摘订 时间轴调整 校对:jerry36@CHD
这座桥是全球 跨距最长的斜拉桥
面对一般桥梁禁不起的挑战
海水太深
海床太松软
地震断层线从中划过
如何设计一座 克服大自然绝境的桥梁？
如何才能打造一座超大桥梁？
伟大工程巡礼：利翁安提利翁大桥
这里是希腊的科林斯湾
深邃、宽阔、漫长
非常适合海上交通
对陆上交通却是恶梦一场
科林斯湾等于把希腊一分为二
希腊南部和欧洲其他地方 往来的唯一陆路
远在240公里以东
衔接海湾的两岸 是100多年来的目标
但一直没办法梦想成真
直到现在
利翁安提利翁大桥
是第一座跨越科林斯湾的桥梁
高出海面50米以上
连最大的船只也能畅行无阻
桥梁的设计表面看似简单
368条平整的缆索
四座圆锥形的索塔
一条宛如黄丝带的行车道
天一黑就闪闪发光
但这座桥真正令人称奇的是
当初怎么会选择在这里造桥
在这里造桥的挑战 令人望而却步
数十年来工程师都裹足不前
最大的挑战就是地震
以前也在地震带盖过桥梁
但这座桥必须横跨 一条活跃的地震断层线
除此之外，这里的海水极深
深达60米
史上没有一座桥 打过这么深的桥基
要有大胆的计划 才能克服这些阻碍
1996年4月
要横跨科林斯湾 唯一的办法是搭渡轮
风平浪静的时候 渡轮要开45分钟
过桥的话只需要5分钟
因此数十年来，希腊政府 不断寻求新的桥梁设计
这座桥必须与众不同
但设计师的选择有限
其实所有的桥梁 都是从四种类型设计出来的
梁桥
拱桥
吊桥
和斜拉桥
选择正确的原始设计 永远是关键所在
主要的选择标准在于长度
世上最长的桥梁都是梁桥
但这种设计在科林斯湾行不通
梁桥每个约100米 必须由下而上支撑平坦的桥跨
几百根这样的桥墩 会阻碍大船往来通行
拱桥不会妨碍大船航行
但要横跨科林斯湾
这座拱桥的规模必须 比史上任何一座拱桥大4倍
这个设计被认为太过冒险
不管怎么设计 吊桥要多长有多长
巨大的缆索从此岸延伸到彼岸
然后用较短的缆索 悬吊着下面的行车道
但这些钢缆使吊桥造价昂贵
要花上好几亿英镑
希腊根本负担不起
那就只剩一个可能的选项
斜拉桥
这种设计不需要昂贵的主缆索
而是把较短的缆索 直接挂在索塔上
但至今没有一座斜拉桥 能应付得了科林斯湾的要求
最可行的规划 出自一家法国公司，文西
文西公司的设计是企图打造 全球最长的连续斜拉桥跨
桥将要有四座连续的索塔
这是前所未有的尝试
巨大的索塔要悬吊 2200米长的行车道
索塔将承载桥梁的所有重量
因此必须固定在 极为坚固的土地上
插进15米深 只发现淤泥、砂石和粘土
插到90米深处 还有没碰到坚硬的地层
即使插了450米深 还是找不到岩床
这是一次严重的挫败
没有坚固的地层支撑 工程师盖不出创纪录的桥塔
这里的松软海床 地震发生时有液化现象
表示索塔可能倾斜 使桥梁毁于一旦
文西公司的设计就行不通了
于是工程师另起炉灶
提出一个更大胆的计划
他们会插进30米长的 金属圆柱体来强化海床
每座索塔下面插上几百根
地震发生时 这些管子应该会固定土壤
这是前所未有的尝试
没有人知道到底该怎么做
但这个计划言之成理
文西公司赢得这份合约
才刚拿到合约 他们就面对一项更大的挑战
希腊政府坚持 桥梁必须在5年内落成
不然建造商必须付出巨额罚金
桥梁在1999年夏天动工
施工团队碰上的第一个难关
就是发明一架机器 来装设强化土壤的管子
每根管子都是庞然大物 长30米，宽2米
