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喜歡挑戰極限的橋梁工程師
2014-07-01 
  港珠澳大橋管理局副總工程師方明山

中國首座涉及“一國兩制”的三地世界級跨海大橋;全世界最長的鋼鐵橋梁;擁有深海水下最長的海底隧道;人工島建造啟用世界最大的人工震錘;抵御8級地震和16級臺風的挑戰;擁有可防30萬噸撞擊力的防撞墩;兩岸人民幾十年來共同的夢想……這么多的“標簽”,都系于一座大橋——這就是備受注目的港珠澳跨海大橋。港珠澳大橋,一座橫跨香港、珠海、澳門之間的海上長城,它連起了三座城市,大大地縮減穿越三地時間,勢必將成為振興三地經濟的一條主動脈。但是,惡劣的自然環境、復雜的海床結構、超長的跨海距離……等等一系列現實困難,勢必會使建橋過程無比艱辛。作為港珠澳大橋副總工程師,方明山先生如何解讀這一個個困難,又是如何化解這些困難的呢?帶著這些問題,中國橋梁網記者采訪到了方明山先生,而他也是北京茅以升科技教育基金會第23屆頒獎大會橋梁青年獎的獲得者之一。

“小”青年與大橋梁

  初見方明山先生,無論如何無法把他與杭州灣大橋、港珠澳大橋……這些破了許多世界紀錄的大橋建設者聯系在一起。走在大街上,你或許還會想當然地以為他是一位讀古詩詞、寫幽遠詩句的文藝青年,加上瘦小的個頭,帶著南方腔的普通話,讓這個男人散發著些許迷離的氣質;可他卻是一位正不斷地挑戰著橋梁建設極限以及自己各方面能力極限的土木人。港珠澳大橋,就是方明山先生再一次挑戰自己的一個超級工程。

港珠澳大橋連接香港大嶼山、澳門半島和廣東省珠海市,于2009年12月15日正式動工,全長約56公里,主體工程長度約30公里,包含離岸人工島及海底隧道。大橋的設計壽命為120年,預計于2016年完工。大橋落成后,將會是世界上最長的六線行車沉管隧道,及世界上跨海距離最長的橋隧組合工程。

在加盟港珠澳大橋建設團隊之前,方明山和建設團隊用十年的時間建成了另外一座世界級的跨海大橋——全長36公里的杭州灣跨海大橋,超過了當時世界第三長的美國切薩皮克海灣橋等世界名橋。杭州灣大橋收尾工作結束后,方明山主動申請加入港珠澳大橋建設團隊。對于希望在專業上能夠有新的提高、新的突破的方明山來說,港珠澳大橋是另一個巨大的挑戰。而從另一方面講,正是有了杭州灣跨海大橋的建設經驗,方明山也是港珠澳大橋的副總工程師的理想人選。

“建橋,就是一個不斷創新的過程”

  在港珠澳大橋這許多個世界第一的背后,其實是一個個人類之前沒有遇到過的難題,而建橋,就是一個不斷創新的過程。方明山說:“港珠澳大橋設計和施工不僅在鋼結構的加工制造上有了新的突破,在構件整體預制化及裝配化、橋梁減隔震技術以及國產新材料的應用等方面也有了新的提升。”

港珠澳大橋主體橋梁工程的建設創新,首先表現在橋梁鋼結構的加工制造上的新突破。港珠澳大橋鋼結構制造按工序分解為板單元制造、梁段拼裝、現場連接三階段。構成鋼箱梁的各種板單元,分別在中鐵山橋、武船重工、上海振華、中鐵寶橋的位于山海關、武漢、南通、揚州的基地制造,而梁段拼裝及鋼箱梁總拼基地位于中山;鋼結構加工制造技術的突破體現在:實現了板單元加工的工廠化自動化生產,實現了“車間化”鋼結構總拼作業、采用了無馬裝配總拼裝工藝、首次將數字化焊接機器人應用于鋼結構總拼制造、采用了群控焊接數據管理系統等新技術和新工藝,并配備與產能配套的現代化打砂涂裝車間。

雖然數字化焊接機器人技術在汽車和輪船制造領域的應用已經很成熟,但是在國內橋梁行業還是首次。方明山說:“在港珠澳大橋施工中,這種技術的應用不只是局限于一個單位,而是諸多國內頂級橋梁鋼結構制造廠家的全面應用。這對于我們國家鋼結構加工制造技術而言是一個很大的提升。”

