港珠澳大橋青州航道橋采用了“中國結”元素，造型優美。（佘惠敏 攝）
港珠澳大橋管理局總工程師蘇權科介紹港珠澳大橋的規劃圖。（佘惠敏 攝）
全長55公里的港珠澳大橋，被譽為橋梁界的“珠穆朗瑪峰”，是世界上最具挑戰性的超級工程之一，也是世界最長跨海大橋。作為連接香港、珠海、澳門的超大型跨海通道，港珠澳大橋集橋、島、隧于一體，形如巨龍，臥波穿海，通車后，三地車程將由3小時縮短至半小時。
自2003年起，全國先后有200多家科研單位、上千名科技工作者為這項工程開展了300多項科研攻關，累計投入近5億元，創建工法逾40項，獲得發明專利逾百項，發表論文逾500篇。“國家重點科研力量的支持，為港珠澳大橋的順利完工提供了有力支撐。”港珠澳大橋管理局總工程師蘇權科介紹，與目前國際上已建成的跨海橋隧交通集群工程相比，港珠澳大橋的工程規模和建設難度是最大的。
從2009年12月開工至今，港珠澳大橋主體工程已全線貫通，年底前將具備通車條件。在這個最后沖刺階段，經濟日報記者現場探尋這座超級工程背后的高科技密碼。
跨海架鋼梁
作為世界上用鋼量最大的橋梁，港珠澳大橋僅主梁鋼板用量就高達42萬噸。建設者把鋼全部變成鋼組件，再運到現場拼裝起來
港珠澳大橋主體工程包含22.9公里主體跨海橋梁及6.7公里的沉管隧道。當記者坐上汽車，從珠海洪灣這端駛上大橋，感受到的是雙向六車道的平坦通暢。這座前后都望不到頭的大橋上，建有3段斜拉橋，分別是“風帆”“海豚”“中國結”造型，寓意深遠。
作為世界上用鋼量最大的橋梁，大橋僅主梁鋼板用量就高達42萬噸。“這相當于10座鳥巢或60座埃菲爾鐵塔的重量。”蘇權科說，建設者把這42萬噸鋼全部變成鋼組件，再把它們一件件運到現場拼裝起來，就像小朋友搭積木一樣。
搭積木體現了大橋施工的“四化”理念：通過“大型化、工廠化、標準化、裝配化”施工，把粗糙的土木工程變成精密制造、精密安裝，滿足工程質量、工期和安全的需要。
搭積木，要先做出積木構件。港珠澳大橋的巨型組件，許多是采用我國自行設計生產的大型裝備來建造。為建造大橋而建設的巨型廠房，就坐落在大橋附近區域，一個個數千噸乃至上萬噸重的構件??包括橋墩、橋塔、海底沉管等，就是在廠房內由大型自動化設備流水線生產出來，之后由巨輪運往現場，再采用大型吊裝或沉放設備進行安裝。
港珠澳大橋管理局副局長余烈告訴記者，天地間“搭積木”的技術難度大，涉及主體結構、人工島建設、大規模工業化制造、水下結構止水技術、海上裝配化埋置式承臺施工等諸多方面，為此，國家科技支撐計劃從2010年起啟動了“港珠澳大橋跨海集群工程建設關鍵技術研究與示范”項目，涉及大橋建設各項難點，發揮了科技支撐作用。
港珠澳大橋還是國內第一次采用機器人焊接的鋼橋。港珠澳大橋管理局副總工程師柴瑞介紹，鋼橋焊接時，鋼材料在不均勻的加熱和冷卻收縮后，會產生很大的自身應力。“所以我們采用多頭焊接機器人來實現均勻焊接。多頭焊機同時焊接，避免了冷熱不均，消除因焊接工藝產生的內部應力。”
“搭積木”式大橋建設中，曾出現過高度達106米、重量超3000噸的鋼塔在海上“空中轉體90度”再以高精度安裝的精彩場面，是國內外建橋史上前所未有的壯舉。“如果不是國家的整體科研和裝備實力進步到了現在的水平，這樣的整體設計是不可能完成的。”蘇權科說。
沉管接長隧
水下近50米建設深埋沉管隧道，在國際上被視為“技術禁區”。對此，建設者開展15大類、136項專題研究，突破了許多世界性難題
