虎門大橋：世紀(jì)工程走過了28年

作為當(dāng)年獻(xiàn)禮香港回歸的世紀(jì)工程，通車于1997年6月的虎門大橋是我國第一座真正意義上的大規(guī)?，F(xiàn)代化懸索橋。無論是設(shè)計(jì)還是施工，均為國內(nèi)首次嘗試，所以在我國橋梁史上有著特殊的地位。

作為首座跨越珠江口東西兩岸的大型橋梁，虎門大橋不僅改寫了粵港澳三地“一水隔天涯”的格局，支撐起珠三角經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，還引領(lǐng)了中國橋梁建造史上的技術(shù)創(chuàng)新。

一“舞”成名

盡管虎門大橋曾獲得過詹天佑土木工程大獎，以及廣東省科技進(jìn)步獎和國家科技進(jìn)步獎等榮譽(yù)，更擁有18項(xiàng)國內(nèi)或國際先進(jìn)水平的工程技術(shù)和工藝，堪稱20世紀(jì)中國橋梁建設(shè)的最高成就。但令人有些尷尬的是，真正讓虎門大橋迅速在網(wǎng)絡(luò)上出名的卻是5年前一條驚心動魄的橋體“隨風(fēng)起舞”的新聞。

2020年5月5日下午14時，虎門大橋懸索橋橋面突然出現(xiàn)肉眼可見的波浪狀晃動，這是在虎門大橋通車23年歷史上從未發(fā)生過的情況，由于橋面振幅過大，考慮影響到行車舒適性和交通安全，大橋所屬管理部門聯(lián)合交警部門及時采取了雙向交通管制措施。

經(jīng)過專家組的判定，認(rèn)為虎門大橋懸索橋本次振動的主要原因是：沿橋跨邊護(hù)欄連續(xù)設(shè)置水馬，改變了鋼箱梁的氣動外形，在特定風(fēng)環(huán)境條件下，產(chǎn)生了橋梁“渦振”現(xiàn)象。同時根據(jù)研判斷定，懸索橋結(jié)構(gòu)安全可靠，不會影響虎門大橋后續(xù)使用的安全性和耐久性。

懸索橋，顧名思義，主要承重構(gòu)件是懸索。懸索主要承受拉力，一般用抗拉強(qiáng)度高的鋼材如鋼絲、鋼纜等制作。對于懸索橋來說，抗風(fēng)性的處理是尤為關(guān)鍵的，此次發(fā)生的“渦激共振”現(xiàn)象與這個有關(guān)。

橋梁的“渦激共振”，又稱“渦振”，是一種只會在低風(fēng)速下產(chǎn)生的兼有自激振動和強(qiáng)迫振動特性的有限振幅振動。簡單來說，就是橋梁自身的振動結(jié)構(gòu)，和氣流對橋梁所形成的作用，相互限制，形成一個反饋?zhàn)饔?。一般情況下，大跨徑懸索橋在較低風(fēng)速下存在渦振現(xiàn)象，振動幅度較小不易察覺，僅在特殊條件下會產(chǎn)生較大振幅，但不會影響橋梁結(jié)構(gòu)安全。

翻看相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，不止虎門大橋。在此之前不久，武漢鸚鵡洲長江大橋和杭州灣跨海大橋，以及更早時候的日本東京灣通道橋主橋都發(fā)生過類似的橋體抖動事件……

相對拱橋、斜拉橋、梁橋而言，懸索橋是一種高超靜定結(jié)構(gòu)，影響抗風(fēng)振能力的因素有很多，但主要取決于梁的截面形式和橫向剛度。梁的截面形式指的是要具有良好的流線型（如帶風(fēng)嘴的扁平鋼箱梁）或透風(fēng)系數(shù)（如鋼桁梁），橫向剛度至加勁梁的重力、截面特性，以及吊索間距等形成的抵抗橫風(fēng)的能力。

“虎門大橋地處臺風(fēng)多發(fā)地帶，在設(shè)計(jì)之初已經(jīng)充分考慮這一因素，抗風(fēng)系數(shù)肯定是很高的?！睒蛄簩＜曳治稣J(rèn)為，橋梁遇到特殊風(fēng)況會晃動是正常的，一般遇到旋渦風(fēng)橋面晃動比較大。此次渦振正值虎門大橋橋梁兩側(cè)檢修施工期間，在橋面堆放了水馬設(shè)施，改變了主梁的氣動外形，造成橋面有明顯的大振幅周期性振動。

橋梁的安全，包括抗震和抗風(fēng)都是在設(shè)計(jì)和建造中的關(guān)鍵要素。為了實(shí)時了解橋梁的安全要素，現(xiàn)代橋梁一般都有健康監(jiān)測與評估系統(tǒng)。這是一套軟硬件結(jié)合的系統(tǒng)，對橋梁的裂縫、航道、車流量、大橋的環(huán)境溫度、振動情況、移位情況等進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測預(yù)警?；㈤T大橋更是國內(nèi)首個采用GPS實(shí)時三維位移監(jiān)測系統(tǒng)工程，全系統(tǒng)由基準(zhǔn)站、監(jiān)測站、數(shù)據(jù)通信鏈路和數(shù)據(jù)處理及控制中心組成。虎門大橋應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理分析子系統(tǒng)組成，在懸索橋箱梁的7個截面、箱梁的頂板和底板處安裝有24個應(yīng)變計(jì)；應(yīng)變數(shù)據(jù)經(jīng)電纜送至大橋東端的工控機(jī)，再通過光纖傳輸至大橋外的監(jiān)測中心服務(wù)器內(nèi)，并通過工作站將數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理和存儲。通過對橋的連續(xù)位移進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，了解橋梁結(jié)構(gòu)在各種作用下的實(shí)際受力狀態(tài)和工作狀況；同時通過分析監(jiān)測結(jié)果得到結(jié)構(gòu)的振動參數(shù)，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)、抗震設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對大跨橋梁安全的實(shí)時監(jiān)測。

