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大国工程背后的高校力量

2018-10-24 10:19来源:中国教育报

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大国工程背后的高校力量

——走近参与港珠澳大桥建设的三个清华团队

  10月23日,港珠澳大桥开通仪式在广东珠海举行,被誉为“21世纪第八大奇迹”的港珠澳大桥正式开通。

  400多项新专利、7项世界之最、整体设计和关键技术全部自主研发……8年时间,港珠澳大桥圆了几代人的桥梁梦,让滴水不漏、120年使用寿命的中国标准惊艳了全世界。

  从“一带一路”到“中国创造”,每一项大国重器的背后都有这样一群人,为国家战略提供坚强有力的科技支撑。其中,清华大学有3个科研团队参与了大桥建设,他们向记者讲述了如何登上桥梁界的“珠穆朗玛峰”。

  宋二祥团队:

  岛隧工程 全球首创

  在港珠澳大桥的沉管隧道之前,国内外沉管隧道结构仅有刚性和柔性两种。相比于刚性沉管隧道结构,柔性结构能够应对一定范围的不均匀沉降,拥有受力较均匀的优势。因此,参照国内外已有工程经验,港珠澳大桥工程中5公里多的沉管隧道初步设计选择了柔性结构方案。

  但是,项目部专家很快意识到柔性结构方案对于港珠澳工程可能不适用。“如果两个管节之间因荷载及地基差异而发生错动,隧道就有漏水甚至破坏的危险。”负责隧道差异沉降和结构可行性分析的清华大学土木工程系教授宋二祥解释道。

  有没有第三种结构存在,让8万吨的管节在40多米的海底,保证双向六车道的车辆安全通行120年,成为摆在所有人面前的难题。

  “做‘半刚性’行不行?”这个想法如同黑暗中的火花,令所有人激动不已。但是面对全世界从未有人涉足的“半刚性”隧道结构,既要在零基础上验证可行性,又要规避不确定性带来的各种风险,挑战可想而知。宋二祥带领团队从最基础的研究开始,做了大量分析、计算。

  走一条前人没走过的道路绝非坦途。计算机软件无法满足直接进行这一复杂问题精细分析的功能,他们就设法构造其他等效模型来进行分析;对于任何有疑问的计算方法和结果,宋二祥和团队师生一起,连夜推导、证明,不断优化计算模型和参数……最终形成了十几份厚厚的论证分析报告。

  “前前后后五六年,宋二祥除了在清华计算,还来现场参加指导,每月都要来几次,为大桥结构体系创新作出了重要贡献。”港珠澳大桥管理局总工程师苏权科最佩服的还是清华人的钻研精神。

  “事实证明,半刚性结构性能优越,整个隧道建成后滴水不漏。”宋二祥说,“正是通过参与这种大型工程,促使我们不断进步,整个团队的学生都得到了培养锻炼。”

  李克非团队:

  百年工程 “中国质造”

  港珠澳大桥要做精品工程,设计寿命达到120年,这在我国桥梁史上是从未有过的。

  作为世界最大的钢结构桥梁,仅主梁钢板用量就高达42万吨,相当于10座鸟巢或60座埃菲尔铁塔的重量,在安全性能上能抗16级台风、8级地震及30万吨巨轮撞击。

  高温高湿多盐的外海环境,对钢筋混凝土材料的腐蚀程度高、腐蚀速度快。“陆地上采用一般钢筋混凝土材料的建筑在同样的环境中,10年都撑不到。”依赖湛江暴露试验站30年的宝贵观测数据,清华大学土木工程系教授李克非和他的团队继承了已有的分析框架,第一次将耐久性知识系统地应用到港珠澳大桥上。

  “我们的工作最难的是敢于应用自己的知识。”无数次,李克非都面临进还是退的选择题。时间紧、任务重,工程进度要求李克非经常要在一小时之内作出决策,而同等工程,欧洲团队论证决策往往要两三个月。

  “这考验我们在多大程度上相信自己的知识和研究积累。”李克非说,在这个大工程中,需要下决心的事情很多,每一处细节都可能会影响工程安全,有时候决策的重要性超过了一个人能够承担的重量。

  经过一年多的反复论证,李克非团队的设计成果凝结为港珠澳工程混凝土构件的耐久性质量控制指标。“世纪工程的完工,超级难题的解决,是千千万万的人努力的结果。”李克非希望自己还有机会再次参与这些工程,希望有更多清华的同行能够参与,“我坚信我们清华的力量会越来越多地出现在这些世纪工程中。”

  张永良团队:

  监测系统 “海中的眼睛”

  如果工程是解决问题的,那工程中的每一个异象都会显现出一系列问题,问题往往是以突变的方式到来。对庞大的港珠澳大桥来说,每一处不起眼的变化都可能导致不可预估的后果。

  “水上看得见摸得着,有问题很快就能知道,已有的监测非常完整。但事实上,世界上所有重大工程的问题60%都出自水下。”负责大桥健康监测系统设计的清华土木水利工程学院教授张永良说。

  张永良接下了设计保障大桥120年使用寿命健康监测系统的任务,带领团队调研市场成熟的设计方案,跟踪世界前沿文献,力图让健康监测系统成为“海中的眼睛”,监测伶仃洋海流、波浪等各种结构受力要素变化的规律。

  水下实时监测,全天候持续监测所有海洋环境中涉及桥梁安全的水下要素;水上水下结合,组成完整的健康监测系统。这是世界上首次做到监测系统通盘考虑采样数据,对桥梁进行综合分析。

  “虽然我们只承担了监测系统的一部分工作,但是能为大桥的使用寿命保驾护航,我已经觉得很光荣。”张永良说,接下来的工作重点将转移到波浪能利用,“技术上争取国际领先,才能更好地满足海水淡化、南海岛礁用电等国家重大需求。”

  “大国重器必须掌握在自己手里。”为着一股气,这些清华人义无反顾,劈山建路架桥,攀登科学高峰,助力国家前行。

  本报北京10月23日电 本报记者 赵秀红 通讯员 张静

[责编:丁玉冰]

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