這個實驗室有四大金剛 是橋隧工程的國之重器

山區橋梁及隧道工程國家重點實驗室橋梁實驗樓。張錦輝  攝

山區橋梁及隧道工程國家重點實驗室的隧道實驗樓內，隧道及地下結構三維模型試驗系統。張錦輝  攝

一個實驗室內，竟有橋梁飛架、桁架機械手來回穿行，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，來一場説下就下的雨。

依託重慶交通大學建設的山區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，來頭都不小。

該實驗室近5年已累計投入超過2.5億元，科技成果運用於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，筆者走進這個“深藏不露”的實驗室一探究竟。

實驗室“金剛”①專治橋梁“疑難雜症”

實驗室探秘：

很大，試驗場地相當於三個半足球場

重慶交通大學科學城校區，李子湖對岸的現代建築群，就是山區橋梁及隧道工程國家重點實驗室所在地。

當走進橋梁實驗樓，筆者立馬被震撼住了。

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。

“這是目前國內最大的橋梁單體試驗大廳。”實驗室副主任、重慶交通大學土木工程學院副院長姚國文説。

“四大金剛”之一的環境/荷載耦合載入試驗平臺就在這裡，平臺由可變空間尺度人工環境綜合試驗箱和結構動靜力多功能載入試驗系統組成。

“試驗箱包括5個大小不一的複合材料結構箱體，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用。”姚國文介紹，試驗箱最長可達35米、最高10米，可靈活組裝36立方米-688立方米的環境空間。

“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，大概有三個半標準足球場這麼大，其中試驗場地超過2萬平方米。”姚國文介紹，實驗室的“大傢夥”雖然名字聽起來拗口，卻是國之重器，“我國西部山區70%的重大橋隧建設工程關鍵技術攻關，實驗室都有參與。”

科技應用：

為川藏鐵路大橋等做實驗

這裡的試驗箱，也是目前世界土木工程領域最大規模的可變空間人工環境綜合試驗箱。

試驗箱用來做什麼？姚國文告訴筆者，可以模擬各種複雜的山區環境，不管天晴還是下雨，都可以通過調整二氧化碳含量、溫度、濕度、酸鹼度等，模擬出盡可能真實的橋梁所處環境。“比如，在1小時內，環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年後的性能如何？我們可以在試驗箱裏進行各種人工加速試驗，去驗證和預見橋梁從‘青壯年’到‘中老年’的樣子。”姚國文説。

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的環境和日照條件，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計施工提供依據。”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專啃隧道“硬骨頭”

實驗室探秘：

“地下工程”暗藏玄機

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構三維模型試驗系統就在這裡。

“試驗系統由我們自主研發，技術指標與試驗規模都處於國內領先水準。”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，隧道所處的地質和環境條件都很複雜，借助該試驗系統，可以模擬複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。

隧道及地下結構三維模型試驗系統旁邊，有一個隧道及地下工程通風防災綜合實驗平臺，可以進行山區公路、鐵路、水下、城市地下立交隧道通風防災試驗。

“港珠澳大橋離岸特長沉管隧道建設關鍵技術項目，也在這裡完成了很多防災減災試驗。”徐湃介紹。

科技應用：

為港珠澳大橋沉管隧道做防災減災

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5664米，要做到“滴水不漏”，是整個工程建設期的“硬骨頭”。同時，其使用壽命需長達120年，如何保證運營期內的安全耐用是頭等大事，做好防災減災成為重中之重。

實驗室隧道方向的學術帶頭人、全國工程勘察設計大師蔣樹屏是“離岸特長沉管隧道防災減災關鍵技術研究”課題的技術負責人。5年間，他帶領上百人的團隊投入到課題中，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足尺防災減災試驗平臺和交通行業最大的高溫試驗爐。

“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試驗，拖著真車到隧道內點火燃燒，團隊成員還得穿著厚厚的防火服在隧道內採集相關研究數據。”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：

正攻關世界最大跨徑的拱橋工程

正在建設的“四大金剛”成員——特大跨拱橋建設維護綜合試驗平臺，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，建好後將是世界上最大規模的拱橋模型。

在橋梁實驗樓內，筆者看到工程人員已經在建設大比例模型拱座。建成後，它將宛如飛虹橫跨在橋梁試驗大廳內。

未來，試驗平臺可以對橋梁從建造、運營到維護全過程進行“狀態監測”，為特大跨拱橋往更大跨度的發展提供理論和技術支撐。

除了解決建設方面的難題，如何給橋梁“治病”，也是實驗室攻關很重要的一環。

以前檢測橋梁是否有“隱形病”，大多只能通過打洞、開孔等方式進行診斷，費時、費力、費錢。實驗室團隊自主研製出橋梁內部鋼筋銹蝕、斜拉索內部腐蝕斷絲、鋼筋應力狀態惡化等檢測裝置，率先攻克了橋梁結構內部病害“無創”診斷的技術難題。運用新技術，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：

專門跟風兒“對著幹”

山區主動式控制風洞試驗平臺，是正在規劃設計的另一個“四大金剛”。這個“金剛”專門關注風的問題，可以模擬全球各地山區的峽谷風。“對峽谷風進行研究，有助於讓山區橋梁工程具有更強的抗風能力。”姚國文説。（張亦築）