大國(guó)工程背后的清華力量｜走近參與港珠澳大橋建設(shè)的清華人

來(lái)源：“清華大學(xué)”微信公眾號(hào)

港珠澳大橋東西人工島

在“海上絲綢之路”的起點(diǎn)，一條巨龍將茫茫伶仃洋劃為兩半，蜿蜒綿亙伸向遠(yuǎn)方。

剛剛，港珠澳大橋開(kāi)通儀式在廣東珠海舉行，被譽(yù)為“21世紀(jì)第八大奇跡”的港珠澳大橋正式開(kāi)通，用最燦爛的姿態(tài)連接起香港、珠海、澳門(mén)三地，自此3小時(shí)的車程縮短至30分鐘。

400多項(xiàng)新專利，7項(xiàng)世界之最，整體設(shè)計(jì)和關(guān)鍵技術(shù)全部自主研發(fā)……8年時(shí)間，港珠澳大橋圓了幾代人的橋梁夢(mèng)，讓滴水不漏、120年使用壽命的中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)驚艷了全世界。

“關(guān)鍵核心技術(shù)是要不來(lái)、買不來(lái)、討不來(lái)的。”習(xí)近平總書(shū)記的話發(fā)人深省。從“一帶一路”到“中國(guó)創(chuàng)造”，每一項(xiàng)大國(guó)重器的背后都有這樣一群人，為國(guó)家戰(zhàn)略提供堅(jiān)強(qiáng)有力的科技支撐。其中，有很多清華人行勝于言的身影。今天，我們一起走近參與大橋建設(shè)的3個(gè)清華大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)，聽(tīng)他們講述如何登上橋梁界的“珠穆朗瑪峰”。

宋二祥

島隧工程全球首創(chuàng)

宋二祥接受采訪（點(diǎn)擊截圖觀看視頻）

在工廠標(biāo)準(zhǔn)化制作幾個(gè)節(jié)段，用預(yù)應(yīng)力鋼絞線串起來(lái)，拼接澆筑成長(zhǎng)達(dá)一兩百米的鋼筋混凝土隧道管節(jié)。多個(gè)這樣的管節(jié)依次經(jīng)過(guò)海上浮運(yùn)、沉放，對(duì)接起來(lái)，并剪斷鋼絞線，整個(gè)隧道就是一個(gè)柔性整體。就像一串糖葫蘆，安裝到位之后，再剪斷竹簽，這就是柔性沉管隧道結(jié)構(gòu)的基本原理。

在港珠澳大橋的沉管隧道之前，國(guó)內(nèi)外沉管隧道結(jié)構(gòu)僅有剛性和柔性兩種。相比于剛性沉管隧道結(jié)構(gòu)，柔性結(jié)構(gòu)能夠應(yīng)對(duì)一定范圍的不均勻沉降，擁有受力較均勻的優(yōu)勢(shì)。因此，參照國(guó)內(nèi)外已有工程經(jīng)驗(yàn)，港珠澳大橋工程中5公里多的沉管隧道初步設(shè)計(jì)選擇了柔性結(jié)構(gòu)方案。

但是，項(xiàng)目部專家很快意識(shí)到柔性結(jié)構(gòu)方案對(duì)于港珠澳工程可能不盡適用。一方面，為了滿足通航需求，港珠澳大橋的沉管隧道要深埋海底40多米，而世界上已有的柔性結(jié)構(gòu)隧道均為淺埋隧道；另一方面，整個(gè)隧道在縱向地質(zhì)條件及埋深存在差異。

“如果兩個(gè)管節(jié)之間因荷載及地基差異而發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，隧道就有漏水甚至破壞的危險(xiǎn)。”負(fù)責(zé)隧道差異沉降和結(jié)構(gòu)可行性分析的清華大學(xué)土木工程系教授宋二祥解釋道。有沒(méi)有第三種結(jié)構(gòu)存在，讓8萬(wàn)噸的管節(jié)在40多米的海底，保證雙向六車道的車輛安全通行120年，成為擺在所有人面前的難題。

就在此時(shí)，宋二祥接到了港珠澳大橋項(xiàng)目部打來(lái)的電話：“不剪斷預(yù)應(yīng)力鋼筋，做‘半剛性’行不行？”

這個(gè)想法如同黑暗中的火花，令所有人激動(dòng)不已。但是面對(duì)全世界從未有人涉足的“半剛性”隧道結(jié)構(gòu)，既要在零基礎(chǔ)上驗(yàn)證可行性，又要規(guī)避不確定性帶來(lái)的各種風(fēng)險(xiǎn)，挑戰(zhàn)可想而知。宋二祥帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)從最基礎(chǔ)的研究開(kāi)始，作了大量分析、計(jì)算。為了不影響施工進(jìn)度，熬夜成為他們的家常便飯。

