120年 最长寿命钢铁大桥这样“炼”成 成都商报对话西南交大多位教授 解密助力港珠澳大桥建设的成都力量
港珠澳大桥是中国交通建设史上技术最复杂、施工难度最大、工程规模最庞大的桥梁，设计使用年限首次采用120年标准。这比目前世界跨海大桥普遍使用寿命多出20年
昨日，港珠澳大桥正式通车运营，这是中国交通建设史上技术最复杂、施工难度最大、工程规模最庞大的桥梁，设计使用年限首次采用120年标准。西南交大承担了港珠澳大桥正交异性桥面板疲劳性能试验，以此助力这座世界最长钢铁大桥达到120年设计使用寿命。
“港珠澳大桥钢桥部分采用的是正交异性钢桥面板箱梁结构。相比其他结构形式，它具有整体结构轻、承载能力强、可工厂化和装配化施工的优点。但其结构构件及其受力特性复杂，抗疲劳性能相对较弱，在使用过程中的疲劳开裂问题突出，而这也是国内外钢桥行业的共同难题。”
西南交大土木工程学院教授卜一之告诉成都商报记者，为了解决港珠澳大桥面临的技术困难，提高大桥使用寿命，有关部门在2010年10月找到西南交大土木工程学院。“自那时起，我和张清华教授就开始着手进行研究，直到2014年6月圆满完成课题研究任务。”
卜一之介绍，他和团队首先进行了典型问题的梳理工作，收集国内外正交异性钢桥面板结构桥梁的种种问题，再有的放矢地进行理论分析，提出可能的优化方案，随后再在试验中验证。
“通过调研，我们发现正交异性钢桥面板的顶板和U肋连接焊缝比较容易开裂，于是提出设想，只要将这些薄弱环节控制得当，那抗疲劳性应该就能得到较大的改善与提升。”
在3年多时间里，卜一之带领团队进行了大大小小20多场试验。其中，小模型试验在四川建筑职业技术学院实验室进行，大模型试验在西南交大结构工程实验室进行。整体来说，是先根据理论分析优化正交异性钢桥面板的抗疲劳性能，再在上面进行抗疲劳测试，看它的抗疲劳性能是否达到了我们的要求。这样的一个模型测试，一般要花1到2个月。因为“要看试验样品什么时候开裂，什么时候完全破坏直到失去承载能力”，时刻记录数据，所以整个团队要24小时连轴转。
根据一次又一次试验获得的数据，卜一之及团队不断改良桥梁面板设计技术，调整正交异性钢桥面板的顶板和U肋等设计参数，使面板受力及抗疲劳性能更加合理。“在最后大模型测试中，经过我们优化后的正交异性钢桥面板承受了400多万次的荷载测试。完全达到了设计要求。”
尽管最终助力港珠澳大桥达到了120年的设计使用寿命，但卜一之却表示，“这并不代表正交异性桥面板钢箱梁的抗疲劳性技术难关得到了完全攻克，未来，我们还将进行进一步探索。”
自2009年开建以来，港珠澳大桥累计开展了近40次抗防台工作。今年9月，强台风“山竹”登陆广东，处于中心风圈范围内的大桥情况正常，经受住了检验。这是继“天鸽”“帕卡”之后，港珠澳大桥第三次接受强台风考验
打散风漩涡 试验抗住时速超200公里台风
对话西南交大廖海黎教授，解密港珠澳大桥抗风性能试验
“港珠澳大桥所处海域每年都会遭受台风侵袭，这对大桥的抗风性能提出了很高要求，这也是我们在一年多时间里多次试验改进的方面。”回想起七年前为港珠澳大桥做风洞试验时，西南交通大学土木工程学院廖海黎教授依然历历在目。
在2011~2012年，西南交大廖海黎、李明水教授团队承担了港珠澳大桥所有通航孔桥和钢箱梁非通航孔桥的抗风性能研究工作。该团队在西南交大世界最大边界层风洞里进行了反复试验，为港珠澳大桥的抗风设计和风致振动抑制措施提供了科学依据。
风形成的有节奏漩涡是造成桥梁晃动的原因，要消除风对大桥的破坏性作用就必须去掉能形成风漩涡的结构。廖海黎教授表示，风洞试验分为两大块内容进行：其一是针对在遭遇超强台风时，大桥如何抗住，不发生破坏；其二，是针对该海域常年会面对的四五级风速，如何改进设计，防止桥面震动影响车辆通行。“我们通过大量试验，通过对大桥加导流板和对桥塔迎风面进行改造，将风漩涡引开打散，使其无法形成节奏，从而消解了风的破坏性作用。”
