“基建狂魔”又來了，這座“千米級”大橋建造技術(shù)令世界驚嘆！

　　科技日報(bào)記者 陳瑜 矯陽

　　相距寬達(dá)6公里的江面，隔江相望的蘇州市張家港市和南通市結(jié)束了僅靠汽渡往來的歷史。

　　7月1日，由中國中鐵等設(shè)計(jì)、承建的世界上首座跨度超千米的公鐵兩用斜拉橋——主跨1092米的滬蘇通長江公鐵大橋通車運(yùn)營，這也標(biāo)志著世界公鐵兩用斜拉橋主跨將邁入“千米級”時代。

　　中國中鐵大橋局副總經(jīng)理、滬蘇通長江大橋項(xiàng)目部經(jīng)理羅兵介紹，除了跨度大，滬蘇通長江公鐵大橋還創(chuàng)造了多項(xiàng)“世界之最”：主塔330米，相當(dāng)于110多層樓高；建設(shè)用鋼量達(dá)48萬噸，相當(dāng)于12個“鳥巢”；混凝土用量達(dá)230萬立方米，相當(dāng)于8個國家大劇院……

　　“滬蘇通大橋的設(shè)計(jì)建造技術(shù)實(shí)現(xiàn)了五個‘世界首創(chuàng)’，在我國乃至世界鐵路橋梁建設(shè)史上具有里程碑意義?！眹F集團(tuán)副總工程師兼建設(shè)部主任、工程監(jiān)督局局長王峰表示，作為八縱八橫鐵路網(wǎng)中沿江高鐵的重要組成部分，大橋的建成將有利于推動長三角一體化發(fā)展，上海至南通的旅行時間由原來3.5小時壓縮至最短1小時6分鐘。

　　萬噸鋼沉井讓千米跨度“跨得穩(wěn)”

　　滬蘇通長江公鐵大橋開建之前，世界上已建成同類型橋梁中，最大跨度僅有630米。

　　滬蘇通長江公鐵大橋附近有十余個碼頭和港口，江面日通行船舶超過3萬膄，航運(yùn)異常繁忙，航道部門要求這里的通航凈寬不能少于900米，這要求大橋的主跨必須超千米。

　　與此同時，大橋橋址河段位于感潮區(qū)內(nèi)，受潮流和徑流的疊加影響較大，大橋設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過縝密研究與詳細(xì)對比，選擇了施工難度大但質(zhì)量高的沉井方案。

　　要想“跨得穩(wěn)”，就要“立得住”，主墩鋼沉井是實(shí)現(xiàn)1092米的跨度關(guān)鍵所在。

　　顧名思義，鋼沉井就是橋墩的基礎(chǔ)，即將一座巨型鋼結(jié)構(gòu)沉入江底后，再將幾萬立方米的混凝土澆灌入這個巨型鋼結(jié)構(gòu)的井壁。從空中俯瞰，其結(jié)構(gòu)就像一塊方形蜂窩煤。

　　在此之前，我國最大沉井施工出現(xiàn)在江陰長江大橋北錨，但無論平面尺寸還是下沉深度，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于滬蘇通長江大橋主塔。

　　長期以來，鋼沉井都在是在工地現(xiàn)場焊接生產(chǎn)。滬蘇通長江大橋首次將沉井改為工廠化生產(chǎn)。

　　建設(shè)者發(fā)明了助浮結(jié)構(gòu)和充氣增壓系統(tǒng)，通過封閉部分沉井井孔，并往封閉井孔充氣，讓巨型鋼沉井像魚有了“魚漂”，不僅可以自浮，還可以調(diào)節(jié)吃水深度以及浮運(yùn)過程中的空間姿態(tài)，由7艘拖輪“前拱后衛(wèi)”，從工廠的船塢護(hù)送到11公里外的大橋施工現(xiàn)場。

