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與天比高 與海比寬

2016-06-17 11:15:09
少年博覽·小學高年級 2016年6期

與天比高、與海比寬,這個世界有哪座大橋敢像它這樣!它就是把香港、澳門、珠海三座城市連接在一起的珠港澳跨海大橋。

2009年,一個充滿想象的方案被提上日程:中國科學家要完成一件歷史性創舉,在零丁洋上建造一座跨海大橋,將香港、澳門、珠海三座城市連接在一起。

這座橋分為兩個部分,一個6.7公里長的海底隧道,一條22.9公里長的跨海橋面。

不過,從理想到現實,還需要一路“過關斬將”。

大橋的煩惱

珠港澳大橋所在位置,是全球最重要的零丁洋貿易航道,也是這片海域的唯一通道,每天有四千多艘船只穿行。

要想在這里施工,占用航道可不行,必須分段施工,而且需要航運部門全天候監控配合,疏導航運,不出差錯。不過,和下面的要求相比,這只是個小問題。

在這里通行的船只,都是上萬噸的大型運輸船只,這就要求珠港澳大橋建成后,必須滿足10萬噸巨型油輪順利通行。但是,科學家想將等級提高一些,希望30萬噸巨型油輪也可以通行。這就意味著橋面凈高必須超過80米——相當于26層大樓的高度。

你可以設想一下,在26層大樓上乘坐汽車的感覺。

你以為很爽?哈哈,別做夢了。

在26層樓的高度上乘車并不舒服。當你打開車窗,大風吹亂你的頭發,并且還會受到驚嚇。

驚嚇?

沒錯,香港機場就在你的旁邊。車窗一開,你會驚訝地發現,剛剛起飛的飛機就在你身旁。

別說你會驚嚇,“飛機”也會害怕——它可不容許有超過80米的建筑物矗立在它的飛行航線上。

這給設計師們出了很大的難題,如果找不到解決的辦法,只好選擇停工。

唯一的選擇只能是,降低橋體高度,不影響飛機航道。

挑戰10%

你以為這就沒事啦?

科學家們煩惱著呢,他們還得和“10%”做斗爭。

原來,因為洋流的關系,每年會有大量泥沙從珠江涌入海洋。

傳統的橋墩會像一個阻擋泥沙的籬笆,只要阻水率達到10%,泥沙就會被阻擋沉積。日積月累,珠港澳大橋就會像神話中的精衛鳥一樣,將大海填平,把這里變成平原。

為了避免這一結果,每年必須清理超過800萬立方米的淤泥,這相當于3座146米高的金字塔土石方用量。巨額清理費用倒是其次,首當其沖的是,這些淤泥將對海洋產生大量污染。

所以,讓橋墩的阻水率低于10%,是一個迫在眉睫的問題。

一個大膽的設計方案被提了出來——放棄傳統橋墩,采用“圓形鋼筒圍島”。

圓形鋼筒圍島,就是將巨大的圓形鋼筒直接固定在海床上,然后在中間填土形成人工島。這樣做有兩個好處:一是,減少橋墩數量;二是,可以讓泥沙順著洋流從圓形鋼筒邊緣滑出去,阻水率自然低于10%。

這個設想完美地解決了淤泥問題。

兩厘米誤差

但是,你知道這是什么樣的圓形鋼筒嗎?

這種鋼筒的直徑長達22.5米,幾乎和籃球場一樣大,高度55米,相當于28層樓的高度,而重量將達到550噸,相當于一架A380“空中客車”。科學家需要將120個這樣的圓鋼筒釘進大海里,形成三座圓心島,這在中國是史無前例的。

鋼筒被艱難地送至指定海面……

數千雙眼睛正在注視著這個龐然大物。因為,更具挑戰的工作馬上就要開始。

550噸重、55米高的巨型鋼筒,要被放置在規定坐標的海床上,只容許2厘米誤差。

科學家必須動用各種超級武器,譬如:世界上最大的八向震錘。震錘的作用是將鋼筒吊起,移至指定位置,然后一點點釘入海中。

這個世界上最大的震錘是為珠港澳大橋定制的,它能輕而易舉吊起1600噸重物。550噸重的圓鋼筒被吊起移向這片海域,并不是問題,但在茫茫大海中,你如何才能確定鋼筒釘入海中的精確位置呢?

20000公里的高空,GPS衛星正在不斷地傳遞數據,這些數據會進入大橋的數據處理中心。

“中心”的任務就是:確保施工精度,哪怕是2厘米的誤差。

位置鎖定……

550噸重的圓鋼筒逐漸下沉,它要穿透37米的海床到達指定位置。

一切似乎進展很順利,但震錘很快就停了下來。

檢測資料顯示,圓鋼筒正在穿透一個5米厚的硬層。機械師必須不斷調整震錘的輸出功率,稍有不慎,震錘會因超過負荷而報廢。原本30分鐘能夠完成的工作,耗時兩個小時才完工。

終于,第一根鋼筒釘入海中,橋面工程有了一個好的開端。

七千噸牽引

那么,海面以下的隧道建設呢?

為了避免泥沙沉積,科學家在海底隧道部分,采用全新的沉箱技術。

這種技術是在海床上挖出溝槽,將預制好的隧道沉放在溝槽中,然后進行水下對接。

這樣可以減少泥沙的淤積,也可以大大改善對海洋的污染。但技術對工程難度提出巨大挑戰——因為,這片海域的洋流和海床環境異常復雜,對順利安裝造成困擾。

為了確保順利安裝和正常使用,科學家們在實驗室里進行了模擬測試。

他們要模擬出在最惡劣的環境下,洋流對沉管隧道運輸和安裝的影響。科學家必須得到一組數據,確定采用多大的鋼纜,才能安全牽引住7600噸的沉管隧道。

除此以外,隧道以上的橋面上,如果有較大的動靜,也會對隧道產生影響。

這片海域蘊藏著強大的能量,每年超過6級以上的風速接近200天。韌性強的鋼梁會在風力的作用下自然擺動。如果橋面擺動和隧道擺動的頻率相同,就會造成共振,振動就會加劇,后果不堪設想。

聰明的科學家利用風洞模型克服了這個問題。他們為大橋安裝了溢流板,將風力“分解”,讓7級風力、40厘米的振幅,一次性降到6厘米振幅。

挑戰在繼續

珠港澳大橋,挑戰大自然,只是一個開始。工程還未結束,這里將不斷上演新的精彩,讓我們拭目以待!

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