走一條前人沒(méi)走過(guò)的道路絕非坦途。計(jì)算機(jī)軟件無(wú)法滿足直接進(jìn)行這一復(fù)雜問(wèn)題精細(xì)分析的功能，他們就設(shè)法構(gòu)造其他等效模型來(lái)進(jìn)行分析；對(duì)于任何有疑問(wèn)計(jì)算方法和結(jié)果，宋二祥就和團(tuán)隊(duì)一起，連夜推導(dǎo)、證明，不斷優(yōu)化計(jì)算模型和參數(shù)……最終形成了十幾份厚厚的論證分析報(bào)告。

“前前后后5、6年時(shí)間，他除了在清華計(jì)算還來(lái)現(xiàn)場(chǎng)參加指導(dǎo)，每月都要來(lái)幾次，為大橋結(jié)構(gòu)體系創(chuàng)新作出了重要貢獻(xiàn)。”港珠澳大橋管理局總工程師蘇權(quán)科最佩服的還是清華人的鉆研精神。

本以為詳細(xì)周全的分析論證一開(kāi)始就遭到了國(guó)外專家的斷然否定。宋二祥非常堅(jiān)定，“我們已經(jīng)作了全面仔細(xì)的分析，半剛性結(jié)構(gòu)是可行的”。經(jīng)過(guò)多輪討論、解釋，終于讓國(guó)外專家從不理解、不接受，轉(zhuǎn)變?yōu)榇罅ΨQ贊“半剛性”方案。

“事實(shí)證明半剛性結(jié)構(gòu)性能優(yōu)越，整個(gè)隧道建成后滴水不漏。”宋二祥說(shuō)，“正是通過(guò)參與到這種大型工程，促使我們不斷進(jìn)步，整個(gè)團(tuán)隊(duì)都得到了培養(yǎng)鍛煉。”

李克非

百年工程中國(guó)質(zhì)造

李克非接受采訪（點(diǎn)擊截圖觀看視頻）

橫亙?cè)诹尕暄竺嫔系氖澜缱铋L(zhǎng)跨海大橋經(jīng)受強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“山竹”考驗(yàn)，不但主體橋梁、海底隧道、人工島，就連橋面上護(hù)攔、路燈都安然無(wú)恙。設(shè)計(jì)壽命120年的港珠澳大橋再次刷新“中國(guó)質(zhì)造”水平。

令人驚嘆的是，作為世界最大的鋼結(jié)構(gòu)橋梁，大橋僅主梁鋼板用量就高達(dá)42萬(wàn)噸，相當(dāng)于10座鳥(niǎo)巢或60座埃菲爾鐵塔的重量，在安全性能上能抗16級(jí)臺(tái)風(fēng)、8級(jí)地震及30萬(wàn)噸巨輪撞擊。

高溫高濕多鹽的外海環(huán)境，對(duì)鋼筋混凝土材料的腐蝕程度高、腐蝕速度快，“陸地上采用一般鋼筋混凝土材料的建筑在同樣的環(huán)境中，十年都撐不到”。港珠澳大橋要做精品工程，設(shè)計(jì)壽命達(dá)到120年，這在我國(guó)橋梁史上是從未有過(guò)的，憑借以往的經(jīng)驗(yàn)和當(dāng)時(shí)的規(guī)范是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，必須上升到理論高度。清華大學(xué)土木工程系教授李克非帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開(kāi)始了日復(fù)一日的攻關(guān)。

長(zhǎng)期耐久性設(shè)計(jì)的理論很早就被西方學(xué)者提出來(lái)，但是由于歐洲的大規(guī)模建設(shè)已經(jīng)結(jié)束，所以這個(gè)理論框架從來(lái)沒(méi)有被真正實(shí)施過(guò)。依賴湛江暴露試驗(yàn)站30年的寶貴觀測(cè)數(shù)據(jù)，李克非和他的團(tuán)隊(duì)繼承了已有的分析框架，第一次將耐久性知識(shí)系統(tǒng)地應(yīng)用到港珠澳大橋上。

“我們的工作最難的是敢于應(yīng)用自己的知識(shí)”，無(wú)數(shù)次李克非都面臨著進(jìn)還是退的選擇題。有時(shí)候沉管隧道上混凝土的開(kāi)裂寬度是控制在0.2毫米還是0.3毫米這樣的“小問(wèn)題”，都是他心中的“大問(wèn)題”：如果控制到團(tuán)隊(duì)認(rèn)為合理的0.3毫米，就可以大大降低施工成本；如果按照歐洲標(biāo)準(zhǔn)控制在0.2毫米，相應(yīng)的施工成本就會(huì)提高。

時(shí)間緊、任務(wù)重，工程進(jìn)度要求李克非經(jīng)常要在一小時(shí)之內(nèi)作出決策，而同等工程中歐洲團(tuán)隊(duì)論證決策的時(shí)間往往是兩三個(gè)月。最終團(tuán)隊(duì)選擇將開(kāi)裂寬度控制在0.3毫米，“這考驗(yàn)我們?cè)诙啻蟪潭壬舷嘈抛约旱闹R(shí)和研究積累。”他說(shuō)，在這個(gè)大工程中，需要下決心的事情很多，每一處細(xì)節(jié)都可能會(huì)影響工程安全，有時(shí)候決策的重要性確實(shí)超過(guò)了一個(gè)人能夠承擔(dān)的重量。

