중국 본토-홍콩 잇는 55km 세계 최장 해상교, 어떻게 만들어졌나
连接中国大陆和香港的55公里世界最长海上桥是如何建成的?
https://youtu.be/kIj-DkzUbRw
자동차로 강주아오 대교 달리는 영상 [출처: SCMP 유튜브]
视频是汽车在港珠奥大桥上奔跑时拍摄的视频[出处: SCMP YouTube]
앞서 10월 24일 총연장 55km 세계 최장 해상교 강주아오(港珠澳)대교가 정식 개통했다. 강주아오대교는 홍콩~마카오~광둥성 주하이를 잇는 초대형 다리다. 우리나라 인천대교(21.4km)보다 2배 이상 길다. 영어로는 Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge인데 줄여서 HZMB라고 많이 한다.
홍콩마카오를 자동차로 30분만에 주파할 수 있게 됐고(홍콩 도심에서 출발한다면 1시간 걸리는 페리가 더 빠르다), 육로로 3시간 이상 걸리던 홍콩주하이 구간도 30분만에 주파 가능하다고 한다. 다리는 사장교 양식에 편도 3차선(합계 6차선)의 자동차 전용 도로다. 개인 승용차/택시 기준 통행료는 150위안(약 2만 4000원)이다.
준비부터 완공까지 14년이나 걸린 강주아오대교에는 어떤 첨단공법이 동원됐을까. 넷이즈뉴스에서 보도한 중국 칭화대학 토목 엔지니어링 박사 쉬위첸추(须臾千秋)의 이야기를 들어보자. (너무 전문적인 용어는 일부러 쓰지 않았다)
10月24日,总长度为55公里的世界最长的海上桥港珠奥大桥正式开通。港珠澳大桥是连接香港-澳门-广东省珠海的超大型大桥。比韩国仁川大桥(21.4公里)长2倍以上。 英语是"Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge",简称"ZMB".
现在从香港,澳门乘车过港珠奥大桥只需30分钟就能到达(以前没有这桥时从出发到香港市中心需要1小时的渡轮),从陆路出发需要3小时以上。现在从香港到珠海区间也只需30分钟。大桥是长桥样式,单程3车道(合计6车道)的汽车专用道路。 个人轿车/出租车的通行费为150元人民币(约2.4万韩元。
从准备到完工,长达14年的港珠澳大桥上到底使用了何种尖端工艺呢? 让我们听听Netsnews报道的中国清华大学土木工程博士须臾千秋的故事。 (这里没有使用专业术语)
설계에 대하여
강주아오대교는 엄밀히 말하면 다리가 아니다. 다리와 터널이 합쳐진 구조물이다. 해상 구간만 보면 총 29.6km. 이중 22.9km가 다리고 6.7km가 해저터널이다. 다리와 터널 사이 주강 링딩양(伶仃洋) 해역을 가로지르는 2개의 인공섬도 있다(인공섬은 총 4개). 한 마디로 복잡한 설계다. 수석 설계자는 멍판차오(孟凡超) CCCC Highway Consultants(中交公路规划设计院有限公司) 부사장이다. 샤먼 하이창 대교, 난징 창장 제3 대교 설계 등 30년 이상의 풍부한 경험을 가지고 있다.
해외의 자문을 받기도 했지만 설계와 시공에 참여한 업체 대부분은 중국 국유기업이다. 중국교통건설유한공사(中交集团)가 건설의 70%를 담당했다. 강주아오대교에 철강 42.5만톤이 쓰였는데, 이중 차이나레일웨이그룹(中国中铁)이 18만톤의 철골 구조를 만들었다. 이밖에 차이나에너지엔지니어링코퍼레이션(中国能建), 차이나타워(中国铁塔), 화룬그룹(华润集团), 중국남방전력망공사(南方电网) 등이 참여했다.