汽車駛過主體跨海橋梁后，就到了西人工島，在島上，汽車從地上鉆入地下，穿過6.7公里的海底隧道，再從東人工島鉆出地面，就能駛上大橋香港段。
這一段島隧工程，是港珠澳大橋的關鍵。由于此地海空航運繁忙，大橋要滿足30萬噸級巨輪通行需求就得建高，要滿足附近機場航班降落限高需求又得建矮，因此不得不沉入海底，搭建深埋沉管隧道成為這一段工程的最佳選擇。
港珠澳大橋島隧工程建設前，海底沉管隧道關鍵技術一直掌握在少數發達國家手中，技術引進或合作的代價極其高昂，且部分技術對我國施行封鎖。
水下近50米建設深埋沉管隧道，在國際上被視為“技術禁區”。沉管隧道建設的技術研究成為科研攻關的重中之重。隧道關鍵技術課題負責人徐國平介紹，島隧工程項目自2010年年底成立以來，總計開展15大類、136項專題研究，在外海快速筑島、沉管隧道設計施工、工廠法沉管預制、外海沉管浮運安裝、深水沉管隧道最終接頭、專用設備研制方面取得了重大突破。
我國首創了外海大直徑深插鋼圓筒快速筑島技術。海底隧道的入口和出口是東西兩座人工島，每座都相當于3個足球場大小。按傳統圍堤筑島工藝需3年成島，將對海域環境造成嚴重影響。而按新技術方案，一次性把直徑為22米的120個巨型鋼圓筒插入海底，在中間填土一次成島，中國人創造了221天筑成兩島的世界工程紀錄。
港珠澳大橋的島隧工程還是世界首例深埋沉管，我國技術人員創造性地提出“半剛性”沉管新結構，與國外專家提出的“深埋淺做”方案相比，節省了工期，節約投資約10億元，并且做到了沉管接頭不漏水。
水中的沉管隧道由33節鋼筋混凝土沉管管節及1個鋼殼混凝土最終接頭組成，單節沉管管節標準件重達7.6萬噸，這些沉管在海底環境對接安放，難度堪比航天器交會對接。
“深埋屬于沉管工法禁區，沒標準可參考。”徐國平說，為打造世界最長的外海深埋沉管隧道，施工方配置國內首條采用深水無人沉放系統的安裝船，通過信息和遙控技術，實現管節姿態調整、軸線控制和精確對接。
通過科研攻關，我國掌握了具有自主知識產權的外海沉管安裝成套技術，創造了1年安裝10節沉管的“中國速度”，大大領先于國際先進水平。
百廿年大計
港珠澳大橋的設計壽命達120歲，是中國橋梁在設計、施工、材料研發、工程裝備等各方面成果的集中展示
這個超級工程其壽幾何？“港珠澳大橋能‘活到120歲’。”蘇權科說：“它還能抗16級臺風、8級地震。”
“120年我們是第一次做。南海含鹽量高，腐蝕嚴重，最開始大家心里打鼓，這事能不能做成？”港珠澳大橋工程耐久性課題負責人王勝年說，我國耐久性技術發展很快，新材料、新工藝方面取得的成果為課題順利進行奠定了基礎。
港珠澳大橋的耐久性設計依據我國南海腐蝕暴露實驗30多年觀測數據的積累成果，對所有指標進行定量分析設計，贏得國際同行的高度評價。
不僅是設計壽命高標準，港珠澳大橋建設在很多方面都體現了以科技引領工程建設的理念。
比如對防災減災的設計及應用。建設者在福建漳州專門修建了150米長的足尺沉管隧道實驗平臺，利用3年時間對大巴、中巴、小汽車進行燃燒實驗。在世界上首次獲取了火災中隧道內的溫度、煙霧流速、濃度等第一手數據，形成了港珠澳大橋沉管隧道防災減災的成套關鍵技術。
根據實驗測試，隧道防火設施能在1200℃高溫下，保證沉管結構在2小時內不受破壞。蘇權科說，人工島設立有海上救援平臺，如果隧道內發生事故，救援力量3分鐘就能到達；橋面發生意外，5分鐘至7分鐘內趕到。
余烈表示，港珠澳大橋工程是過去數十年中國橋梁在設計、施工、材料研發、工程裝備等各方面成果的集中展示，它的建設也拉動了我國交通行業的升級換代和技術進步。（佘惠敏）