他们把管子精准地插进海底
所以需要一座 纹风不动的浮式平台
在一般水深的地方 造桥者可以使用四支架平底船
支架延伸到海床上 稳住平底船，不受海浪影响
但在科林斯湾不可能这么做
这里的海床太松软
支架也没办法伸到水底
于是工程师发明了自己的平台
他们先找来一艘平底船 叫做丽莎号
施工人员首先拆除支架 换成巨大的链条
每根链条都有一个 混凝土厚板制成的锚
重达68万公斤
施工人员 于是把平底船开到定位上
下锚
把链条拉紧
现在平底船已经稳如泰山
固定的平台 只是解决方案的一部分
接着必须 精准地引导巨大的管子
穿过60米深的海水
因此施工人员在丽莎号上 装设一个巨大的框架
这个框架有一根导管
可以用卫星定位系统 移到精准的位置
液压锤头吊起一根管子
接着起重机把锤头和管子 吊向导管
即使在地面上
也很难把2米宽的管子 吊到定位上
然后穿进导环里
到位之后 必须把管子锤进海床里
液压锤一敲 就是7万3千公斤的力道
管子或许强化了海床 但也创造出新的问题
索塔必须座落在 完全平坦的表面上
因此造桥者必须 加一层3米厚砾石
问题是如何铺平 海底60米的深处的一大堆砾石
派人潜到那么深的海底
要担心一大堆问题
他们不能待很久
做不了什么事
所以就算了，这样行不通
于是工程师发展出另一种系统
他们运用导管
操作员把导管的底部精准地 摆在砾石顶层的预定高度
然后把砾石倒进导管里
随着导管移动
倾泻的砾石 刚好达到预定的高度
声纳扫描显示 砾石高度的误差不到5米
在强化和铺平海床的同时
施工团队 着手处理下一个重大挑战
索塔
首先，在岸上打造塔基
这将是史上最大的塔基
有足球场的一倍半那么大
工作人员铺设绵密的钢筋底座 开始打造塔基
将近200万公斤的钢筋 只能打造一座塔基的构架
接着是将近 1千9百万公升的混凝土
但不能把混凝土直接浇进去
绵密的钢筋网 会妨碍混凝土流动
形成气囊
工作人员必须把巨大的震动杆 插进潮湿的混凝土深处
把混凝土压实及加固
在这个阶段 塔基看似一个巨大的飞碟
但可惜重得根本飞不起来
施工团队要把它移出干船坞 只怕得费一番手脚
光是桥基 就重达6千4百万公斤
不可能吊起来
所以工程师在这个超大结构里 设计了32个空气分割舱
让塔基可以浮在水上
为了让塔基浮在水面上
工地全部用水淹没
但即使如此，还是需要 2万5千马力的引擎才拖得动
工程师便从挪威找来了破冰船
这在地中海沿岸倒颇为罕见
塔基吃水12米
但真正的挑战现在才开始
要把塔基 变成230米高的桥塔
如果工作人员在水浅的干船坞 建造整座索塔
一定会重得吊不起来
因此必须趁索塔 浮在水面时施工
随着工程继续进行
旁观者看到了 川流不息的水泥车
一艘接一艘平底船的补给品
几百名工作人员
但他们没看到什么进度
索塔好像没怎么长高
这是因为索塔 加高时也同时增重
也因为重量增加 而下沉得更深
根本看不出索塔真正的高度
2001年5月，施工1年之后
第一座浮塔打造完成
现在施工团队必须移动浮塔 让它下沉到定位上
误差范围不能超过10厘米
出动了三艘拖船 才把这巨大结构拖行到位
接着施工人员缓缓地 朝塔基里32个分割舱注水
这个庞然大物开始下沉
最关键的是 索塔能否精准落在海床上
用卫星定位系统 来监视定位作业
这个作业有点棘手
开始的时候我们还有点担心
他们把索塔一厘米一厘米地 下放到海湾的海床上
