跨越伶仃洋的奇迹——港珠澳大桥

中国数字科技馆 2018-04-20

　　提到伶仃洋（也作零丁洋），你最先想到的是什么？学姐最先想到的便是文天祥的《过零丁洋》：“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！”道尽了作者被俘后对于国破家亡的悲愤，舍生取义的爱国精神和崇高的民族气节。自此，伶仃洋便成为无数仁人志士心目中一个神圣的地方。

　　伶仃洋位于广东省珠江口，北起虎门，南达香港、澳门，自古以来便是我国南大门上的一道防线。鸦片战争之前，这里曾是英国向中国大肆贩卖鸦片的集散地。1839年，林则徐的“虎门销烟”震惊中外，英国以此为借口发动鸦片战争，从伶仃洋长驱直入进入我国。最终中国战败，与英国签订了近代史上第一个丧权辱国的不平等条约《南京条约》，从此，香港被英国殖民者长期占领，澳门也在1887年沦为葡萄牙的殖民地。可以说伶仃洋见证了我国逐步沦为半殖民地半封建社会的屈辱历史。

　　随着新中国的成立和改革开放的不断推进，中国经济持续快速发展，综合国力不断增强，国际地位不断提升，香港、澳门也纷纷回归祖国。20世纪80年代以来，为了促进香港、澳门与内地之间的交流和发展，香港与珠江三角洲东岸地区的陆路交通建设取得了明显进展，有效推进了两个地区之间的经济互动和发展，但是香港和珠江西岸的交通联系却一直比较薄弱，中间相隔的伶仃洋是一大阻碍。而如今，一座宛如巨龙的跨海大桥蜿蜒在伶仃洋上，即将贯通伶仃洋两岸，进一步促进两岸三地的经济和文化交流，那便是举世瞩目的港珠澳大桥。

　　港珠澳大桥跨越伶仃洋，是在“一国两制”框架下，粤港澳三地首次合作共同建设的超大型跨海交通工程，大桥东接香港特别行政区，西接广东省珠海市和澳门特别行政区。港珠澳大桥包括海中桥隧主体工程，香港、珠海、澳门三地口岸和三地连接线，总长约55公里，是目前世界上最长的跨海大桥。

（红色部分为主体工程，黄色部分分别为大桥与香港、珠海、澳门的连接线）

　　受珠江阻隔，原来从香港到珠江西岸的陆路交通需要绕行虎门大桥，大约需要4个小时，而水路交通受天气条件的影响又比较大。未来，港珠澳大桥开通后，从香港到珠海只需要半个小时。可以预见大桥开通后将极大地促进两岸的交流和发展。

　　（绿色+蓝色路径为从香港至珠海绕行虎门大桥的路线）

　　港珠澳大桥的主体工程集桥梁、岛屿、隧道于一体，从珠海、澳门口岸开始首先是一段桥梁，经西人工岛过渡至海底隧道，再经由东人工岛与香港口岸的连接线相接。下面学姐就为大家详细介绍一下大桥的三个组成部分。

　　1. 桥梁

　　主体工程桥梁部分长约22.9公里，由三座通航孔桥（九洲航道桥、江海直达船航道桥、青州航道桥）和约20公里的非通航孔桥组成。通航孔桥，顾名思义，就是能够使通航船只通行的孔桥。一般的跨通航海河的桥梁都会设计专门供通航用的桥孔，这些桥孔的跨度一般会比较大，能够满足通航船只的通行要求，其他孔则不允许通航。

　　（风帆造型的九洲航道桥）

　　靠近珠海、澳门口岸的是九洲航道桥，有两座桥塔，采用风帆造型。

　　（海豚造型的江海直达船航道桥）

　　中间的是江海直达船航道桥，其桥塔为海豚造型，有三座桥塔。据港珠澳大桥管理局的专家介绍，大桥横跨的海域是“海上大熊猫”——中华白海豚的最大栖息地，是中华白海豚国家级自然保护区，中华白海豚也是香港回归祖国的吉祥物。因此，在大桥建设过程中，建设方进行了详细调研，从设计到具体施工，都充分考虑到了白海豚这一珍稀物种，努力将对白海豚的影响降到最低，也因此将此处的航道桥桥塔设计成了海豚造型。