2018年9月，港珠澳大桥成功抵御超强台风“山竹”的侵袭，显示出强大的抗风能力。对于大桥的抗风性能，廖海黎教授显得很有信心。“这座大桥的设计抗风能力是16级，但其实我们在试验中最大风力已超过200公里/小时，多次试验充分检验了大桥的抗风能力。”
港珠澳大桥拥有世界最长海底沉管隧道，这也是我国首条在外海建设的沉管隧道和当今世界范围内综合难度最大、要求最高的沉管隧道之一
卫星实时定位测量 隧道接头安装误差仅2毫米
对话港珠澳大桥工程测量特聘专家、西南交大退休教授许提多
“分毫不差，是我在港珠澳大桥担任顾问期间一直坚持的标准。”西南交大地球科学与环境工程学院退休教授许提多，在2010年12月~2016年12月受聘为港珠澳大桥工程测量特聘专家，参与制定了港珠澳大桥测量控制总体方案并具体参与和指导实施，并参与制定港珠澳大桥工程测量规程和规范。
“港珠澳大桥距离长，海域情况复杂，以前我们在陆地上的测量方法并不适用。所以这次采取了卫星实时定位进行测量的方法，先建立高精度的整体测量控制网，再分具体项目和实施情况进行局部精准测量，精度满足施工需要”。
许提多告诉记者，港珠澳大桥沉管隧道是目前世界上唯一的深埋沉管隧道，每个标准沉管长180米，宽37.95米，高11.4米，重约80000吨，是迄今为止世界最大的沉管。
“这么大的沉管要在海底实现安装，难度是相当大的。对测量精度提出了很高的要求，因为你的测量精度直接关系到施工安装的成功与否。而根据我们的测量，隧道接头的安装误差只有2毫米多，算是极大的成功。”许提多对港珠澳大桥的桥梁、海底沉管隧道、人工岛等工程测量方案均提出了合理化建议。
港珠澳大桥有哪些世界领先的关键技术？
在建设过程中，大桥共实现了海中人工岛快速成岛、沉管管节工厂化制造、海上长桥装配化施工、120年耐久性保障、环保型施工、新材料开发及应用和大型施工设备研发七大领域的世界领先的关键技术突破。
西南交通大学的多个团队，在过去成百上千个日夜里，助力港珠澳大桥建设，带领团队攻坚克难，精确工程测量、提高桥面性能与抗风能力、创新桥桩设计，保证大桥120年使用寿命，为港珠澳大桥的建设与开通贡献着天府智慧与成都力量。
日前，成都商报采访了多位参与港珠澳大桥建设的西南交大教授，为你解密港珠澳大桥“世界之最”关键技术突破中的成都力量！
一个个钢管混凝土复合桩
让大桥在茫茫大海稳稳“扎根”
对话港珠澳大桥钢管复合桩试验专题研究带头人、西南交大马建林教授
无论是桥梁、桥墩还是在桥上行驶的车辆，所有的压力最终都要由大桥底部的桥桩来承载。作为跨海大桥，在港珠澳大桥的建设中，桥桩要如何在茫茫大海上稳稳“扎根”呢？
作为港珠澳大桥建造中钢管复合桩试验专题研究的带头人，西南交通大学土木工程学院的马建林教授表示，“我们首先利用机械，将直径2.2米、长度40至70米的空心钢管桩打进海中，穿过海水、海床以及淤泥层，到达钢管桩可以扎稳的更深的底部。随后，我们再用专门的器械，挖空钢管桩中的淤泥土直至设计深度，再往其中浇灌钢筋混凝土，形成一个个最深将近百米的钢管混凝土复合桩，为大桥承重。”
马建林教授告诉记者，如何让桥桩在大海里稳稳“扎根”，仅仅是挑战之一。“另一个难题，是在深海那种复杂的受力条件下，我们要研究钢管桩和钢筋混凝土桩之间的受力机理与协同工作性能，推演出一个可靠的计算理论与设计方法。在此之前，大家在设计钢管复合桩时，只计算钢筋混凝土桩的承受力，而忽视了钢管桩的承受力，造成了桥桩材料制作使用的浪费。”
为了攻克技术难题，在长达两年多的时间里，马建林教授带领团队，马不停蹄地进行了现场调研、资料收集、室内外试验、理论计算、数值模拟等一系列复杂工作，不断地进行桥桩承载力、沉降特性的测试，最终结合数学、力学等学科原理，推演出两者共同受力的计算公式，一方面达到技术的创新，另一方面节省了成本。马建林教授自豪地表示，“如果按照以前的设计工艺和施工方法，仅桥桩一项，大桥的建设起码还要多花2亿元。”
成都商报记者
李春雨 沈兴超
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