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“每一个人都这样去思考，再复杂的问题也能简化成一个个小问题。这些小问题通过我们集体中的每个人贡献的一点点力量，也都会迎刃而解。所以我们相信，只要我们每个人能够把每件平凡的事做好，最后就会成就一个不平凡的结果。” 大家下午好，非常荣幸能和大家交流，我讲一讲港珠澳大桥背后的故事和体会。 首先带大家游览一下这个55公里的海景公路。我们从珠海出发，一路向东，在海面上行驶20公里，两边都是茫茫大海，然后我们来到一个很小的岛上。我们从岛的中心潜入海底，在水下50米，向前走六公里的距离，从另外一头出来，再往前一点就看到香港的大屿山。 刚才走的这一段就是就港珠澳大桥海中的主体工程，也就是下图中红色部分，广州在地图的最上面。 港珠澳大桥示意图 经常讲到“粤港澳大湾区”，什么是湾区？湾区就是一群或者一个被水体阻碍的城市，一个没有通道的湾区，就像一座没有电梯的高楼大厦。 港珠澳大桥2018年10月份开始通车以后，大家可以从珠海或澳门到香港，只要购买穿梭巴士票，花半小时就可以走完这段路，而以前的路面交通需要花4小时左右时间。 为什么建海底隧道 我们走进一点看，就注意到，桥梁的中间有一段，到海中间就消失了，潜入到海底，往前一段又露出了海面，中间隐藏的这一段就是海底隧道。问题来了，为什么要建造一条海底隧道？  港珠澳大桥侧剖示意图 十年前，我刚接触这座大桥的工作的时候，我们设计人员收到了一个10%的指标，意思是，桥梁的桥墩在这张图里占用海水的面积，加上人工岛占用的海水面积，除以没有建造港珠澳大桥时的蓝色海水的总面积，不能大于10%，这样对生态的影响就会降到可以接受的程度。 这条隧道有什么不同 接下来的问题是，这条长度仅六公里的隧道，有什么特别？我相信对大家来说，走过很多的隧道，所有的隧道基本上都是一样的，这么想没有错。 对于工程师来说，这条隧道的建设曾经是非常小众的，为什么？因为它是用一种较罕见的方法来建造的，叫“沉管法”。以下视频展示了海底隧道的建设过程。 我们把这条六公里长的隧道分成三十三段，再在珠海的周边找一个小岛，在小岛的陆地上将隧道一段一段地造好。 造好之后，再将每段运到港珠澳大桥的轴线上去，放到海底，第一段安装好后，第二段和第一段首尾相接，反复这样一个过程。 每一段隧道重多少？大概是76000吨，大家对数字可能不敏感，76000吨什么概念？大概是2个泰坦尼克号的重量。这么重的东西，是没有任何设备能够搬运得动的，所以问大家一个问题，怎么把它从海岛上搬到大桥的现场安装的地方？ 作为工程师，我们借用了大自然的力量，用了一个简单原理，阿基米德原理，首先借用水的浮力让隧道段起浮，就有办法移动它了，这也是我五年前作为设计师的一个工作。 下图是两个已经做好的预制段，这个隧道由33段组成，这是其中的两个，我的设计工作就确保它浮得起来，而且，不是随便浮起来，要怎么浮起来？要像我们在游泳池吸一口气的状态一样，刚刚好能浮起来一点，要的就是这个状态。  浮起来的隧道段 接下来的问题是，浮起来以后怎么办？我们再利用水的推力把它运输到工程的现场，因为这么大的一个东西，是没有办法用人力来实现的，我们利用珠江口的涨潮，就是利用潮水的力，让这个大东西顺流漂下去，漂到隧道的地址，再进行后面的工作。  最终接头示意图 最终接头的工作，是沉管法自发明至今始终都没很好解决的一个难题。以往最常见的做法是什么？就是派一群潜水员到水下去，潜水员在水下像工人一样辅助架立模板，把这个最后的缺口包起来，形成一个水密的空间，然后从里面抽水，水抽光后，再进去隧道里面浇筑混凝土。 但是，这种传统的做法，在伶仃洋的环境下不易实现。