腾跃伶仃洋的钢铁巨龙
—科技支撑港珠澳大桥建设
似蛟龙横空出海,修长的躯干在伶仃洋上蜿蜒而去,没于缭绕的云雾中。沿路,“中国结”“海豚”“风帆”3个巨型景观在水面上熠熠生辉,成为港珠澳大桥的地标性景观。
这座钢铁巨龙,不仅颜值超高,也很有内涵:世界最长的跨海大桥、最长的沉管海底隧道、最具挑战性的超级工程之一……
“这些‘世界之最’的背后,是一系列创新攻坚和科技支撑的强力驱动。”港珠澳大桥管理局总工程师苏权科感慨地说,这也是过去数十年,中国桥梁设计、施工、材料研发、工程装备等各项成果的集中展示。
日前,记者探访进入通车冲刺时段的港珠澳大桥,为你解码潜藏的高科技。
中国制造:造就120年过硬品质
港珠澳大桥总长55公里,历史性地将香港、珠海和澳门连在一起。主体工程包含22.9公里主体跨海桥梁,约6.7公里沉管海底隧道,链接隧道与桥梁的东西人工岛。
踏上还没干透的沥青桥面,湿润的空气中并无刺鼻的味道,这座巨龙承载的高科技,就从脚下延展开来。大桥是建造出来的,也是“制造”而成的。
“我们先在工厂做好钢管桩、桥梁承台墩身、钢箱梁,待到伶仃洋风平浪静时,再一块块、一层层、一段段地组装。”港珠澳大桥管理局副局长余烈告诉科技日报记者,为满足工程质量、工期和安全的需要,“大型化、工厂化、标准化、装配化”理念贯穿大桥建设。
作为世界最大的钢结构桥梁,大桥仅主梁钢板用量就高达42万吨。“这相当于10座鸟巢或60座埃菲尔铁塔的重量。”苏权科很懂得把枯燥的数字形象化,“它能抗16级台风、7级地震,同时,港珠澳大桥能‘活到120岁’。”
以工匠精神追求120年的品质,对防水、防锈、防腐等工序要求更为严苛。没有可借鉴的经验和标准,很多技术和产品也被国外垄断,怎么办?
“2010年,在科技部科技支撑计划支持下,港珠澳大桥针对关键技术难点,设置五大课题、9个子课题,500多名科研人员集中攻关沉管隧道、人工岛、桥梁钢结构、120年耐久性、科学管理等难点。”港珠澳大桥管理局副总工柴瑞说,5年间,科研人员提出一整套海洋防腐抗震技术,研发出指标达到国际同类水平的止水带……
岛隧工程:“巨无霸”精准对接不滴漏
岛隧工程是港珠澳大桥的控制性工程。既要满足30万吨级巨轮通行,又要满足航班降落限高需求,搭建深埋沉管隧道成为大桥的最佳选择。
“深埋属于沉管施工禁区,没标准可参考。”负责隧道关键技术课题的徐国平说,为打造世界最长的外海深埋沉管隧道,施工方配置国内首条采用深水无人沉放系统的安装船,通过信息和遥控技术,实现管节姿态调整、轴线控制和精确对接。
通常,沉管隧道最终接头安装至少要半年,但港珠澳大桥只用了一天。6000吨的接头,相当于25架空客A380飞机的重量,负责吊装的是一艘“臂力”达12000吨的起重船,不仅实现管道深海的无人对接,对接误差还控制在0.8毫米,再次刷新世界纪录。
将33节沉管和最终接头成功“接龙”,建设者们整整花了4年。经验的积累、技术的更新、工艺的改进,创造了外海沉管隧道不漏水的建设奇迹。
登高俯瞰,两座面积均达10万平方米的东、西人工岛,实现了桥梁和隧道的流畅转换。与传统填海造岛不同,港珠澳大桥选择钢圆筒快速成岛技术。
“用120个巨型钢圆筒直接固定在海床上插入海底,然后在中间填土形成人工岛。每个钢圆筒直径为22米,大概和篮球场一般大;最高达51米,相当于18层楼高;重达550吨,与一架A380‘空中客车’相当。”苏权科介绍,仅用半年多,两个人工岛就在伶仃洋拔地而起。
科学管理:救援有道白海豚增加
乘电瓶车进入隧道,在40多米深、全长6.7公里的海底缓缓行驶,并无压抑和潮热感。洞顶排列多组大型悬挂式射流风机,风机既能吸入洞外空气,也能排出汽车尾气。
“沉管E11与E12交界处,是沉管隧道的海底最深处,海水深度达42米。”港珠澳大桥管理局高级工程师鲁华英的提示,让人意识到沉管外是波涛涌动的浩瀚海洋。
