一個實驗室內(nèi)，竟有橋梁飛架、桁架機(jī)械手來回穿行，還有蔚為壯觀的“地下工程”。身處其中，可感受一場來勢洶洶的峽谷風(fēng)，來一場說下就下的雨。
依托重慶交通大學(xué)建設(shè)的山區(qū)橋梁及隧道工程國家重點實驗室，就是這樣一個“神奇”的實驗室。實驗室有“四大金剛”坐鎮(zhèn)，來頭都不小。
該實驗室近5年已累計投入超過2.5億元，科技成果運(yùn)用于10多個堪稱“世界第一”的橋隧工程。
它為何如此厲害？4月25日，重慶日報記者走進(jìn)這個“深藏不露”的實驗室一探究竟。
實驗室“金剛”①專治橋梁“疑難雜癥”
實驗室探秘：
很大，試驗場地相當(dāng)于三個半足球場
重慶交通大學(xué)科學(xué)城校區(qū)，李子湖對岸的現(xiàn)代建筑群，就是山區(qū)橋梁及隧道工程國家重點實驗室所在地。
當(dāng)走進(jìn)橋梁實驗樓，記者立馬被震撼住了。
橋梁試驗大廳長80米、寬40米、高16米，看上去有5層樓高，而且地下還有架空層。
“這是目前國內(nèi)最大的橋梁單體試驗大廳。”實驗室副主任、重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院副院長姚國文說。
“四大金剛”之一的環(huán)境/荷載耦合加載試驗平臺就在這里，平臺由可變空間尺度人工環(huán)境綜合試驗箱和結(jié)構(gòu)動靜力多功能加載試驗系統(tǒng)組成。
“試驗箱包括5個大小不一的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)箱體，可以像搭積木一樣，把5個拼在一起用，也可以分開來一個個單獨(dú)用。”姚國文介紹，試驗箱最長可達(dá)35米、最高10米，可靈活組裝36立方米-688立方米的環(huán)境空間。
“這是我們的新實驗室，面積超過1.8萬平方米。南岸校區(qū)還有老實驗室，面積有7000多平方米。兩地加起來，大概有三個半標(biāo)準(zhǔn)足球場這么大，其中試驗場地超過2萬平方米。”姚國文介紹，實驗室的“大家伙”雖然名字聽起來拗口，卻是國之重器，“我國西部山區(qū)70%的重大橋隧建設(shè)工程關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，實驗室都有參與。”
科技應(yīng)用：
為川藏鐵路大橋等做實驗
這里的試驗箱，也是目前世界土木工程領(lǐng)域最大規(guī)模的可變空間人工環(huán)境綜合試驗箱。
試驗箱用來做什么？姚國文告訴記者，可以模擬各種復(fù)雜的山區(qū)環(huán)境，不管天晴還是下雨，都可以通過調(diào)整二氧化碳含量、溫度、濕度、酸堿度等，模擬出盡可能真實的橋梁所處環(huán)境。“比如，在1小時內(nèi)，環(huán)境箱的溫度可以從零下70℃變化到100℃。”
“一座新建的橋梁，它在使用50年甚至100年后的性能如何？我們可以在試驗箱里進(jìn)行各種人工加速試驗，去驗證和預(yù)見橋梁從‘青壯年’到‘中老年’的樣子。”姚國文說。
川藏鐵路拉薩至林芝段的藏木雅魯藏布江大橋，是目前世界上海拔最高、跨度最大的鐵路鋼管混凝土拱橋，主跨430米，預(yù)計今年將建成通車。
“實驗室主任周建庭正以藏木雅魯藏布江特大橋為原型，利用試驗箱模擬高寒地區(qū)的環(huán)境和日照條件，開展大跨鋼管混凝土拱橋受溫度影響的試驗研究，為同類鋼管混凝土拱橋設(shè)計施工提供依據(jù)。”姚國文介紹。
像這樣的“世界級”研究課題，實驗室還做過很多。
實驗室“金剛”②?？兴淼?ldquo;硬骨頭”
實驗室探秘：
“地下工程”暗藏玄機(jī)
與橋梁實驗樓相鄰的是隧道實驗樓，面積有4000多平方米。
相比橋梁試驗大廳的地上壯觀而言，隧道試驗大廳卻是“地下工程”蔚為壯觀。“四大金剛”之一的隧道及地下結(jié)構(gòu)三維模型試驗系統(tǒng)就在這里。