关于设计
港珠澳大桥严格地说不是桥。 这是一座桥和隧道合二为一的构造物。 仅从海上区间来看,总长29.6公里,其中22.9公里是桥,6.7公里是海底隧道。 桥和隧道之间还有横跨珠江凌丁洋海域的2个人工岛(人工岛共4个)。 首席设计者是中交公路规划设计院有限公司的副社长。拥有厦门海昌大桥,南京长江第三大桥设计等30年以上的丰富经验。
虽然也接受了海外咨询,但参与设计和施工的企业大部分都是中国国有企业。 中国交通建设有限公司承担了建设的70%。 港珠澳大桥使用了42.5万吨钢铁,其中中国中铁路集团建造了18万吨的钢筋结构。 此外,中国能源工程有限公司中国能建,中国铁塔，华润集团,中国南方电力网公社等也参与其中。
홍콩~주하이~마카오를 잇는 강주아오대교 [출처: 중앙포토]
설계를 복잡하게 한 이유는 배의 통행을 고려했기 때문이다. 매일 1만척이 넘는 배가 강주아오대교가 위치한 링딩양 해역을 거쳐 광저우항으로 들어간다. 이중에는 무게 1만톤이 넘는 배도 많아 교량과 부딪힐 위험이 있다. 이것이 해저터널을 뚫은 이유다. 하지만 약 30km를 전부 해저터널로 만들면 비용도 비용이지만 소방, 운행 등 여러 문제가 생긴다. 그래서 다리와 터널을 섞었다.
连接香港-珠海-澳门的港珠澳大桥[出处:中央报道]
设计复杂的原因是考虑到下面船只的通行。 每天有1万多艘船经过港珠澳大桥所在的凌丁洋海域进入广州港。 其中重量超过1万吨的船也很多,因此有与桥梁相撞的危险可能性。 所以在某部分开通海底隧道。 但是,如果将此桥30公里的桥段全部建成海底隧道的话,费用也会大大增加,也会出现隧道内不好消防救援等多种问题。 因此,桥和隧道混搭在一起设计。
다리에서 해저터널로 전환되는 지점에 인공섬을 만들었다 [출처: 왕이신원]
建造了大桥向海底隧道转换的人工岛
[출처: 왕이신원]
다리에서 터널로 전환되는 지점엔 인공섬을 만들었다. 시도 때도 없이 방향을 바꾸는 해류와 해풍에 견딜 수 있게 튼튼히 설계하는 게 관건이었다. 이를 위해 직경 22m의 강재 실린더 120개로 인공섬의 벽을 쳤다. 세계 최초로 시도한 시공법이라고 한다. 바다 한 가운데에 섬을 만들었기 때문에 섬 위치에 있던 바닷물을 빼는 것이 상당히 까다로웠다고. 인공섬 건설에는 총 131억위안(약 2조 1400억원)이 들었다.
인공섬은 교량터널 전환 뿐만 아니라 안전관리, 관광 등의 기능도 수행한다. 중화 흰돌고래 감상구역, 해상 전망대 등이 있다.
在从桥转换为隧道的地点上，建造了人工岛。 关键问题是设计得牢固,能抵挡时不时地改变方向的海流和海风。 为此,用120个直径22米的钢材气缸敲开了人工岛的墙壁。 这是世界上最先进的的施工方法。 由于在大海中间制造了岛屿,所以将岛上的海水排出去相当困难。光" 人工岛共耗资131亿元人民币。
人工岛不仅能转换桥梁隧道,还具有安全管理,旅游等功能。 这里有中华白海豚观赏区,海上望景台等。
해저터널에 대하여
강주아오대교의 사용 수명은 120년이다. 특히 6.7km에 달하는 해저터널의 안전성이 관건. 터널은 33개의 튜브를 연결해 만들었다. 튜브 하나가 길이 180m, 너비 38m, 높이 11.4m, 배수량 7.8만톤이다. 웬만한 항모 수준이다. 튜브 내부는 40만개가 넘는 철근과 7만톤의 콘크리트로 만들어졌다. 이 거대한 튜브를 오차 0.5mm 이하로 시공하기 위해 인부들이 직접 철골에 들어가 하나하나 체크했다.
关于海底隧道
港珠澳大桥的使用寿命为120年。 特别是6.7公里的海底隧道的安全性是关键,隧道是由33个管子连接而成。 一个管子长180米,宽38米,高11.4米,排水量7.8万吨。 这相当于一般的航母水平。 缸筒内部由超过40万个的钢筋和7万吨的混凝土构成。 为了将这一巨大的管子施工到0.5毫米以下的误差,工人们直接进入管内,一一进行了检查。
튜브 건설 중 [출처: 왕이신원]
만든 튜브를 배에 싣고 정확한 위치(다리와 연결되는 부분)에 설치하는 것도 난관이었다. 이를 위해 심해 무인 도킹 측정제어 시스템을 이용해 정밀하게 설치했다.