（中国结造型的青州航道桥）

　　靠近香港一侧的是青州航道桥，其桥塔为中国结造型，有两座桥塔。最大的一个桥孔跨度达458米，主塔高度达163米，是港珠澳大桥跨度最大、主塔最高的通航孔桥。

　　伶仃洋上的航道十分繁忙，每天有数千只船只从这里经过。细心的朋友可能观察到了，桥梁段是弯曲的，而不是直的，这是为什么呢？如果修成直的距离不是更短吗？原来，桥的走向要与航道水流的方向垂直的，这样船只在穿过大桥下时不容易撞上桥墩。一般的江河里水是向同一个方向流的，而海洋当中却要复杂的多，不同航道水流方向不同，因此为了与航道保持垂直，大桥也就相应拐了几个弯。实际上很多跨海大桥都是弯曲的，比如胶州湾跨海大桥、杭州湾跨海大桥等。

　　值得一提的是，由于桥墩在水下会对水流产生阻力，桥墩要尽可能少才能满足珠江口的阻水比限制，这就要求桥梁的跨径要尽量大；而抗震能力又要求桥梁上部结构的重量要尽量轻。常见的钢筋混凝土结构很难达到这样的要求，因此港珠澳大桥在深水区有15公里采用了自重更轻、跨越能力更强、抗震性能更好的钢结构，这也是我国首次在桥梁上部结构中大规模使用钢箱梁。

　　2.海底沉管隧道

　　可能有朋友要问了，为什么不直接建一座完整的桥，偏偏要在桥中间加一段海底隧道呢？要知道建海底隧道可比跨海大桥难度大得多，难道是为了“炫技”？

　　前面我们提到了，伶仃洋上的航道十分繁忙，而靠近香港的地方有一条深水航道，是大型船只在这片海域通行的唯一通道。目前可以满足10万吨级别的船通行，远期要满足30万吨的通航需求，这就要求桥面高度必须高于80米，桥的跨度也需要足够大，这样相应桥塔的高度要将近200米。而离该航道不远的地方就是香港国际机场，又是世界上最繁忙的航空港之一，机场的航线上不允许有超过88米的建筑物存在。因此，为了同时满足伶仃洋航道通航的需求以及香港机场限高的要求，只能将通道建在海底。所以，这可不是什么“炫技”，而是综合各种因素之后的最优解决方案。

　　港珠澳大桥的海底隧道长约6.7公里，是目前世界上最长的海底沉管隧道。那么何为“沉管隧道”？我们知道山体上的隧道一般是通过各种方法直接在山体挖出一条通道，海底的隧道也可以用类似的方法，直接在海底岩石层用炸药爆破，或者用盾构机进行挖掘。而沉管隧道则是海底预先挖好沟槽，再铺装碎石作为基床；在工厂内预制好一节一节的沉管，然后将沉管运输至需要铺装隧道的位置，下沉放置到基床上并依次拼装而成，不需要在海底现场施工挖隧道。

　　（沉管海底拼装）

　　港珠澳大桥海底沉管隧道共由33节巨型沉管拼接，每节沉管有两个孔和一个管道，长约180米，宽37.95米，高11.4米，一个沉管重大约8万吨，相当于一艘航空母舰的重量。

　　（沉管横截面，左右两孔分别为双向两车道，中间为管道）

　　要将如此重的沉管在海底完成精准对接，且位于伶仃洋最繁忙的通航水域，操控难度可想而知。海底拼装的最大作业水深超过了40米，为了满足对接的精度要求，建设团队研发了多项大型关键技术和设备，均达到了世界领先水平。

　　3.人工岛

　　海上的桥与海底的隧道是无法直接连接在一起的，中间需要有一座岛来进行过渡。然而，周围并没有这样的岛可以使用，唯一的解决办法就是修建人工岛，于是便有了港珠澳大桥上的两座人工岛。

　　而这片水域海底的淤泥很厚，大概有15-20米厚。我们知道在淤泥上放置物体是很容易滑走的，要想在淤泥上建岛，传统的做法首先需要将淤泥都清理走，而将这么厚的淤泥全部清理走工程量十分浩大，也会对海洋环境造成很大的破坏。于是人工岛的建设采取了一种新的方法——深插式钢圆筒围护快速成岛工艺。即用一组钢圆筒插入海底深处，固定在海床上，围成一圈，然后在中间填土形成人工岛。