另外，虎門大橋管理部門每年都要進(jìn)行嚴(yán)格的檢查和維護(hù)，確保橋體始終處于最佳狀態(tài)。這座大橋每年需要進(jìn)行超過50項(xiàng)的維護(hù)和檢修工作，包括清洗橋面、更換膨脹縫、修復(fù)鋼梁等，可見對它的維護(hù)工作十分煩瑣和精心，就是為了確保大橋交通安全萬無一失。

時代的縮影

虎門大橋是一座融多處橋隧為一體的群體工程，全長4588米，雙向6車道，全路段共有23座大小橋梁（包含3座特大橋）、3座隧道、兩座大型互通立交橋和一座大型收費(fèi)站。

日均飽和標(biāo)準(zhǔn)車流量為8萬輛，主孔通航凈高60米，橋下可雙向通行5萬噸海輪。其中主橋?yàn)榭鐝?88米的鋼箱梁懸索橋，為我國第一座大規(guī)模大跨度的現(xiàn)代懸索橋；輔航道橋?yàn)橹骺?70米的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，是當(dāng)時同類型橋梁世界之最，被譽(yù)為“世界剛構(gòu)第一橋”。

虎門大橋建設(shè)期間，我國的大跨徑現(xiàn)代懸索橋技術(shù)還是一片空白的階段，沒有現(xiàn)成的施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)規(guī)范。既要抗住南海的風(fēng)浪，還要承受珠江口的潮汐和漩渦，同時還要考慮到航道的通暢。超長跨度、復(fù)雜水文地質(zhì)條件等，都使虎門大橋的建造成為當(dāng)時中國規(guī)模最大、技術(shù)最復(fù)雜的大型橋梁工程之一。

要建這樣高難度的大型橋梁，當(dāng)時國內(nèi)并沒有先例，有大量現(xiàn)實(shí)的技術(shù)難題亟須突破解決。其中，懸索橋的東錨碇、東塔、西錨碇、西塔，以及主跨270米連續(xù)剛構(gòu)橋的兩個主墩六大件工程，是控制整個虎門大橋工程的關(guān)鍵?；㈤T大橋建設(shè)者敢為天下先，制定出完整的“六大件工程”計(jì)劃，有力地推動了“世紀(jì)大橋”的科學(xué)施工，取得了一個又一個重大成果：大噸位液壓提升跨纜吊機(jī)的研制、270米跨度剛構(gòu)橋輕型掛籃制造和50米T梁架橋機(jī)、基坑高邊坡防護(hù)、兩塔塔身翻轉(zhuǎn)模板設(shè)計(jì)、特大型橋梁施工控制測量技術(shù)、大體積混凝土施工、懸索橋上部結(jié)構(gòu)施工、水上拌和樓研制等數(shù)十項(xiàng)科研項(xiàng)目，一一成功應(yīng)用到施工實(shí)踐中。

主橋主跨長達(dá)888米，使用了世界上最大的擺式吊塔，總共有4座橋塔，其中兩座高度達(dá)到了150米，相當(dāng)于50層樓的高度。除了主橋之外，虎門大橋還有兩個連接線和多個引橋組成的復(fù)雜橋系，讓整座大橋看起來更加壯觀。

虎門大橋的設(shè)計(jì)獨(dú)具匠心，體現(xiàn)了藝術(shù)與科技的完美結(jié)合。整座橋梁呈現(xiàn)出優(yōu)美的弧線形，猶如長虹臥波，與珠江水域的波濤形成和諧共生的畫面。同時，大橋的欄桿設(shè)計(jì)也別具一格，采用了中華傳統(tǒng)文化元素，如石獅、朱雀等，使得這座現(xiàn)代化橋梁充滿了濃郁的文化氣息。

這座見證了珠三角經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的重要交通樞紐，一度是區(qū)域發(fā)展的象征，對經(jīng)濟(jì)帶動的先行效應(yīng)十分明顯，拉近了大灣區(qū)內(nèi)各個城市群的距離。通車運(yùn)營以來，虎門大橋通行車流量持續(xù)穩(wěn)定，甚至在高峰期經(jīng)常出現(xiàn)擁堵現(xiàn)象。

進(jìn)入2025年，這座有“世紀(jì)大橋”之名的虎門大橋迎來運(yùn)營的第28個年頭。隨著近幾年內(nèi)虎門二橋、深中通道和港珠澳大橋等項(xiàng)目的相繼完工，以及高速公路網(wǎng)絡(luò)的不斷完善，交通流量開始分流，虎門大橋不再是往來大灣區(qū)唯一的選擇，但它仍然是珠江口重要的跨江大通道之一，源源不斷地將人流、物流、資金流、信息流在珠江口東西岸之間輸送。

在粵港澳大灣區(qū)和“一帶一路”的大背景下，虎門大橋也在經(jīng)歷著前所未有的變革，迎來新時代的新使命。這座連接珠江口兩岸的雄偉建筑，見證過中國現(xiàn)代化的輝煌歷程，也展現(xiàn)出建設(shè)者對于工程技術(shù)和設(shè)計(jì)美學(xué)的極致追求。它是一個大時代大潮流中的小小縮影，向世界訴說著這樣一個地區(qū)、一個國家在快速發(fā)展中所經(jīng)歷的故事和變幻的風(fēng)景。