　　“比如29號墩鋼沉井，平面面積5100平方米，總高110.5米，是世界上最大的橋梁沉井基礎(chǔ)，其中鋼沉井部分高56米，浮運(yùn)總重達(dá)1.6萬噸，要把這個‘龐然大物’精確地定位在設(shè)計(jì)的橋位上，確實(shí)大費(fèi)周折！”中鐵大橋局滬蘇通長江大橋項(xiàng)目部總工程師李軍堂回憶。

　　為了把鋼沉井這個“巨無霸”準(zhǔn)確無誤地固定在設(shè)計(jì)點(diǎn)，開創(chuàng)性地采用了“大直徑錨樁加混凝土重力錨”方案：將8根直徑達(dá)3.5米的鋼樁立在鋼沉井的上下游處，南北兩側(cè)再各拋下4個重約900噸的混凝土邊錨，有效將鋼索與鋼沉井連接，同時引入計(jì)算機(jī)控制的多向同步快速定位技術(shù)，通過智能化裝備，大幅提升定位的效率和精度，解決了千噸級水流力作用下鋼沉井精確定位難題。

　　實(shí)時監(jiān)測技術(shù)讓330米主塔不“跑偏”

　　索塔是斜拉橋的關(guān)鍵受力結(jié)構(gòu)，斜拉橋跨度越大要求索塔建筑高度越高。

　　滬蘇通長江公鐵大橋主塔高度為330米，相當(dāng)于110層高樓，為世界最高公鐵橋主塔。

　　高聳入云的主塔給施工帶來了不少難題。

　　對混凝土而言，強(qiáng)度越大，標(biāo)號越高，意味著粘度越大，就像很稠的粥，流動性差，難以泵送至高空；在普通的工程環(huán)境，混凝土灑水養(yǎng)護(hù)、保溫、保濕相對容易，混凝土抗裂容易得到保證，但這些在300多米的高空中難以實(shí)現(xiàn)。

　　為解決這些問題，中鐵大橋局通過調(diào)整配合比，研究出了一種新型混凝土，一舉解決了泵送難、不抗裂等難題。

　　這種新型混凝土在保障質(zhì)量的同時，還具有高流態(tài)降粘等特性，澆筑初期能控制水化反應(yīng)，避免過度發(fā)燒，在降溫收縮時能自我激發(fā)膨脹，補(bǔ)償收縮，配合循環(huán)冷卻水管、全封閉防風(fēng)措施等，表現(xiàn)出不俗的抗裂效果。

　　同時，中鐵大橋局引進(jìn)超高混凝土主塔塔偏實(shí)時監(jiān)測技術(shù)。在塔梁同步施工時，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對施工全過程橋塔變形進(jìn)行實(shí)時測量，獲得橋塔變形時程曲線。一旦檢測到的曲線發(fā)生偏移，建設(shè)者們可以立刻進(jìn)行糾偏，確保主塔按照預(yù)定“路線”長高而不“跑偏”。

　　單根斜拉索可吊起600多輛小汽車

　　行走在滬蘇通大橋，映入眼簾的斜拉橋拉索猶如一把扇子，以主塔為中線依次向兩邊散開。

　　考慮到經(jīng)濟(jì)性，大橋?yàn)闇K通鐵路、通蘇嘉城際鐵路、錫通高速公路的共用過江通道，上層設(shè)置為雙向六車道高速公路，時速100千米；下層設(shè)置為雙向四線鐵路，時速200千米(滬蘇通鐵路)、250千米(通蘇嘉甬鐵路)。

　　面對大跨、重載的需求，大橋的主體結(jié)構(gòu)材料——鋼梁和拉索必須異常堅(jiān)實(shí)。

　　李軍堂將橋梁的鋼梁比作一只巨型“扁擔(dān)”，兩個主塔橫梁猶如“挑夫”的肩膀，“挑夫”相隔越遠(yuǎn)，鋼梁承載就越重，“扁擔(dān)”越容易向下彎曲變形，因此必須有相當(dāng)強(qiáng)度的拉索才能拉住這根剛?cè)岵?jì)的“扁擔(dān)”。