島上生活條件艱苦，但項(xiàng)目落地迫在眉睫。落實(shí)方案的過(guò)程中，課題組的王翩翩等兩位研究生曾到大橋的施工場(chǎng)地——桂山島上參與沉管隧道的施工，與工人們同吃同住十個(gè)多月。

“島上淡水和食物都是擺渡船拉上去的，工人們幾乎沒(méi)有什么娛樂(lè)活動(dòng)”，李克非在現(xiàn)場(chǎng)參與施工時(shí)還發(fā)現(xiàn)了一件有意思的事情，“我在開(kāi)會(huì)的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)他們說(shuō)話一個(gè)比一個(gè)快。一到室外我就明白為什么了，因?yàn)橹v話一慢就是一嘴的砂子！”原來(lái)島上背面原本是海島，因?yàn)槿〔男枰煌诰蛄艘徊糠郑?dāng)時(shí)海風(fēng)特別大，幾乎早晚都有。因此，一旦起風(fēng)就會(huì)揚(yáng)起很大的砂塵，而項(xiàng)目組的建設(shè)者從調(diào)研期間就一直堅(jiān)守在工地。

經(jīng)過(guò)一年多時(shí)間的反復(fù)論證，李克非和他的團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)成果凝結(jié)為港珠澳工程混凝土構(gòu)件的耐久性質(zhì)量控制指標(biāo)。

“世紀(jì)工程的完工，超級(jí)難題的解決，是千千萬(wàn)萬(wàn)的人努力的結(jié)果。”李克非希望自己還有機(jī)會(huì)再次參與這些工程，希望有更多的清華的同行們能夠參與，“我堅(jiān)信我們清華的力量會(huì)越來(lái)越多地出現(xiàn)在這些世紀(jì)工程中。

張永良

監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 國(guó)際領(lǐng)先

張永良接受采訪（點(diǎn)擊截圖觀看視頻）

如果工程是解決問(wèn)題的，那工程中的每一個(gè)異象都會(huì)顯現(xiàn)出一系列問(wèn)題，問(wèn)題往往是以突變的方式到來(lái)。對(duì)于龐大的港珠澳大橋來(lái)說(shuō)，每一處不起眼的變化都可能導(dǎo)致不可預(yù)估的后果。

“水上看得見(jiàn)，摸得著，有問(wèn)題很快就能知道，已有的監(jiān)測(cè)非常完整。但事實(shí)上，世界上所有重大工程的問(wèn)題60%都出自水下。”負(fù)責(zé)大橋健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的土木水利工程學(xué)院教授張永良說(shuō)。

“清華理論基礎(chǔ)很扎實(shí)，能放心”，這是蘇權(quán)科的信賴，也是大橋項(xiàng)目部的重托。張永良接下了設(shè)計(jì)保障大橋120年使用壽命健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的任務(wù)，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)調(diào)研市場(chǎng)成熟的設(shè)計(jì)方案，跟蹤世界前沿文獻(xiàn)，力圖讓健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)成為“海中的眼睛”，監(jiān)測(cè)伶仃洋下海流、波浪等各種結(jié)構(gòu)受力要素變化的規(guī)律。

水下實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，全天候持續(xù)監(jiān)測(cè)所有海洋環(huán)境中涉及橋梁安全的水下要素，甚至包括臺(tái)風(fēng)季節(jié)的；水上水下結(jié)合，組成完整的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。這是世界上首次做到監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通盤(pán)考慮采樣數(shù)據(jù)，對(duì)橋梁進(jìn)行綜合分析。

“雖然我們只承擔(dān)了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的一部分工作，但是能為大橋的使用壽命保駕護(hù)航，我已經(jīng)覺(jué)得很光榮。”張永良說(shuō)接下來(lái)的工作重點(diǎn)將轉(zhuǎn)移到波浪能利用，“技術(shù)上爭(zhēng)取國(guó)際領(lǐng)先，才能更好地解決海水淡化、南海島礁用電等國(guó)家重大需求。”

港珠澳大橋的雄姿

百歲千秋，清華的命運(yùn)與祖國(guó)命運(yùn)同生共長(zhǎng)。“大國(guó)重器必須掌握在自己手里。”為著一股氣，一代代清華人義無(wú)反顧，“劈山建路架橋”，攀登科學(xué)高峰，助力國(guó)家前行。

視頻 | 方鍶 段鴻杰

特別鳴謝 | 港珠澳大橋管理局

文 | 張靜

圖 | 中交港珠澳大橋島隧工程項(xiàng)目總部 郝曉天

編輯 | 粽

（清華新聞網(wǎng)10月23日電）

編輯：華山 審核：襄楠