拖船上的绞盘引导索塔到位
一切进行得完美无缺
到塔基接触到 砾石海床的前一刻为止
突然间一艘拖船的锚松脱了
整个塔基偏离目标30厘米
是误差范围的3倍
如果要恢复原位
施工团队必须把塔基吊起来 整个过程重新开始
浪费大量的时间和金钱
但工程师想出一个 高明的替代方案
他们决定把桥梁从预定位置 移动30厘米，既省钱又省时
现在剩余的三座索塔
必须丝毫不差地 摆在重新计算的桥梁线上
索塔的设计师一度进退两难
索塔必须坚固才能耐得住地震
但结构越沉重 受到地震的冲击越大
因此为了减少块体 墩身是中空的
桥梁完工后 工程师可以检查中空的桥墩
出入口就在行车道下方
阶梯朝下直通塔帽底部
从这里必须爬梯子
下面还有几百个阶梯
但这里也不是桥墩的底部
只到达海平面而已
这里有一扇门 可以到外头检查
顺便呼吸新鲜空气
往下爬到海平面后
工程师还有几百个阶梯要爬
还要520个阶梯 才到桥墩底部
这里是桥墩的底部
在海平面以下200英尺（约61米）
混凝土下面就是海床了
在这么深的地方 海水当然会拼命渗进来
但没想到还有蟋蟀藏在这里
这几扇门通往塔基 最宽的部分里面空洞的气舱
墙上装有最重要的监控设备
一侦测到进水就会发出声音
一个测震仪 记载索塔在地震期间的动静
为了让索塔更耐得住地震
工程师先想出了另一个设计
索塔没有以任何方式 锚定在海床上
只是摆在3米厚的砾石顶上
这表示万一发生地震
索塔会在砾石顶上滑动
最强烈的震动 不会传递到桥梁其他部分
工程师计算 索塔就算滑动近2米
也不会损害桥梁的完整性
这对整个结构是好的
塔基滑动的时候
其实是去除了 整个结构的最大应力
每根桥墩就位以后
工程师准备加高164米
用来悬吊 2200米的行车道
落成后桥梁的重要 将远超过现在的索塔
增加的重量会使塔基沉入海床
但没有人知道会沉陷多深
可能使落成的桥梁面临灾难
现在工程师必须 迫使索塔固定下来
让索塔加重几千公斤
为此他们用海水注满每根桥墩
这个做法成功了
海水使塔基固定下来
现在工程师知道 桥梁完工时，索塔将稳如泰山
2002年5月
距离完工期限还有2年
每座索塔都是一个大工地
一艘接一艘的平底船 送来大量的混凝土
索塔将从水面上 分成四个段落攀升
每一段都非常重要
每一段都复杂得不得了
每一段本身都是巨大的挑战
首先是八角形的墩身
支撑着上面的墩帽
这个颠倒的金字塔 作为四根桥塔支架的底座
巨大的支架在桥塔头集合
又支撑着上面 一个巨大金属托架
托架上系着缆索
整座桥能否盖得成 全靠这所有构件的结构完整性
但工程师即将发现 他们忽略了一个危险的弱连结
因为科林斯湾 涵盖一条活跃的地震断层线
工程师一开始就特别费心
确保新建的利翁安提利翁大桥 耐得住地震的侵袭
最复杂的构件是墩帽
高16米 侧面加宽到40米
但正当工程师顺利进行时
新的计算显示 设计上有个危险的瑕疵
地震会让墩帽最窄的地方 承受比当初预期更大的力道
按照目前的设计 桥梁根本经不起地震的考验
要重新设计索塔已经来不及了
但还来不及增加金字塔的强度
工程师增加了大量的钢筋
超过桥梁其他部分的钢筋用量
直到检查人员点头 表示桥墩足够坚固为止
现在工程可以照原定计划进行
下一个阶段的工程极易出问题
兴建四支架的金字塔时 工程师必须努力防患未然
完工后的金字塔将纹风不动
但在兴建期间 四根支架还没在顶端会合
分散的支架随时可能应声倒地