“試驗系統(tǒng)由我們自主研發(fā)，技術(shù)指標(biāo)與試驗規(guī)模都處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。”正在做實驗的徐湃博士介紹，這個70多平方米、兩層樓深的地下空間，可完成1:5的隧道及地下工程大比例三維模型試驗。
她解釋道，隧道所處的地質(zhì)和環(huán)境條件都很復(fù)雜，借助該試驗系統(tǒng)，可以模擬復(fù)雜條件下隧道開挖的過程，分析隧道的受力情況。而且比例尺越大，越接近真實的情況。
隧道及地下結(jié)構(gòu)三維模型試驗系統(tǒng)旁邊，有一個隧道及地下工程通風(fēng)防災(zāi)綜合實驗平臺，可以進(jìn)行山區(qū)公路、鐵路、水下、城市地下立交隧道通風(fēng)防災(zāi)試驗。
“港珠澳大橋離岸特長沉管隧道建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)項目，也在這里完成了很多防災(zāi)減災(zāi)試驗。”徐湃介紹。
科技應(yīng)用：
為港珠澳大橋沉管隧道做防災(zāi)減災(zāi)
作為世界最長跨海大橋的重要組成部分，港珠澳大橋沉管隧道長達(dá)5664米，要做到“滴水不漏”，是整個工程建設(shè)期的“硬骨頭”。同時，其使用壽命需長達(dá)120年，如何保證運(yùn)營期內(nèi)的安全耐用是頭等大事，做好防災(zāi)減災(zāi)成為重中之重。
實驗室隧道方向的學(xué)術(shù)帶頭人、全國工程勘察設(shè)計大師蔣樹屏是“離岸特長沉管隧道防災(zāi)減災(zāi)關(guān)鍵技術(shù)研究”課題的技術(shù)負(fù)責(zé)人。5年間，他帶領(lǐng)上百人的團(tuán)隊投入到課題中，不僅在重慶做試驗，還在漳州建造了港珠澳大橋沉管隧道1:1足尺防災(zāi)減災(zāi)試驗平臺和交通行業(yè)最大的高溫試驗爐。
“我們做了上百次中巴車、小轎車、貨車燃燒等不同火源類型的火災(zāi)試驗，拖著真車到隧道內(nèi)點火燃燒，團(tuán)隊成員還得穿著厚厚的防火服在隧道內(nèi)采集相關(guān)研究數(shù)據(jù)。”這些場面，蔣樹屏至今仍歷歷在目。
實驗室“金剛”③④專攻橋隧世界難題
實驗室探秘：
正攻關(guān)世界最大跨徑的拱橋工程
正在建設(shè)的“四大金剛”成員——特大跨拱橋建設(shè)維護(hù)綜合試驗平臺，實力也不容小覷。
目前，該平臺正以世界最大跨徑的拱橋——主跨600米的廣西天峨龍灘特大橋為原型，建造1∶10的縮尺模型，建好后將是世界上最大規(guī)模的拱橋模型。
在橋梁實驗樓內(nèi)，記者看到工程人員已經(jīng)在建設(shè)大比例模型拱座。建成后，它將宛如飛虹橫跨在橋梁試驗大廳內(nèi)。
未來，試驗平臺可以對橋梁從建造、運(yùn)營到維護(hù)全過程進(jìn)行“狀態(tài)監(jiān)測”，為特大跨拱橋往更大跨度的發(fā)展提供理論和技術(shù)支撐。
除了解決建設(shè)方面的難題，如何給橋梁“治病”，也是實驗室攻關(guān)很重要的一環(huán)。
以前檢測橋梁是否有“隱形病”，大多只能通過打洞、開孔等方式進(jìn)行診斷，費(fèi)時、費(fèi)力、費(fèi)錢。實驗室團(tuán)隊自主研制出橋梁內(nèi)部鋼筋銹蝕、斜拉索內(nèi)部腐蝕斷絲、鋼筋應(yīng)力狀態(tài)惡化等檢測裝置，率先攻克了橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部病害“無創(chuàng)”診斷的技術(shù)難題。運(yùn)用新技術(shù)，重慶馬桑溪長江大橋就在不中斷交通的情況下順利完成了檢測。
實驗室探秘：
專門跟風(fēng)兒“對著干”
山區(qū)主動式控制風(fēng)洞試驗平臺，是正在規(guī)劃設(shè)計的另一個“四大金剛”。這個“金剛”專門關(guān)注風(fēng)的問題，可以模擬全球各地山區(qū)的峽谷風(fēng)。“對峽谷風(fēng)進(jìn)行研究，有助于讓山區(qū)橋梁工程具有更強(qiáng)的抗風(fēng)能力。”姚國文說。