另一方面,港珠澳大橋鋼箱梁/組合梁的拼裝采用“長線法”,在國內率先實現了大型鋼箱梁拼裝的“車間化”作業,大幅度提高了生產效率,并保障了拼裝質量和精度。

其次,方明山介紹說,港珠澳大橋構件整體預制化和裝配化也有了新提高。港珠澳大橋混凝土結構的裝配化,是把墩身和承臺整體化預制,預制之后像搭積木一樣把它組裝起來。港珠澳大橋在整體裝配化方面又邁進了一步。方明山說:“之前杭州灣大橋也使用預制化,但嚴格來講只能說是半預制化,其中有一部分是在海上現澆,做好后再在海上組裝。預制構件的最大噸位,杭州灣大橋大概在2000噸級,港珠澳大橋則是4000噸級,在噸位上有了一個提升。”預制構件的噸位在大型化上又邁進了一步,裝配化上也更進了一步。

港珠澳大橋另一大技術亮點就是橋梁減隔震技術的應用。國內凡重大建設項目,都會把抗震作為設計過程中需要考慮和應對的重要問題。汶川地震之后,地震對建筑的影響在土木工程界尤為被關切。方明山說:“港珠澳大橋采用較高的建設標準,抗震設防烈度達8度。這與杭州灣大橋相比,又是一個進步。港珠澳大橋的抗震設計依托于廣州大學,做了大量科研工作,試驗研究大約持續了2年左右的時間,最終研究成果用于指導施工圖設計”。

從技術上講,應對地震基本分為抗震、減震和隔震三種策略。港珠澳大橋使用可以將地震能量消減的隔震支座,也就是在建筑物基礎和地基之間安裝可動式隔震裝置,當像地震等外來力來襲時,該裝置就像打太極一樣,將震動能量轉換、消耗,從而“避免”建筑物受到震動的影響,大大降低建筑物承受的破壞力,而這種支座還同時具有延長橋梁結構周期的作用。同時,該大橋鋼箱梁也在全國范圍內第一次大規模運用了橋梁減振系統:采用了在鋼箱梁內安裝調諧質量阻尼器,用于減小橋梁由于大風引起的“渦振”現象。

據方明山介紹,作為設計壽命達120年之久的港珠澳大橋,在耐久性、管理、安全、環保等方面都有不同程度的提升和創新,相關技術應用也都走在國內橋梁工程的前列。

努力著,只為實現許多人的共同夢想

  2009年,在中國跨海大橋歷史上最具想象力的方案被批準實施,在這片廣闊的海域上將要建成一座6.7公里長的海底隧道,和一條22.9公里長的跨海大橋。這是目前中國修建的最大最長也是最復雜的一座跨海大橋。這座大橋建成后,珠海、澳門、香港將形成“三小時生活圈”,從珠海、澳門到香港的陸路交通時間將由4小時縮短到30分鐘。

2010年國慶,杭州灣大橋收尾工作剛剛結束,正值港珠澳大橋工程準備啟動之時,方明山來到港珠澳大橋項目部。當時,他主要負責港珠澳大橋主體橋梁工程的施工圖設計工作。港珠澳大橋工程包括三項內容:一是海中橋隧工程;二是香港、珠海和澳門三地口岸;三是香港、珠海、澳門三地連接線。方明山說,“由于港珠澳大橋所處位置特殊、建設條件復雜,不管是隧道還是橋梁的建設難度都非常大。與國內乃至國際上其他項目相比,都遇到了前所未有的挑戰,尤其是復雜的地質條件對基礎施工影響較大。”一方面,港珠澳大橋是世界最長跨海大橋,鋼結構制造難度堪稱中國第一。大橋首次在橋梁上部結構大規模采用鋼結構,用鋼量達42.5萬噸。另一方面,中國內地的大橋一般使用壽命都是五六十年,杭州灣大橋主體工程提高到100年,而根據香港的標準,港珠澳大橋的設計使用壽命是120年,也就是說,在120年之內能夠完全滿足使用功能,可以放心使用,沒有計劃之外的大修。

為了實現這個目標,一方面要考慮質量與安全問題,另一方面也要考慮工期問題。方明山說:“大橋施工從2013年初開始全面啟動,2014年轉入關鍵施工階段,今年是港珠澳大橋的關鍵之年”。大橋原定于2016年年底建成、2017年香港回歸20周年之前通車,今年如果不能完成既定的施工計劃,大橋的進度計劃就要落空。” 目前,工程仍在繼續緊鑼密鼓地建設當中。

從2009年到2016年,古人十年磨一劍,今人七年造一橋。雖然技術已經不知進步了多少倍,但面對重重困難,方明山明白,他只有不斷創新,勇接挑戰,才能早日達成三地人千百年來的共同夢想。然而,工程遠未結束,在中國南部這片廣闊的海域上,還將不斷迎來各種工程極限的挑戰,我們共同期待著3年后這座世界級跨海大橋在香港回歸20周年之時的順利通車,那時的方明山應該會有更多的話、更多的感受跟我們講……

(中國橋梁網記者 莊杰 解勝男)
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