海峡正中央有一条断层线
浇注混凝土时
必须考虑到地震
用起重机搬东西时也一样
所以非常棘手
如果在施工期间发生地震
金字塔的支架可能会移动、崩解 并坠入大海
大多数的结构物 在施工期间都需要支撑
但这座桥的承包商 把这个点子进一步发挥
在4种不同的标高 用4根巨大的横梁支撑着支架
总共有16根巨大的横梁
这么多的鹰架搭起来非同小可
而且全都是临时建筑物
一旦构件安装完成就再度拆除
这消耗了许多时间 金钱和建材
但这是一张很重要的保单
尽管他们希望永远备而不用
索塔完成以后
其中一根支架里要安装电梯
但即使如此 登顶之旅仍旧备极艰辛
电梯并未直通顶端
而是以四根支架集合的塔帽 为终点
塔帽负担了 这座斜拉桥最重要的任务之一
上面30厘米高的蓝色钢托架 用来固定缆索
行车道的总荷载 透过缆索锚定在这里
这些高耸的索塔 高出海平面164米
几乎和华盛顿纪念碑一样高
但还有63米藏在水面下
使华盛顿纪念碑相形见绌
2003年4月
还有20个月才到最后期限
但发生了一个新的紧急事件
希腊取得了 2004年的奥运主办权
如果桥梁可以提前五个月完工
奥运圣火就可以过桥 前往雅典
造桥者承诺一定办到
工作人员在岸上 打造一段段的行车道
组装时首先动用了巨大的钢梁
需要186段桥面 来组装横跨科林斯湾的行车道
桥面段落一从生产线出货 就可以安装在桥上
桥面已经装好悬索需要的锚座
甚至是人行道的护栏
但先要把桥面各段落 从岸上搬到海湾中央
这可是说的比做的容易
每段桥面都比网球场还大
重达27万公斤
必须把桥面吊到空中 越过水面
因此工程师用一个特制的 浮式起重机，叫塔克雷夫
它可以把庞大的桥面路段 举起50米
吊到桥上 让桥面在安装时纹风不动
每天在黎明时分开工
塔克雷夫吊起一段桥面 然后慢慢吊到海湾去
这一段就安装在索塔旁边
现在正高踞水面上 等着衔接下一段桥面
塔克雷夫接近桥梁时
一位荷兰施工团队的成员 转述上级指令
船长引导平底船越开越近
直到新的桥面段落 接近原有的行车道
勘测员用激光器 确保误差不超过1毫米
但他们遭遇一个问题
风势太强
连塔克雷夫都稳不住桥跨
只能再等两个小时
最后工人用一根 巨大的临时拉杆固定桥段
另外一组人员把桥段 螺栓在原有的行车道上
有好一会儿
这段桥面 成了这条未完成公路的末端
起重机离开桥梁之后
新桥面段落的两侧 各系上一根缆索
缆索的另一端 锚固在塔帽的托架上
每条缆索以70束钢丝组成 包裹在黑色聚乙烯里面
每一束正好包含7根钢丝
每一根和筷子差不多厚
缆索系好之后
多余的部分被切掉
把裸露的末端 漆上特殊的防锈涂料
总共需要368条缆索
来支撑2.25公里的行车道
一共是40公里长的缆索
动用了450万公斤的钢丝
2003年夏天
再过仅仅1年 奥运圣火就要通过这座桥了
风平浪静了好一阵子
造桥者现在面临 一个最可怕的恶梦
未完工的桥梁碰上一次大地震
2003年8月14日
发生里氏6.2级的地震
当时索塔正在施工
利翁安提利翁大桥的兴建 面临一场灾难
索塔随时可能应声倒下
更糟的是，地震发生时 造桥者正在安装新的桥面段落
奇迹似的竟然没有人受重伤
一切尘埃落定之后
桥梁各部分依旧屹立不摇
施工团队逃过一劫 避免了一场大灾难
未完成的桥塔稳若泰山
用昂贵的鹰架和桥梁来买保险 实在是太划算了
但这只是开始而已
工程师知道还会发生许多地震
