下超長沉管隧道地震響應(yīng)快速分析方法、沉管隧道減震控制技術(shù)、沉管隧道振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)?zāi)M技術(shù)……千百次的實(shí)驗(yàn)，一項(xiàng)項(xiàng)技術(shù)難關(guān)被攻克，最終，袁勇團(tuán)隊(duì)拿出了“海外厚軟基大回淤超長沉管隧道設(shè)計(jì)與施工關(guān)鍵技術(shù)”的抗震方案。

沉管預(yù)制車間 深不見底的伶仃洋，巨大的沉管萬一下去了，這節(jié)跟那節(jié)不合接不上怎么辦，接上了但漏水呢，剛接上好好的過些日子因?yàn)槌两涤滞崃四?？丁文其教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)港珠澳大橋沉管隧道接頭張開位移量控制技術(shù)，可保證沉管對(duì)接嚴(yán)絲合縫、萬無一失。 丁文其介紹，沉管隧道安裝涉及到的問題包括地基不均勻沉降、大回淤、高水壓、沉船、車輛荷載、潮水變化、地震、溫度作用、混凝土收縮徐變等，都會(huì)影響到沉管隧道接頭處的狀況；還有結(jié)構(gòu)受力、防水要求、止水帶選型和施工對(duì)管節(jié)接頭和節(jié)段接頭的影響。2011年5月港珠澳大橋沉管隧道建設(shè)之初，丁文其團(tuán)隊(duì)承擔(dān)的“沉管隧道接頭張開位移量控制技術(shù)研究”也緊張開展起來。兩年多的時(shí)間里，丁文其多次前往施工現(xiàn)場(chǎng)，通過理論分析和數(shù)值模擬，計(jì)算了數(shù)百種組合工況下節(jié)段式沉管隧道的接頭張開位移量，確定了管節(jié)與節(jié)段變形特性與張開量控制指標(biāo)。 三個(gè)大跨度通航孔橋抗風(fēng)沒有問題 2009年開建的港珠澳大橋，橋梁部分很長，由于技術(shù)成熟，且采用工廠化預(yù)制海上安裝的工法，工程進(jìn)展神速。但是，海況復(fù)雜的茫茫伶仃洋上，主航道橋梁抗風(fēng)是個(gè)問題。 港珠澳大橋有三個(gè)大跨度通航孔橋，包括青州航道橋（主跨458米雙塔空間索面鋼箱梁斜拉橋）、江海直達(dá)船航道橋（主跨2×258米三塔中央索面鋼箱梁斜拉橋）和九洲航道橋（主跨268米雙塔中央索面鋼箱梁斜拉橋）。它們?cè)陲L(fēng)高浪急的伶仃洋上是否能淡定從容，穩(wěn)穩(wěn)地把港珠澳三地通行的使命扛在肩上？

深不見底的伶仃洋，巨大的沉管萬一下去了，這節(jié)跟那節(jié)不合接不上怎么辦，接上了但漏水呢，剛接上好好的過些日子因?yàn)槌两涤滞崃四?？丁文其教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)港珠澳大橋沉管隧道接頭張開位移量控制技術(shù)，可保證沉管對(duì)接嚴(yán)絲合縫、萬無一失。

丁文其介紹，沉管隧道安裝涉及到的問題包括地基不均勻沉降、大回淤、高水壓、沉船、車輛荷載、潮水變化、地震、溫度作用、混凝土收縮徐變等，都會(huì)影響到沉管隧道接頭處的狀況；還有結(jié)構(gòu)受力、防水要求、止水帶選型和施工對(duì)管節(jié)接頭和節(jié)段接頭的影響。2011年5月港珠澳大橋沉管隧道建設(shè)之初，丁文其團(tuán)隊(duì)承擔(dān)的“沉管隧道接頭張開位移量控制技術(shù)研究”也緊張開展起來。兩年多的時(shí)間里，丁文其多次前往施工現(xiàn)場(chǎng)，通過理論分析和數(shù)值模擬，計(jì)算了數(shù)百種組合工況下節(jié)段式沉管隧道的接頭張開位移量，確定了管節(jié)與節(jié)段變形特性與張開量控制指標(biāo)。

三個(gè)大跨度通航孔橋抗風(fēng)沒有問題

2009年開建的港珠澳大橋，橋梁部分很長，由于技術(shù)成熟，且采用工廠化預(yù)制海上安裝的工法，工程進(jìn)展神速。但是，海況復(fù)雜的茫茫伶仃洋上，主航道橋梁抗風(fēng)是個(gè)問題。

港珠澳大橋有三個(gè)大跨度通航孔橋，包括青州航道橋（主跨458米雙塔空間索面鋼箱梁斜拉橋）、江海直達(dá)船航道橋（主跨2×258米三塔中央索面鋼箱梁斜拉橋）和九洲航道橋（主跨268米雙塔中央索面鋼箱梁斜拉橋）。它們?cè)陲L(fēng)高浪急的伶仃洋上是否能淡定從容，穩(wěn)穩(wěn)地把港珠澳三地通行的使命扛在肩上？