　　項(xiàng)目上馬時，國內(nèi)沒有一家鋼廠能生產(chǎn)制造這種斜拉索的高強(qiáng)度盤條，全世界僅有日本新日鐵和韓國浦項(xiàng)制鐵有此技術(shù)。消息靈通的日本人很快找上門推銷。

　　“我們還是希望盡力用國產(chǎn)材料，因此組織國內(nèi)廠家多次研究，并聯(lián)合相關(guān)科研院所，啟動了2000兆帕鋼絲的研發(fā)工作，經(jīng)過兩年多的努力，終于突破了國外企業(yè)的技術(shù)壟斷，生產(chǎn)出了直徑7毫米的‘最強(qiáng)’鋼絲?！崩钴娞谜f。

　　大橋共安裝了432根斜拉索，其中最長的一根長576米。由于鋼絲強(qiáng)度大，單根斜拉索最大許用索力達(dá)1300多噸，足以吊起600多輛小汽車。

　　主橋鋼梁也面臨新挑戰(zhàn)：必須有足夠的剛度，才能滿足荷載需求，同時還要具備一定的柔性，這樣才能在突來的重壓下，通過微變形分散壓力，在重物通過后恢復(fù)如常。

　　為實(shí)現(xiàn)大橋超千米的跨度，建設(shè)者們?yōu)槠洹傲可矶ㄖ啤绷藦?qiáng)度達(dá)500兆帕的高強(qiáng)度鋼，這意味著每平方米鋼梁能承受的最大力為50000噸，相當(dāng)于25000臺轎車的重量，為世界先進(jìn)的高強(qiáng)度高性能橋梁鋼。

　　滬蘇通長江公鐵大橋公路面采用華為5G新型微站覆蓋，鐵路面采用中天新型5G泄漏電纜覆蓋，引橋部分采用南通鐵塔建設(shè)多座超高鐵塔站點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)充覆蓋。

　　王峰介紹，大橋?qū)M足用戶高速上網(wǎng)、高清語音通話、VR/AR等5G應(yīng)用，同時可升級SA網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)低時延、大連接等工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，通過集成各種高新技術(shù)，大橋?qū)⒆兊酶勇斆髦腔邸?/p>

　　延伸閱讀

　　屢創(chuàng)世界紀(jì)錄，中國橋的步子越邁越大

　　隨著7月1日滬蘇通長江公鐵大橋的通車運(yùn)營，世界公鐵兩用斜拉橋主跨邁入“千米級”時代。

　　穿越62年的風(fēng)雨回望，從武漢長江大橋開始，一座座“中國橋”翻山越嶺，穿江過海。

　　1957年10月15日，武漢長江大橋正式建成通車，成為新中國第一個五年計(jì)劃的重要成就。一橋飛架南北，天塹變通途，武漢三鎮(zhèn)連成一體，中國南北交通大動脈打通。

　　“我國鐵路沿線地質(zhì)氣候環(huán)境復(fù)雜多變，水系發(fā)達(dá)，溝壑密布，橋梁建設(shè)難度大?！眹F集團(tuán)相關(guān)負(fù)責(zé)人說，近年來，針對不同區(qū)域和環(huán)境，鐵路部門創(chuàng)新設(shè)計(jì)建造理念，建設(shè)了多座具有代表性的鐵路橋梁，創(chuàng)造了多個“世界之最”。

　　作為世界設(shè)計(jì)荷載最大、列車設(shè)計(jì)速度最高、主纜直徑最大、基礎(chǔ)沉井平面尺寸最大的鐵路橋梁，連云港至鎮(zhèn)江鐵路的五峰山長江大橋也是我國第一座公鐵兩用懸索橋，世界第一座高速鐵路懸索橋。該橋已于2019年12月合龍，預(yù)計(jì)年底前具備通車條件。