因此他们设计的桥梁 具有独特的安全性能
整条行车道像个巨大的秋千
这表示地震发生时 行车道可以自由移动
再剧烈的震动也影响不了它
尽管这个设计 使桥梁免于地震的冲击
却使它在强风中不堪一击
工程师所面临的挑战
是盖一条在风中不会摇晃 但强烈地震时会摆动的行车道
为了在狂风暴雨中固定桥面
设计师打造出 创新的巨大支架系统
这根主支架在狂风中屹立不摇
也使行车道不致摇晃
可是一旦发生比较严重的情况
例如地震 或载荷超过某种限度时
支架就会出问题 事实上支架会断裂
里面有一小部分会断裂
周围的四个阻尼器 会吸收这个动力
巨大的阻尼器 就像汽车的避震器
让行车道可以移动 以免在地震中受损
但又不至于摆荡得太厉害 或对索塔造成冲击
桥面会往两边摇来摇去
会吸收地震的能量
路面或桥塔不会发生灾难
所以我们会吸收地震的能量
桥梁能移动是很重要的
必须让桥面能够移动
然后用阻尼器吸收这种运动
阻尼器容许行车道 最多移动5米
一旦发生地震 行车道很不顺畅
但行车道应该会安然无恙
另外一个设计上的艰巨挑战
是预测缆索的行为
缆索都会震动
但震动过度会损害桥梁
工程师便采用两种技术 帮忙解决未来可能发生的问题
虽然外行人很容易忽略
但明眼人一看就知道了
每根缆索都装上一个轴环
利翁安提利翁大桥上的缆索 如果震动得太厉害
工程师可以多加一根缆索 把轴环相互连结起来
就像伸手按住琴弦 让竖琴弹不出声音
缆索上还有另一种装置 叫做箍条
这种箍条更小 比轴环更不容易被发现
箍条是沿着整条缆索的衬套 以螺旋形延伸的凸缘
看起来像是装饰品
但对桥梁的使用寿命和安全 扮演了关键的角色
这是德州一座桥梁 所学到的痛苦教训
贝镇的哈特曼桥
规模比不上希腊中部的 利翁安提利翁大桥
主跨距是380米长 不是2200米
下面是一条河，不是科林斯湾
这里没有活跃的地震断层线
也没有极深的海水
所以谁也没想到 哈特曼桥的缆索会出问题
而且问题还不小
缆索震动得很厉害 使桥梁崩解瓦解
震动来得快去得也快
个中原因实在叫人想不透
风平浪静的时候没问题
在强风或豪雨中
也没有问题
但微风细雨只要方向对了 就会酿成灾难
经过无数的观察和风洞测试 才查出原因为何
结果发现在细雨中
一道细细的雨水 会沿着缆索往下流
雨水改变每根缆索的轮廓 正好让风势造成缆索晃动
不过要是风势太强 就会吹掉缆索上的雨水
万一雨太大 雨水不会沿着缆索流动
但利翁安提利翁大桥的设计师
不必担心微风细雨的问题
雨水不会 沿着这些缆索直流下来
因为有简单的凸缘 以螺旋形环绕缆索
到了2004年春天
8月初的新完工日期快到了
要让奥运圣火经过这座桥
桥面各段落都必须安装完毕
5月，进度从容不迫
塔克雷夫把最后一段路面 从集结区运到桥梁线上
承包商的努力总算没有白费
希腊当局目送奥运圣火 跨越壮观的新建大桥
一周后桥梁通车
比原始的完工期提早四个月
提早通车 对承包商来说是一大利多
但任何桥梁的工作 都不会真正结束
造桥者只是从施工换成了维修
为了出入桥梁的侧边和下侧
检查人员使用机动式的鹰架 叫做龙门架
但检查生锈 仍旧是高风险的工作
我们每年都要检查整座桥
从头到尾的黄涂料都得检查
把黄色部分检查完大概要3周
每个螺栓
每个涂上黄色涂料的地方
我们至少有四百个螺栓
越接近桥跨的中央可能会更多
这些都在一天之内安装拴紧
或至少是8小时的当班时间