同濟(jì)人拿出了方案。以青州航道橋?yàn)槔?，采用主梁小、大比例?jié)段模型測(cè)振風(fēng)洞試驗(yàn)，主梁、橋塔節(jié)段模型測(cè)力風(fēng)洞試驗(yàn)，橋塔自立狀態(tài)氣彈模型、全橋氣彈模型風(fēng)洞試驗(yàn)的方法進(jìn)行其抗風(fēng)研究。橋塔試驗(yàn)表明，即使在風(fēng)速65米/秒的風(fēng)中橋塔也未出現(xiàn)自激和發(fā)散性的馳振現(xiàn)象。試驗(yàn)建議青州航道橋斜拉索采用加螺旋肋條的斜拉索，并增加拉索附加阻尼的方法抑制風(fēng)雨激振。同濟(jì)團(tuán)隊(duì)還建議，通過合理設(shè)計(jì)的橋塔區(qū)域局部風(fēng)障，改善橋塔附近的風(fēng)環(huán)境，提高全橋的行車安全標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速。今年9月，被稱為史上最強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“山竹”正面襲擊珠三角，香港、澳門、深圳、珠海全線告急，而大橋則經(jīng)歷巨風(fēng)考驗(yàn)，安然無恙。

同濟(jì)智慧開展一場(chǎng)史無前例的“地下穿針”

2017年4月10日，隨著最后一項(xiàng)控制性工程——拱北隧道的全隧貫通，港珠澳大橋珠海連接線主體工程全線貫通。

拱北隧道全長2741米，由海中隧道和城市地下隧道組成。其中結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、施工難度最大、施工方法最特殊的是僅255米的拱北隧道暗挖段。拱北隧道土層軟弱，富含地下水，承載力低，被稱為“漢堡包”地層，就像“漢堡包”中的夾心肉一樣。因?yàn)榈孛嫒肆髅芗?，加上地下水水位高，隧道斷面超大、覆土超淺，地質(zhì)條件復(fù)雜，暗挖施工難度可想而知。“在熙來攘往的拱北口岸，隧道施工絕不能發(fā)生漏水和地面塌陷，無論何種方法施工首先要做的就是必須保證地面變形在可控范圍內(nèi)?！蓖瑵?jì)大學(xué)胡向東教授說。

用什么方法才能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)？胡向東與各方專家一起探索研究，最終敲定管幕凍結(jié)法。管幕凍結(jié)法是“管幕+凍結(jié)預(yù)支護(hù)、礦山法暗挖”的施工方法。其中，管幕是圍繞隧道四周、沿隧道全長布置的大型鋼管，以強(qiáng)筋健骨保護(hù)隧道施工安全；而凍結(jié)則是把鋼管之間及周圍土體凍結(jié)成凍土，形成止水帷幕。這段暗挖工程最終確定的管幕由36根直徑1.62米的鋼管組成，圍成一個(gè)寬18米、高22米的橢圓形隧道開挖斷面，其高度相當(dāng)于7層樓的高度。

巡查拱北隧道的凍結(jié)狀況

不同于一般的凍結(jié)法，這里的隧道線路為曲線，無法在土層中布設(shè)凍結(jié)管。可行的途徑是把凍結(jié)管布置在管幕的大鋼管里，但這種做法國內(nèi)外并無成例，因?yàn)椴慌c土體接觸的凍結(jié)管是否能把土體凍住、常年暑熱的南方凍土如何抗弱化、如何限制凍脹避免地面隆起等三大難題，誰也沒有把握。胡向東團(tuán)隊(duì)迎難而上，提出“凍起來、抗弱化、限凍脹”的方案，用圓形凍結(jié)管、異形凍結(jié)管和凍土限位管三種管路，成功構(gòu)建起一套特殊的凍結(jié)系統(tǒng)。于是，拱北隧道暗挖段在拱北口岸的地下最終變身成了一個(gè)長225米的橢圓形大“冰桶”。

有了凍結(jié)法的支撐，開挖也是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。如此超大斷面超淺覆土的礦山法開挖隧道，勢(shì)必采用“多層多部開挖、立體交叉作業(yè)”的開挖方法。把開挖對(duì)環(huán)境的影響降低到最小程度是開挖方案的目標(biāo)，必須尋找最合理的分層分部開挖具體方案。同濟(jì)大學(xué)黃宏偉、張冬梅團(tuán)隊(duì)承擔(dān)了開挖方案優(yōu)化及對(duì)環(huán)境影響的研究工作。張冬梅說，責(zé)任重于泰山，施工斷面5米以上的地面就是車水馬龍，誰都不敢大意。 根據(jù)研究結(jié)果，工程采用5臺(tái)階14部多導(dǎo)坑分部開挖作業(yè)。即把一個(gè)大洞分成了上下5層，每層劃分2-3個(gè)小洞，總共14個(gè)小洞。14個(gè)導(dǎo)洞同步開挖，立體交叉作業(yè)頻繁。每個(gè)導(dǎo)洞內(nèi)還要分臺(tái)階、分工序組織流水作業(yè)，其組織的難度是以前沒有遇到過的。為此，建設(shè)者們結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，通過試開挖不斷優(yōu)化施工機(jī)具設(shè)備組合，根據(jù)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)調(diào)整施工步距等參數(shù)，逐步磨合出一套流水作業(yè)的順序，交叉向前挖掘推進(jìn)，邊開挖邊用鋼材、混凝土進(jìn)行支護(hù)封閉，保證了工程順利進(jìn)行和隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

