客观日本

世界第一长吊桥——明石海峡大桥

2021年03月25日 日本风光

大海、夕阳、涛声、海鸟,这些是文学作品常见的素材。日本最早的和歌集《万叶集》中有这样一句,“到达万家灯火的明石大门,大门的背后是夕阳西下的美丽的濑户内海,回首来时路,家乡望不见”(灯火の明石大門に入らむ日や船を漕ぎ別れなむ家の辺り見ず)。这首和歌里说的明石大门,就是位于濑户内海东端,夹在淡路岛与兵库县明石市之间的明石海峡。

明石海峡把大阪湾与播磨滩分隔开来。在古代,人们就是从这里乘船从西部进入当时的政治、经济、文化的中心地——大和的,所以明石海峡又有明石大门之称。即使到了现代,明石海峡也是交通要道。可是,这里水流湍急,又有鲨鱼出没,是海难的多发地。上世纪40年代和50年代,这里接连发生过数起重大海难,所以在此地架桥的呼声越来越高。

title

俯瞰明石海峡(图片:维基百科)

1988年5月,经过日本政府及专家们长年的地理・地质的调查研究,横跨明石海峡的架桥工程破土动工了,直到1998年4月完工交付使用,这项耗资5000亿日元的巨大工程花费了将近10年的时间。明石海峡大桥成为连接日本的本州与四国地区的大动脉,成为日本全国高速公路网的一部分。造桥技术及规模都堪称世界水平。

明石海峡大桥全长3911米,跨度为1991米,是世界第一长跨度的吊桥。主塔高297米,东京塔的高度是333米,已经接近东京塔的高度了。车辆行驶时的限速最高每小时80公里,最低每小时50公里。在水流湍急的明石海峡架桥,乃汇集了大量造桥技术的精髓。

title

明石海峡大桥侧面图(单位:m,图片:本州四国连络高速株式会社官网)

周到绵密的架桥计划与准备

上世纪40年代50年代这里就接连发生多起海难,为什么建桥竟然拖到80年代末呢?其原由有很多,建桥前作了大量准备工作而花去时间应该也是原由之一。濑户内海这个区域的退潮与涨潮差位很大,所以,日本的三大潮流都发生在这里。而明石海峡,水道狭长,地形复杂,容易形成漩涡海流。为了安全施工,首先要弄明白这里“漩涡海流”的情况。利用音波的三次元的性质测定“强潮”,收集海流的流向与流速,与通过卫星观测得到的信息相结合,根据多方收集的信息制定了安全的施工设备和施工计划。

为了能够在深海及海流湍急等危险区域安全施工,首先要进行地质调查,并结合地质特点开发出了适合该海域海底作业用的脚架等一系列新技术。日本是地震多发国,尤其是每年发生在海里的地震更是不计其数。所以,在海里架桥要考虑到大桥的耐震功能。事实证明,特意为明石海峡大桥设计的耐震方法,经受住了1995年阪神大地震的考验。

日本也是台风多发国,大桥的上部工程按能够抵抗每秒80米风速的耐风设计而建。大桥的耐风设计,也是根据通过常年观测与分析该区域的自然风得到的数据新开发的。伴随着耐风设计被开发出来的,还有各种耐振动技术。有关构造设计方面,根据实验、解析、交通实态调查等方法,有关部门还专门制定了适于“长大桥”的“荷重体系”、“安全率”等构造设计基准。这些设计基准后来一直应用于日本国内外的造桥设计上。

为了让“长大桥”轻量化,一般会使用硬度大的高抗张力钢材,但是这种钢材的缺点是时间长了会变得脆弱。一般使用这种素材的建筑物都有“疲劳设计”。所谓“疲劳设计”是指,防止结构在交变载荷下发生劳损的设计方法。钢材专家经过反复实验与研究,制定了使用抗张力钢建筑的疲劳设计基准,为这个领域奠定了基础。

另外,海流湍急的明石海峡最令人担忧的是海岸及海底的泥沙被冲走而导致支柱倒塌。为了解决这个问题,专家们结合通过考察海底的地质得到的信息,在实验室和现地反复作水理实验,不仅开发出了可以在深海及水流湍急地带施工的“多柱式基础工法”,还开发了在此种自然环境下可以施工的机械设备。基于“多柱式基础工法”又开发了“水中发破工法”和利用“抓斗卸船机”在激流的水下进行挖掘作业等技术。

吊桥所使用的钢绳一般是160kgf/mm2(1,570N/mm2)强度的钢线作成的。因为明石海峡大桥单侧需直径至少1,000mm的电线两根来支撑,所以,专门为明石海峡大桥开发了180kgf/mm2(1,760N/mm2)强度的钢线。这种量身定制,不仅在品质,安全性上得以保证,也很经济。

桥上的塔和支撑桥板的水平板材要么高大要么细长,在架设时,由于其状态的因素,很容易被风吹的摇来晃去。因此导致工期长,品质下降的事情时有发生。为了克服这个难点,通过作“风洞试验”和解析等方法明确了振动产生的原因,并结合建筑物的特点开发出了合理、经济、有效的制振装置和制振方法。

为了安全可靠地架设吊桥的补强水平板,从桥的下方直上直下地“吊接”这种工法是再合适不过的。但是濑户内海向来以水流湍急著称,所以,只有把海中作业时使用的“台船”在激流中的准确位置上停稳才能使用这种方法。根据现场的自然条件,利用位置测定系统开发了在激流下也能“定点保持”的台船的自动位置制御系统。由于这个新系统的开发,不仅使“吊接”变为可能,还能安全准确地架设补强水平板。

