山區橋梁及隧道工程國家重點(diǎn)實(shí)驗室橋梁實(shí)驗樓。張錦輝  攝

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

一個(gè)實(shí)驗室內，竟有橋梁飛架、桁架機械手來(lái)回穿行，還有蔚為壯觀(guān)的“地下工程”。身處其中，可感受一場(chǎng)來(lái)勢洶洶的峽谷風(fēng)，來(lái)一場(chǎng)說(shuō)下就下的雨。

依托重慶交通大學(xué)建設的山區橋梁及隧道工程國家重點(diǎn)實(shí)驗室，就是這樣一個(gè)“神奇”的實(shí)驗室。實(shí)驗室有“四大金剛”坐鎮，來(lái)頭都不小。

該實(shí)驗室近5年已累計投入超過(guò)2.5億元，科技成果運用于10多個(gè)堪稱(chēng)“世界第一”的橋隧工程。

它為何如此厲害？4月25日，筆者走進(jìn)這個(gè)“深藏不露”的實(shí)驗室一探究竟。

實(shí)驗室“金剛”①專(zhuān)治橋梁“疑難雜癥”

實(shí)驗室探秘：

很大，試驗場(chǎng)地相當于三個(gè)半足球場(chǎng)

重慶交通大學(xué)科學(xué)城校區，李子湖對岸的現代建筑群，就是山區橋梁及隧道工程國家重點(diǎn)實(shí)驗室所在地。

當走進(jìn)橋梁實(shí)驗樓，筆者立馬被震撼住了。

橋梁試驗大廳長(cháng)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?jiǎn)误w試驗大廳。”實(shí)驗室副主任、重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院副院長(cháng)姚國文說(shuō)。

“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)境綜合試驗箱和結構動(dòng)靜力多功能加載試驗系統組成。

“試驗箱包括5個(gè)大小不一的復合材料結構箱體，可以像搭積木一樣，把5個(gè)拼在一起用，也可以分開(kāi)來(lái)一個(gè)個(gè)單獨用。”姚國文介紹，試驗箱最長(cháng)可達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(shí)驗室，面積超過(guò)1.8萬(wàn)平方米。南岸校區還有老實(shí)驗室，面積有7000多平方米。兩地加起來(lái)，大概有三個(gè)半標準足球場(chǎng)這么大，其中試驗場(chǎng)地超過(guò)2萬(wàn)平方米。”姚國文介紹，實(shí)驗室的“大家伙”雖然名字聽(tīng)起來(lái)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(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，實(shí)驗室都有參與。”

科技應用：

為川藏鐵路大橋等做實(shí)驗

這里的試驗箱，也是目前世界土木工程領(lǐng)域最大規模的可變空間人工環(huán)境綜合試驗箱。

試驗箱用來(lái)做什么？姚國文告訴筆者，可以模擬各種復雜的山區環(huán)境，不管天晴還是下雨，都可以通過(guò)調整二氧化碳含量、溫度、濕度、酸堿度等，模擬出盡可能真實(shí)的橋梁所處環(huán)境。“比如，在1小時(shí)內，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，去驗證和預見(jiàn)橋梁從‘青壯年’到‘中老年’的樣子。”姚國文說(shuō)。

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(chē)。

“實(shí)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(huán)境和日照條件，開(kāi)展大跨鋼管混凝土拱橋受溫度影響的試驗研究，為同類(lèi)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(shí)驗室還做過(guò)很多。

實(shí)驗室“金剛”②專(zhuān)啃隧道“硬骨頭”

實(shí)驗室探秘：

“地下工程”暗藏玄機

與橋梁實(shí)驗樓相鄰的是隧道實(shí)驗樓，面積有4000多平方米。

相比橋梁試驗大廳的地上壯觀(guān)而言，隧道試驗大廳卻是“地下工程”蔚為壯觀(guān)。“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里。

“試驗系統由我們自主研發(fā)，技術(shù)指標與試驗規模都處于國內領(lǐng)先水平。”正在做實(shí)驗的徐湃博士介紹，這個(gè)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)境條件都很復雜，借助該試驗系統，可以模擬復雜條件下隧道開(kāi)挖的過(guò)程，分析隧道的受力情況。而且比例尺越大，越接近真實(shí)的情況。

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

“港珠澳大橋離岸特長(cháng)沉管隧道建設關(guān)鍵技術(shù)項目，也在這里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(cháng)跨海大橋的重要組成部分，港珠澳大橋沉管隧道長(cháng)達5664米，要做到“滴水不漏”，是整個(gè)工程建設期的“硬骨頭”。同時(shí)，其使用壽命需長(cháng)達120年，如何保證運營(yíng)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(shí)驗室隧道方向的學(xué)術(shù)帶頭人、全國工程勘察設計大師蔣樹(shù)屏是“離岸特長(cháng)沉管隧道防災減災關(guān)鍵技術(shù)研究”課題的技術(shù)負責人。5年間，他帶領(lǐng)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(yè)最大的高溫試驗爐。

“我們做了上百次中巴車(chē)、小轎車(chē)、貨車(chē)燃燒等不同火源類(lèi)型的火災試驗，拖著(zhù)真車(chē)到隧道內點(diǎn)火燃燒，團隊成員還得穿著(zhù)厚厚的防火服在隧道內采集相關(guān)研究數據。”這些場(chǎng)面，蔣樹(shù)屏至今仍歷歷在目。

實(shí)驗室“金剛”③④專(zhuān)攻橋隧世界難題

實(shí)驗室探秘：

正攻關(guān)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(shí)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模的拱橋模型。

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

未來(lái)，試驗平臺可以對橋梁從建造、運營(yíng)到維護全過(guò)程進(jìn)行“狀態(tài)監測”，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。

除了解決建設方面的難題，如何給橋梁“治病”，也是實(shí)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(guò)打洞、開(kāi)孔等方式進(jìn)行診斷，費時(shí)、費力、費錢(qián)。實(shí)驗室團隊自主研制出橋梁內部鋼筋銹蝕、斜拉索內部腐蝕斷絲、鋼筋應力狀態(tài)惡化等檢測裝置，率先攻克了橋梁結構內部病害“無(wú)創(chuàng )”診斷的技術(shù)難題。運用新技術(shù)，重慶馬桑溪長(cháng)江大橋就在不中斷交通的情況下順利完成了檢測。

實(shí)驗室探秘：

專(zhuān)門(mén)跟風(fēng)兒“對著(zhù)干”

山區主動(dòng)式控制風(fēng)洞試驗平臺，是正在規劃設計的另一個(gè)“四大金剛”。這個(gè)“金剛”專(zhuān)門(mén)關(guān)注風(fēng)的問(wèn)題，可以模擬全球各地山區的峽谷風(fēng)。“對峽谷風(fēng)進(jìn)行研究，有助于讓山區橋梁工程具有更強的抗風(fēng)能力。”姚國文說(shuō)。（張亦筑）