工程圖復(fù)核，同濟(jì)把的是技術(shù)總關(guān)口

去年3月，同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院教授徐偉收到一則短信：“隨著最后一節(jié)沉管順利安放到位，同濟(jì)大學(xué)承擔(dān)的港珠澳大橋島隧結(jié)構(gòu)施工圖復(fù)核及相關(guān)的科研任務(wù)即將順利完成。”

島隧內(nèi)景

何謂島隧結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)核？由于港珠澳大橋的沉管隧道深埋外海海底，其長度和埋置深度達(dá)到世界上目前最長、最深的規(guī)模，為了確保這項(xiàng)國家重點(diǎn)工程的順利實(shí)施，施工部門委托同濟(jì)大學(xué)承擔(dān)其設(shè)計(jì)文件的復(fù)核、審查，并完成相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)科研任務(wù)。徐偉團(tuán)隊(duì)承擔(dān)了這項(xiàng)科研任務(wù)，同濟(jì)的院士孫鈞擔(dān)任了這項(xiàng)科研任務(wù)的指導(dǎo)工作。

沉管預(yù)制作業(yè)

為何委托同濟(jì)？原來，巨大沉管的深水安裝是一道難題，荷蘭一家世界著名隧道沉管公司曾同意派出26個(gè)專家提供技術(shù)咨詢，咨詢費(fèi)開價(jià)1.5億歐元，當(dāng)時(shí)相當(dāng)于15億元人民幣。當(dāng)時(shí)，這家荷蘭公司表示，衷心地祝福中國人能夠自己研發(fā)這套系統(tǒng)。但是，“如果一旦不成功，再找我們時(shí)就不是這個(gè)價(jià)錢了?！敝蟹?jīng)Q定爭(zhēng)一口氣，找自己的專家解決，最終任務(wù)落到了同濟(jì)身上。于是，2012年開始，往返于工地、會(huì)議室就成為同濟(jì)專家的常態(tài)，參加施工方案技術(shù)審查、研討，孫鈞已耄耋古稀，但提出意見和技術(shù)方案，條條精湛、絲絲入扣；團(tuán)隊(duì)成員對(duì)包括修改細(xì)則等等，知無不言，言無不盡，對(duì)世界級(jí)工程負(fù)責(zé)是大家扛在肩上的光榮責(zé)任，徐偉介紹。

沉管安放，最后一節(jié)最難。難在哪？徐偉為記者畫了一張圖，說海底隧道呈坡度較緩的弧形，就像一張弓的弓背，全長約6公里的港珠澳大橋海底隧道由33節(jié)巨型管節(jié)對(duì)接安裝而成，包括28節(jié)直線段管節(jié)和5節(jié)曲線段管節(jié)，從東西人工島兩端相對(duì)安裝。海底隧道的合龍口是保證港珠澳大橋海底隧道全線成功安裝的最后一道關(guān)口，該管節(jié)的安裝施工作業(yè)空間最小，龍口水流最急，對(duì)接位置的精度要求最高。該管節(jié)的順利沉放安裝施工完成，奠定了港珠澳沉管隧道施工成功的基礎(chǔ)。白云教授研發(fā)的接頭紅外探水系統(tǒng)，解決了人進(jìn)不了接頭部分和二十四小時(shí)全天候監(jiān)測(cè)的難題，獲得了國家發(fā)明專利。

中交港珠澳大橋島隧工程項(xiàng)目總經(jīng)理林鳴告訴媒體：“整個(gè)沉管隧道的施工安裝過程，就是彰顯國力的過程，我們運(yùn)用了很多大國重器裝備，集成了很多跨行業(yè)跨領(lǐng)域的技術(shù)，應(yīng)該為我們的同事點(diǎn)贊，更應(yīng)該為我們的國家點(diǎn)贊?！贝髽蛩淼澜ㄔO(shè)中，同濟(jì)孫鈞院士和白云教授等十余次趕赴港珠澳大橋指揮部“望聞問切”?！懊看慰吹酵瑵?jì)大學(xué)的老院士坐在那里，我的心里就定定的，”林鳴說。

孫鈞院士參加專家評(píng)審會(huì)

港珠澳大橋是全球第一例集橋、島、隧道為一體的跨海大橋，建設(shè)難度極高，即使在國外頂尖橋梁專家眼里，它也是“全球最具挑戰(zhàn)的跨海項(xiàng)目”。

我校團(tuán)隊(duì)全方位支撐港珠澳大橋的建設(shè)，其中有著無數(shù)人、無數(shù)日夜的辛勞汗水。為你們感到驕傲與自豪！