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港珠澳大桥背后不为人知的故事

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疲惫,我最深刻的印象就是疲惫。一千多个日夜,试验24小时一刻不停地运转,研究人员更是如此——可以说是眼不敢移、寸步不离。

坐在自贸君面前的卜一之,着红白蓝相间格子衬衫,外面套着黑色夹克,眼神沉稳而淡定。

身为西南交大土木工程学院桥梁工程系教授,这几天,卜一之、张清华带领的团队,频繁出现在媒体视野中。

港珠澳大桥背后不为人知的故事

西南交大土木工程学院桥梁工程系教授张清华(左)、卜一之(右) 黄名扬 摄

10月24日,港珠澳大桥正式通车运营,这是中国建设史上里程最长、投资最多、施工难度最大的跨海桥梁,设计使用寿命为120年。

媒体称,这打破了国内大桥的“百年惯例”。而实现这一突破,卜一之、张清华团队完成的一项抗疲劳关键技术,起到了重要作用。

4年时间,平均每个模型500万次模拟试验,卜一之们一共做了20个左右的模型——可以说,正是众多像卜一之、张清华这样的“大国工匠”,成就了“现代世界七大奇迹”之一的400多项新专利、7项世界之最。这背后,又有着怎样不为人知的故事?

4年攻关

横跨伶仃洋的港珠澳大桥,将位于中国“南大门”的香港、珠海及澳门三地陆路距离大大拉近,其意义之重大可见一斑。

港珠澳大桥背后不为人知的故事

图片来源:视觉中国

卜一之透露,作为世界上最长的跨海大桥,港珠澳大桥从设计之初,就考虑将桥梁寿命设计在120年——而通常,国内其他桥梁的设计寿命为100年。

对长达55公里的跨海大桥来说,将设计寿命一下提高20%,谈何容易?

港珠澳大桥采用正交异型桥面板钢箱梁,这种结构形式轻质高强、施工速度快,但其板件构件及受力特性复杂,最大问题便是疲劳。疲劳导致的裂缝,从该结构形式诞生之初就一直存在,也成为国内外钢桥行业共同的难题。

作为专门研究相关领域,且拥有参与苏通长江大桥、虎门大桥、江阴大桥等许多大型桥梁建设经验的科研力量,卜一之和张清华教授团队,正是在这样的情况下临危受命。

“从我们对问题本身的认识下手:哪些部分会出现问题?出现的典型问题是什么?再针对性地解决它。”

说干就干。从对结构设计细节进行完善,到无数次模型试验,最终,影响大桥使用寿命的疲劳问题,成功解决。

通常,一个模型试验是200万次,钢材不出现裂纹,则试验停止。但港珠澳大桥的每个模型,我们平均需要做500万次左右的试验,一直到做裂、做坏为止。

张清华解释:“整个研究过程,我们一共做了约20个模型。”

从接到任务,到攻克难题,总共花费多长时间?卜一之的答案是:4年左右。

港珠澳大桥背后不为人知的故事

图片来源:西南交大微信公众号

而在巨大的工作量和时间消耗之外,细节是更加“磨人”的问题。

张清华介绍,模型试验是以2-3赫兹的频率进行——这意味着,试验每秒钟会进行2至3次。这样的试验速度,科研团队成员的眼睛根本不敢离开监测界面哪怕1分钟。

“焊缝初始裂纹肉眼不可见,出现裂纹的过程不可逆,加之找出裂纹出现的时间点正是这项研究最重要的工作,所以我们只能24小时不间断地监测。”张清华说。

现实例证

“(港珠澳大桥)比国内其他桥梁‘长寿’20年的秘诀,就在于卜一之和张清华教授团队的一项抗疲劳关键技术。”在许多媒体的报道中,都曾提及这一说法。不过,交谈中,卜一之和张清华却不约而同地连连摆手,“不敢,不敢居功”。

“或许我们确实在科研上,攻克了延长大桥设计寿命的抗疲劳问题。但这一成就的实现,从技术、设计到制造施工,缺一不可。”说到这里,张清华难得地笑了。

卜一之进一步解释,以前,桥梁焊接基本是手工完成。“纯粹依靠手工难以避免细节差异,钢桥面部分大概有20多公里,如果把每条焊缝加起来,那就不只是几万米的事情了。所以,即使理论到位,施工精度和工艺也非常重要。”

港珠澳大桥背后不为人知的故事

珠澳口岸人工岛 图片来源:港珠澳大桥通行指南

而120年设计使用寿命目标的实现,正是得益于在结构试验基础上,半自动化的生产工艺。“工厂化制造、再到现场拼装,这样的做法,这么大规模,不仅在国内,甚至在全世界也是首屈一指。”

“在经济、政治、社会等意义之外,我认为港珠澳大桥最大的意义,是倒逼产业升级,这将使中国相关产业受益良多。”说话间,卜一之不自觉地认真点了点头。

准备结束交流时,卜一生和张清华却并没有在临近周末的时候结束工作。他们告诉自贸君,准备“去食堂随便吃一点”,然后直接奔赴武汉,投身另一世界级跨江通道——深中通道的项目研究中。

记者?|黄名扬编辑?|孙志成

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