　　麗江至香格里拉鐵路的金沙江大橋是我國首座高山峽谷區(qū)鐵路懸索橋，通過抗風(fēng)性能研究及風(fēng)洞模型試驗(yàn)，抗震性能理論分析及全橋模型震動臺試驗(yàn)研究，采用了陡峻山區(qū)防護(hù)、大截面嵌固式基礎(chǔ)施工、高山峽谷區(qū)主塔施工、主纜架設(shè)、鋼梁吊裝等技術(shù)，形成了高山峽谷區(qū)大跨鐵路懸索橋建造成套技術(shù)，已于2020年6月完成首片鋼桁梁的架設(shè)。

　　福州至平潭鐵路的平潭海峽公鐵兩用大橋穿越世界著名的三大風(fēng)暴海域之一，海峽水文氣象條件極端惡劣、地質(zhì)條件復(fù)雜。通過科研及實(shí)踐，我國形成跨海鐵路橋梁成套建造技術(shù)，計(jì)劃年內(nèi)開通運(yùn)營。

　　大理至瑞麗鐵路怒江橋主拱跨徑490米，是世界第一大跨度的鐵路鋼桁拱橋，已于2019年12月合龍。

　　拉薩至林芝鐵路藏木雅魯藏布江大橋主拱跨徑430米，是世界海拔最高、跨度最大的鐵路鋼管混凝土拱橋，已于2020年6月實(shí)現(xiàn)合龍。

　　1957年建成通車的武漢長江大橋主跨只有128米，如今，越來越多的橋選擇了“一跨過江”。

　　中鐵大橋院副總工程師肖海珠介紹，目前長江上已建在建的大橋超過140座，千米級一跨過江的橋梁以長江中上游居多?！半S著通航需求越來越高，加上受水文條件、防洪治水工程以及岸線碼頭利用等多種復(fù)雜因素影響，一跨過江的橋越來越多?！?/p>

　　宜昌伍家崗長江大橋?yàn)橹骺?160米的一跨過江懸索橋。大橋所在區(qū)域?yàn)殚L江中華鱘自然保護(hù)區(qū)緩沖區(qū)，也是江豚、胭脂魚活動密集區(qū)。大橋不在水中建橋墩，使中華鱘洄游不受影響，也保證了長江航道不斷航。

　　武漢楊泗港長江大橋1700米一跨過江是“逼出來的”。該橋總設(shè)計(jì)師、全國工程勘察設(shè)計(jì)大師、中鐵大橋院副總工程師徐恭義解釋，楊泗港長江大橋與鸚鵡洲長江大橋之間的江面下，有一處長逾3公里的潛壩，是治水工程。楊泗港長江大橋橋位緊鄰潛壩的一端，如果在江中設(shè)橋墩，會改變水流方向和水沙比，影響治水工程。

　　大跨過江帶來了結(jié)構(gòu)形式、工藝工法、材料等級等多項(xiàng)創(chuàng)新。徐恭義總結(jié)，目前我國已建在建的橋梁中，從橋型上看，不論是懸索橋、斜拉橋、拱橋，跨度都在增大，從功能上看，公鐵兩用橋、公路橋的跨度也在不斷被刷新和超越?？缍鹊娘w躍，倚賴橋梁設(shè)計(jì)技術(shù)、材料、施工技術(shù)、制造能力的進(jìn)步?！安阶幽芊窨绲酶?，是一個國家工程科學(xué)技術(shù)水平的綜合體現(xiàn)?！?/p>

　　“鐵路部門堅(jiān)持科技創(chuàng)新引領(lǐng)，研發(fā)了一大批橋梁建設(shè)的新材料、新結(jié)構(gòu)、新設(shè)備、新工藝，創(chuàng)新應(yīng)用裝配式、智能化技術(shù)，提高了工程質(zhì)量和施工效率，提升了運(yùn)維水平，最大限度降低了對自然環(huán)境的影響，較好地保護(hù)了生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)人與自然和諧發(fā)展?！眹F集團(tuán)上述負(fù)責(zé)人總結(jié)。