一是因为这里的最终接头的水深大概是30米；二是因为这个地方的洋流复杂；三是海上交通很忙，如果我们用这种传统的方法，需要花大概6个月多的时间，才能够完成这最后一小段的施工，给工程安全带来很大隐患。 所以，在这种背景下，我们开发了一种全新的方法来施工最后一段，我把它叫做“折叠沉管”。我们把它做成一个整体，一次性的放下去，这个结构就像一个雨伞一样，它可以沿着自己的两边纵向伸展开来，并与两边的隧道连接，这样整个港珠澳大桥就实现了贯通。  “折叠沉管”方法解决最终接头问题 采用这种方法，我们把传统方法所需的半年的海上作业时间缩短到了1天（备注：理论上只需1天，实际因二次对接用了3天），不但保障了施工安全，也给隧道的永久质量带来了更大的保障。 创新意味着向未知迈进，当我们用一种新的方法来做一件事情的时候，我们就会遇到很多的挑战，遇到很多的问题。 因为我们工程师做一件事情只有一次机会，我们要不然就做成，要不然就做失败。如果我们要用一种新的方法，我们必须要有很强的预见性，预见性用我们的说法，就是需要辨识风险。 下图是施工时候的一张照片，最终接头是中间白色的部分，重量大概是6100吨，被一个起重船吊起来，然后再放到水里去，就只这个步骤，我们辨识出了200多个风险点。  施工示意图 我跟大家讲起重的这一段，也涉及到我的一个工作，当把最后的这一块放到两边的已装好的隧道缝隙里的时候，问题来了，在这个动态的海洋环境下，最终接头会不会与两边的隧道相撞？ 发现这个问题以后，我们去请教了很多科研单位和大学，但是，由于这个问题实在是太新，而且时间紧，一时间我们没有得到反馈。 作为这部分设计的主要负责人，我也一直在思考怎么样去论证这个问题，我去图书馆查了不少资料。一天，我找到一个非常古老的公式，应该是伽利略提出来的“单摆公式”，伽利略坐在教堂里，看着教堂的灯可能是被风吹地在摆动，于是他就提出了单摆公式。 受到这个公式的启发，我和其他设计师结合海洋预报预测做了分析，我们做了一个计划，认为放下去的时候，即便是有海浪拍打，也一定不会撞。 这是什么道理？我跟大家通俗地解释，最终接头和它上面的锁链在一块，是个大摆体，我们把它想象成我们的大腿，我们平时走路的时候，相对于我们跑步或站着不动的时候，会感觉更舒服。 为什么？因为我们的腿是有自己的节拍的，当我们走路的时候，我们的步频正好是和腿的节拍合拍，所以我们才会觉得走路舒服。这个最终接头的节拍是多少？我计算出来大概是200秒摆动一次，即200秒“走一步”。 而海浪的一个节拍是4到5秒，用一个4到5秒的节拍去拍一个200秒节拍的东西，不会产生共鸣，所以最终接头的摆动幅度是微小的，就这样，我们证明了不会撞。 后来实际施工的时候，在这个最终接头里面放了两个仪器，仪器大概是类似放在导弹里的精密加速度仪，它的运动被测量出来了，和我们的计算是比较吻合的，确实没有撞。 刚才跟大家分享了我十年前，五年前，两年前的三件工作。在我们项目上像这样的问题，有千千万万，我跟大家介绍一下我们的设计总负责人，他每周要工作70多个小时，审阅上万份的图纸，要确保设计的每个环节不出错误。  “大国工匠”  悬浮隧道示意图 设想一下，如果我们把桥梁反过来，或者说我们把桥梁按到水底下去，借用水的浮力让桥梁承载，这样我们就会获得一个经济、可持续性、并可以跨越更广阔水域的一个通道方案。 悬浮隧道和沉管隧道有些像，但是至今为止，没有任何一个国家的工程师能够建造它。对于我们隧道工程师来说，19世纪时候英国建设了人类历史上第一条水底隧道，20世纪美国工程师建设了第一条沉管隧道。 现在是21世纪，希望经由我们的努力，能由中国工程师来建造人类历史上第一条悬浮隧道，谢谢大家。 |
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