在海上架桥,开发适用于水中的混凝土是必不可少的。经过常年的研究和试验,建设濑户大桥时开发了“预填集料混凝土”。在此基础上,建设明石海峡大桥时开发了在水中不分离的“高流动混凝土”。为明石海峡大桥开发的这种混凝土不仅提高了施工效率,也节省了经费。

title

从舞子公园一侧看明石海峡大桥(图片:本州四国连络高速道路株式会社提供)

title

从淡路岛方面看大桥(图片:本州四国连络高速道路株式会社提供)

title

行走在大桥上(图片:本州四国连络高速道路株式会社提供)

title

从塔顶看大桥(图片:本州四国连络高速道路株式会社提供)

title

从展示台的散步道俯瞰大海(图片:本州四国连络高速道路株式会社提供)

明石海峡大桥与人们的生活

  1998年4月开通的明石海峡大桥,到2009年7月的十一年零三个月间,累计通行车辆台数超过一亿辆。2016年末,大桥的累计通行车辆台数超过两亿辆。也就是说,第二个一亿辆的通行台数达成仅用了8年零一个月。说明大桥的利用率在逐年上升。明石海峡大桥其实是连接日本的本州与四国地区的众多桥梁之一。明石海峡大桥与其他十四座大桥形成一个高速公路交通网,不仅为当地,也为带动整个日本的经济发展,旅游观光,文化等方面作着贡献。

首先在经济方面,由于明石海峡大桥的建成,大桥周边城市的工业产品,农业产品的出荷量增加了。随之而来的是大桥附近城市的物流中心的增加。日本的德岛县(四国地区)是最先把LED技术商品化的县。德岛县有大小一百多家生产制造LED商品的企业。日本全国百分之七十的LED商品是来自这个县。明石海峡大桥的贯通,推动了德岛县的LED商品走向日本全国甚至全世界。德岛县还是一个农业县。由于明石海峡大桥的贯通,德岛县产的新鲜蔬菜水果等能够方便快速地运到县外,送到人们地餐桌上。不仅提高了农民收入,还带动了当地经济的发展。四国地区的二十四小时店在1984年时总共有200多家,在本州四国之间建了十几座大桥后,2017年四国地区的二十四小时店为1650家,是建桥前的八倍。

旅游观光方面,作为大桥的附带建筑有一个向明石海峡延伸出去317米的回游式步行展望台。大桥的周边还有舞子公园,国家重要文化财---移情阁(孙中山纪念馆),国家登录有形文化财的旧木下家住宅和旧武藤山治邸等景点。移情阁建于1915年,是日本最早的钢筋混凝土建筑。馆内展示着部分孙中山先生的作品和遗物,是日本唯一一所介绍展示孙先生的博物馆。旧木下家住宅是一个叫木下吉左门的日本富商的住宅,1941年竣工的和式建筑。1995年的阪神大地震中很多建筑物被摧毁,旧木下住宅是为数不多的保存完好的和风古建筑。而旧武藤山治邸则是一幢西洋建筑,是一位叫武藤山治的日本实业家于1907年建造的。神户港是日本最早开放的港口之一,所以,神户港一带的文化氛围不同于日本其他城市。这里,东洋文化和西洋文化完美地结合在一起。

从神户市的市中心JR三宫站乘神戸线电车,在JR舞子站下车仅需10多分钟。出了检票口往左手方向拐,明石海峡大桥就在眼前。大桥周边的景点也都在距离大桥步行5到10分钟的范围内。可以自由行也可以通过旅游会社跟团参观。疫情期间,请在出行前确认是否营业及营业时间。

title

孙中山纪念馆

title

从明石海峡大桥的海上散步道上看孙中山纪念馆

title

孙中山纪念馆石碑

title

旧木下家住宅外观(图片:旧木下家住宅博物馆提供)

title

旧木下家住宅内部书斋(图片:旧木下家住宅博物馆提供)

title

旧武藤山治邸外观(图片:旧武藤山治邸博物馆提供)

title

旧武藤山治邸内部(图片:旧武藤山治邸博物馆提供)

现在在明石海峡大桥的明石市一侧,距离大桥约100米的地方建有一座“桥梁科学馆”。这里介绍展示着以明石海峡大桥为首的日本的桥梁建筑及世界其他国家的桥梁建筑的模型和建造技术等。前面已经讲到,建造明石海峡大桥时不仅用到当时的日本所掌握的造桥技术,还根据实际情况开发了很多新技术。

建造明石海峡大桥时的很多技术在这座“桥梁科学馆”里以各种方式得以重现,对桥梁感兴趣的朋友是一个很好的学习机会。晚上的大桥与白天的风情又不同。平日每天从日落到晚11点,节假日到晚12点,明石海峡大桥都会“点灯”。而且这种灯光效果随着季节变化和一年中不同的节日也会变化。明石海峡大桥的夜景被摄像家称为可以作壁纸的绝景,见者感动。

title

桥梁科学馆

title

明石海峡大桥夜景一(图片:本州四国连络高速道路株式会社提供)

title

明石海峡大桥夜景二(图片:本州四国连络高速道路株式会社提供)

张燕波
图 除特别注明外均由作者拍摄
编辑修改 JST客观日本编辑部

专题网页