螺栓的隙缝和周围 必须仔细检查
看涂料有没有剥落的迹象
在施工时很难检查整座桥梁
一定会遗漏少数几个点
尽管施工期间 检查过成千上万次
检查了一整天的黄色涂料
告诉你 你根本不想再看第二眼
这座超大建筑的维修 绝不是日常琐事
工作团队必须接受特训
还要体力充沛 才能在桥梁等高爬低
从索塔顶看出去 景观令人赞叹
天气晴朗时在桥上工作 不只是一种享受
更是基于安全上的要求
稍微不慎便足以致命
这些大胆之徒被称为登山家
和登山界的说法相同
他们是桥梁维修的专家
在造桥公司的邀请下 从法国飞抵希腊
这些登山家可以踏足 无立足之地的所在
钻一个洞 来锚固自己的安全缆绳
然后敲进一个螺栓
接着把绳子系在一个绳圈上
这行做了10年 我爬上来还是会怕
登山家登上缆索后 就用滚轴悬在缆索上
发现哪里的湿气 可能会穿透缆索周围的衬套
就轻轻敷上填缝剂
通常他们是由上而下检查
他们在桥梁上空 可能一吊就是半天
就这样上上下下好几个月
直到368根缆索都检查完毕
不分日夜，桥上的所有状况
都由收票亭后面的 指挥中心监督
操作员可以监控所有的情况
麻烦查查那辆停下来的车
用52号机
但更重要的是
他们可以监控整座桥上安装的 庞大摄影机和感应器网络
同时有太多的讯息要留意
电脑定期评估摄影机和资料 可以帮上忙
当电脑发现哪里可能出问题
就会警告操作员
如果桥上哪里出状况
操作员可以迅速 重新更改告示灯来警告驾驶人
利翁安提利翁大桥 所面对的各种挑战
一般的桥梁根本承受不起
强烈的地震
非比寻常的水深
快速的潮流
和松软的海床
除此之外
还有每座超大建筑 都要面对的风险
其中最让人胆颤心惊的就是...
闪电
一次闪电 可以产生10亿伏特的电力
高达摄氏3万度的高温 能让物质瞬间气化
闪电最容易击中金属 并且命中附近的最高点
因此桥梁往往是首要目标
利翁安提利翁大桥的设计师 谨记在心
桥梁防御闪电的最佳武器
就是避雷针
这是电阻最小的闪电路径
在利翁安提利翁大桥上
避雷针连接着金属条板
导引闪电绕过桥梁 通到海里去
每次被闪电击中时 索塔上的电子监视器都会记载
工程师滑过一张磁卡
从监视器装好之后算起 闪电击中一次，红灯就闪一下
避雷针成功避过了 很多次闪电雷击
可是在2005年1月27日
一次强大的闪电 直接命中了一根缆索
操作员马上封锁桥梁
40分钟后，缆索跌落桥面
已经烧了个精光
失去一根缆索并不危险
这座桥盖得非常坚固
少了两、三根缆索也没问题
闪电诡异地击中桥梁3天后
受损的缆索被换掉了
完好如新的桥梁再度通车
桥梁快速修复
是这座超大建筑的新建者 再一次的胜利
每一位施工人员至今引以为傲
我真的很幸运能参与这项工程
跟我儿子说起这座桥时
“是你老爸盖的”
有时候听到他说
“我们到那座桥去 是我爸盖的桥”
让我感到非常骄傲
在动工之前
欧盟把利翁安提利翁大桥 指定为最迫切的建筑案之一
今天这座桥改变了 这个地区的地理情况
往来希腊和全欧洲的 运输的商业已经提升
一百多年前 希腊国会提醒在这里造桥
只盖了5年就落成通车
这座桥已经创下了世界纪录
这是全球最长的斜拉桥
有世界最长的全悬索连续桥面
长达2200米
拥有全球最大也最深的桥基
座落在60米深的海底
利翁安提利翁大桥 拜创新的工程技术所赐
通过其他桥梁过不了的考验
成为全球的超大桥梁之一
摘订 时间轴调整 校对:jerry36@CHD