港珠澳大桥穿越中华白海豚的栖息和繁衍地,为了不让白海豚“搬家”,港珠澳大桥推行“健康、安全、生态”相融合的管理理念。
“2009年开建初,我们做了白海豚保护区本底调查,当时约有1000头。”余烈说,通过减少桥隧占用海域面积、声学驱赶保护技术等,尽量减轻对白海豚栖息地干扰。监测显示,8年来没有因施工而伤及一头白海豚,目前数量为1800多头。
记者看到,隧道顶部防火板被涂上黑色漆,防火板能在1200℃高温下,保证沉管的混凝土结构在2小时内不受破坏。“大桥建成后,管理人员将在人工岛设立海上救援平台,如果隧道内发生事故,救援力量3分钟就能到达;桥面发生意外,5—7分钟内赶到。”苏权科说。
在东西人工岛隧道入口,立着3道精致如瓷的巨幅遮光罩,是为了让司机进出隧道时适应光线的变化。港珠澳大桥通车后,从珠澳口岸人工岛驶上大桥,行驶22.9公里来到西人工岛,穿过海底隧道,从东人工岛驶出,就能驶上大桥香港段。香港至珠海的陆路通行时间由3小时缩至半小时,香港、澳门、珠海将形成“一小时都市圈”。
探访中国造世界首座智能海上渔场
“这座海上渔场从中国青岛一路用船运到挪威来,希望到时能把这里养殖的三文鱼运回中国,作为我们的感谢!”挪威萨尔玛集团投资者关系主管吕纳尔·西韦特森兴奋地说。
12月的这个时候,挪威中部的白天只有4个小时左右,难见阳光。此时,北大西洋挪威海弗鲁湾海域风高浪急,记者乘坐的快艇在大海中摇摆不定,而旁边的海上养鱼平台“海洋渔场1号”却稳如磐石、岿然不动。
这座大型养鱼平台是世界首座半潜式智能海上渔场,由中船重工武昌船舶重工集团有限公司总承包建造。平台呈圆形,直径为110米,总高68米,水下部分45米。整个设施由8根缆索连接海底固定,可抗12级台风。
在“海洋渔场1号”的正中央,有一座5层楼房,其中包括总控制室和人员住宿区等设施。渔场外围立着12根巨型钢柱,钢柱之间有渔网把渔场团团围住。作为现代化海上养殖装备,这座渔场安装有各类传感器2万余个、监控设备100多个,在鱼苗投放、喂食、实时监控、渔网清洗等方面,系统都实现了智能化和自动化。
这一渔场最多可容纳9人在深远海作业和生活,一个养殖季可实现养鱼150万条,出产三文鱼约8000吨,产值在一亿美元以上。西韦特森说,“海洋渔场1号”今年9月运抵这里,在完成固定安装之后已经投入110万条小三文鱼。目前这些三文鱼生长良好,预计在明年秋天长到5公斤以上就能上市出售。
现阶段“海洋渔场1号”随时有7人值守,工作人员采取轮班制,一般工作一个星期,然后休息一个星期。“这些工作人员待遇很高,月薪大概有6.7万克朗(约合人民币5.4万元)。”西韦特森笑着说。
位于挪威中部的特伦德拉格地区是世界最重要的三文鱼养殖区域之一。在该地区的海岸和峡湾区域,建造了很多传统的三文鱼养殖场。但近海密集养殖存在鱼病多发和拓展空间有限等不利因素,因此远海养殖技术发展前景广阔。
西韦特森介绍说,三文鱼的自然生活环境是在海洋里,只是在繁殖期才进入峡湾。海洋里温度适宜,海水交换率良好,水中养分也更充足。以前远海养殖的问题是没有足够坚固的设施,现在这个海洋渔场有助于更加充分地利用海洋空间。
“海洋渔场1号”试验项目是挪威萨尔玛集团战略发展的一项重要举措,得到挪威政府支持,旨在把鱼类养殖从近海引入到远海。该项目共有挪威国内外16家公司参与合作,其中渔场主体结构的制造和重要系统组装全部在中国完成,标志着中国制造填补了深海养殖高端装备的空白。
离开“海洋渔场1号”,快艇在颠簸的大海里航行大约40分钟后回到萨尔玛集团总部所在的弗尔岛。这里有一座年处理能力为15万吨的大型自动化三文鱼处理厂,目前所处理的三文鱼都来自传统渔场,预计未来将有很多深海渔场养殖的三文鱼被运到这里。
“这是一个世界首创项目,我们的目标当然是希望未来建造更多这样的渔场。”西韦特森说。