콘크리트는 누르는 힘에는 강하지만 당기는 힘에는 취약하다. 특히나 바닷속에서 균열이 한 번 생기면 염분이 있는 바닷물이 콘크리트 내부에 침투해 철근과 콘크리트를 부식시켜 결국 누수 사고로 이어진다. 이 때문에 해저터널 공사에는 외부 침투에 강한 특수 콘크리트를 사용했다. 더불어 터널 내부의 철골 또한 정밀도가 상당히 높아 균열의 발생과 확장을 효과적으로 차단한다. 튜브 사이에는 고무 매트를 설치해 누수를 막고 있다. 또 터널 파손을 막기 위해 대부분 구간을 링딩양 진흙 속에 묻었다.
Amazing China: Hong Kong-Zhuhai-Macao Project Raises Bridge, Tunnel Engineering to New Heights
管道建设中
将制造的缸筒装载在船上并运输到指定的位置上精准安装(桥梁的连接)也是个难题。 为此,利用深海对接测定控制系统进行了精密测量。
混凝土虽然耐压力强,但耐拉力较弱。 特别是,如果海水中出现一次龟裂,则带有盐分的海水渗透到混凝土内部,腐蚀钢筋和混凝土,最终会引发漏水事故。因此,海底隧道工程使用了抗外部渗透非常强的特殊混凝土。 同时,隧道内部的钢筋也衔接的相当精密,可以有效地切断龟裂的发生和扩张。 缸筒之间设有橡胶垫,可以防漏水。 另外,为防止隧道破损,大部分区间被埋在了林丁阳泥中。
Amazing China: Hong Kong-Zhuhai-Macao Project Raises Bridge, Tunnel Engineering to New Height
다리에 대하여
강주아오대교가 위치한 남중국해는 바람이 많이 불고 파도가 거세다. 게다가 매해 2번 이상의 태풍이 분다. 다리가 120년을 버틸 수 있을까. 아예 해수에 잠긴 해저터널은 오히려 침식작용이 강하지 않으나 공기 중에 노출된 다리 부분은 흩날리는 포말에 의해 젖었다가 건조해지는 과정을 반복적으로 겪는다. 이 때문에 콘크리트가 약해지고 철근이 부식돼 자칫하다간 다리가 무너질 수도 있다.
이를 방지하기 위해 엔지니어들은 수백번의 실내 모의실험, 실외 고온 안정성 및 저온 피로 실험을 진행해 1만 개가 넘는 테스트 데이터를 얻어 도로 포장 공법을 최종 결정했다(SMA+GMA). 이 개질된 공법은 온도 안전성과 내식성이 뛰어나다고 한다. 안정된 골재 생산을 위해 최신 선비를 갖춘 전문 골재 공장을 따로 차리기까지 했다.
이렇게 지난한 과정을 거쳐 완공된 강주아오대교는 16급 태풍, 규모 8.0의 지진을 견딜 수 있다고 한다. 건설비용은 1000억위안(약 17조원)을 웃돈다. 통행료 수입으로만 비용을 회수하려면 100년이 넘게 걸릴 수도 있다. 하지만 중국 본토(광둥성)와 홍콩, 마카오 지역(일명 웨강아오 대만구)의 경제 통합 가속화에는 톡톡한 역할을 할 것으로 기대된다.
关于桥
港珠澳大桥所在的南中国海，风大,且波涛汹涌。 而且每年还会有2次以上的台风。 桥能支撑120年吗? 而且被海水淹没的海底隧道,虽然不会被台风侵蚀,但露在空气中的桥部分却反复经历了被飞溅的泡沫浸湿后，会变得干燥脆弱。 因此,混凝土变弱,钢筋被腐蚀,一不小心就会导致桥倒塌。
为了防止这一情况,工程师们进行了数百次室内模拟实验,面对室外高温桥身的稳定性及低温疲劳实验,获得了超过1万个的试验数据,最终决定了道路铺设工艺(SMA+GMA)。 为了生产稳定的骨材,还单独开设了具备最新性能的专门骨材工厂。
经过如此漫长的过程完工的港珠澳大桥可以承受16级台风和8.0级的地震。 建设费用超过1000亿元人民币。 仅通过通行费收入来回收费用,可能需要100年以上的时间。但是,对于加速中国大陆(广东省)和香港,澳门地区的经济整合,能起到切实的作用。
차이나랩 이지연
中国实验室 李智妍