香港青马大桥
袁汉宁
【摘 要】 较为全面地介绍了香港青马大桥。首先,总结了它的地位、结构和特征等,然后分析了为保障香港青屿干
线安全的青马管制区,最后研究了应用其中的地球空间信息科学技术的作用。
【关键词】香港青马大桥;青马管制区;地球空间信息科学
【正文】
青屿干线是香港新机场核心计划十大建筑项目的重点,是全球最伟大的桥梁工程之一,也是首条连接大屿山岛和香港其他地方的陆路通道,也是香港交通网络的发展迈进了新里程的象征。由青马大桥、汲水门桥及马湾高架道路三个部分组成,全长 km。
1、青马大桥的结构
香港青马大桥由英日联营公司兴建,合约于1992年批准,价值亿美元。于1997年4月27日举行开通典礼,由前英国首相撒切尔夫人任名誉主礼嘉宾。开通典礼当晚,大会安排了一次价值500万港元的大型烟花汇演,在20 min内一共发放了6万多枚烟花,成为香港历史上数量最多和密度最大的一次烟花表演。青马大桥于5月22日正式启用。青马大桥是青屿干线的主要部分,连接青衣岛和马湾岛,是当今世界上最长的一条能兼容铁路和行车路的悬索结构双层两用吊桥,见表1、大桥桥塔和主缆横跨马湾海峡,长 km,主跨长1 377 m(333+1377+300),但300 m边跨侧主缆不设吊杆,实际上只有2跨加劲桁,钢筋混凝土桥塔高206 m。青马大桥在青衣岛侧采用隧道式锚碇,在马湾岛侧采用重力式锚碇,钢箱加劲桁梁高 m,高跨比1/185,纵向桁架之间为空腹式桁架横梁,中部空间可容纳行车道及路轨,大桥上层桥面中部和下层桥面路轨两侧均设有通气空格,形成流线型带有通气空格的闭合箱型加劲梁。青马大桥的主缆本身由数以千计的钢线组成,其长160 000 km,可以环绕地球四次。其吊桥桥面由50组钢制组件组成,离海面高度62 m,足以让远洋轮船在海峡上通行无阻。上层桥面为公路6车道,下层桥面分为三车道。
表1 世界主要大桥比较
桥名地点主跨/m行车线铁路路轨/条
享伯桥英国1 410 4 0
青马大桥中国香港1 377 8 2
金门桥美国1 280 6 0
南备赞濑户桥日本1 100 4 2
青马大桥和汲水门桥由横跨马湾的高架道路连接,该道路长约500 m。两座桥及高架道路的露天上层均提供6条行车线,有盖的下层则有两条铁路路轨,以及两条供紧急情况下使用的行车通道。汲水门桥(Kap Shui Mun Bridge)是斜拉
式桥梁,由混凝土和钢筋建成,连接马湾小岛和大屿山,总长820 m,主跨长430 m,离海面高度47 m,桥塔高150 m。在世界上同类型兼容铁路和行车路的桥梁中,汲水门桥也是最长的一条。
2、青马大桥的稳健性
香港在夏季常受台风吹袭,所以青马大桥的结构是经过特殊设计的,可以抵御时速达300 km的狂风吹袭,能够确保大桥抵御巨大强风。在台风到来时,大桥的左右摇摆幅度最大可以达到5 m,露天上层的行车线将全部关闭。同时,下层桥面分为三车道:中央道为双线机场铁路,左右分别为汽车应急单行道,供紧急或台风等天气恶劣时使用。在1997年8月2日下午,它第一次经受了时速为120 km热带风暴“维克托”台风吹袭后安然无恙,于台风过后的8月3日凌晨重新开放。
为了确保青屿干线及其邻近的道路网络交通畅顺、安全和高效率,香港特别行政区政府已经专门指定了青马管制区,范围包括通往新机场的17 km道路网络,由位于青葵公路上的美孚交汇处至北大屿山公路的阴澳交汇处,还包括青马大桥、汲水门大桥、蓝巴勒海峡大桥和位于青衣岛的长青隧道,以及汀九桥。同时,香港特别行政区政府还制定了新法律来监管整个青马管制区运作。目前由青马管理有限公司具体负责。
3、青马大桥的地球空间信息科学
地球空间信息科学技术在青马大桥的建设和安全运作中具有重要的基础作用,青马大桥在项目论证、规划勘察、选线设计、施工控制放样等工程中使用了当时几乎世界最为先进的所有地球空间信息科学技术。例如,GPS、遥感、地理信息数据库管理系统、空间图形图像等各种处理工具、设备和技术,以及相应的计算机软硬件及其附属设备等。在青马大桥的使用过程中,形变监测和安全控制也是不可取代的。现在,香港青马大桥GPS位移监测研究由清华大学和香港大学共同负责。GIS技术集合了计算机数据处理技术和图形处
理技术,也被应用于青马大桥的安全控制。将适当数量的风力风向的传感器安装在大桥的合适位置上,当采集的数据传输入GIS时,GIS能够实时显示风力风向对青马大桥的作用。当把GIS与各种青马大桥的历史信息分析和处理技术集成在一起时,就可以对这些空间数据进行空间数据挖掘和知识发现,寻找对青马大桥有害有益的空间知识,及时预报各种可能的灾害,从而保证大桥的安全。同时,新的理论和技术也正在被应用于其中,图2显示的就是基于云理论的青马大桥风力风向的监测图形。
云理论把自然世界中的模糊性和随机性有机地综合在一起,构成定性和定量相互间的映射,不但突破了概率统计的数理统计“硬计算”的局限性,而且解决了作为模糊集理论基石的隶属函数的固有缺陷。众所周知,风向是随机性的,风的强度是模糊性的。云理论首先把每一时刻来自桥上每个传感器的空间数据综合处理为可视化的图形图像,然后把它与从历史空间数据中挖掘的空间预测知识的可视化的图形图像对比,并将其纳入历史数据库。如果青马大桥在风中的摇摆幅度超过了设计要求,就要报警,反映在云的图形图像上,就是超过云场的最大范围。如此反复,形成对青马大桥的实时监控和实时预报。
【参考文献】
[1] 过静.用GPS监测香港青马大桥位移实验研究[J].地壳形变与地震,1998,18(增刊): 37~40
图二:基于云理论的青马大桥风力风向的监测图