晴朗的日子里,在南通市区找一处制高点向西远眺,就能看到沪苏通长江公铁大桥宛如巨龙横卧于长江之上。
由中铁大桥院集团设计、中铁大桥局集团施工的沪苏通长江公铁大桥,全长11.07公里,主跨1092米,集国铁、城际铁路和高速公路于一体,是世界最大跨径的公铁两用斜拉桥。
这条“巨龙”,可抵御14级台风、8级地震、10万吨级船舶的撞击。不仅如此,它还坐拥世界最高主塔、世界最大沉井建设及世界最大承台等多个“世界第一”,被誉为超级工程。
多项第一的背后,是新技术、新材料、新装备、新工艺的创造和使用。依托大桥建设,相关单位及人员已发表高水平论文166篇,获得授权专利65项,形成工法14项。
中国铁道学会理事长、中国工程院院士卢春房评价,沪苏通长江公铁大桥的建成标志着“人类实现了高速铁路条件下跨越能力的又一次突破”,是“世界桥梁史上具有开创性意义的事件”。
千米跨越,刷新斜拉桥世界纪录
从主跨312米的芜湖长江大桥,到主跨504米的武汉天兴洲长江大桥,再到主跨630米的铜陵长江大桥……主跨1092米的沪苏通长江公铁大桥,代表中国再次刷新了公铁两用斜拉桥跨度的世界纪录。它也是世界首座跨径超千米的公铁两用斜拉桥。
“过去,国外公铁两用桥最大跨度是490米,荷载没有沪苏通长江公铁大桥一半大。”从这一点来看,中铁大桥院院长、中国工程勘察设计大师张敏认为,沪苏通长江公铁大桥就称得上是“世界级超级项目”。
那么,为何沪苏通长江公铁大桥这一“跨”会超越千米?大桥总设计师、中铁大桥勘测设计院总工程师高宗余曾在接受媒体采访时说,1092米的跨度设计综合了多方面因素。
大桥的桥址位于长江下游,此处江面宽阔,航运密集,可谓“黄金水道”。从上游江阴长江大桥到沪苏通长江公铁大桥,沿线有11个港口(码头),每天江面通行船舶超过3万艘。
综合江宽、航道以及防洪要求等各项因素,高宗余带领设计团队通过精确计算,最终将桥的主跨定为1092米。同时,桥面与江面的距离设计为70米,以此确保大型船只在长江水道的畅通无阻。
与1092米的世界级跨度相对应,大桥的两座主塔也是“世界级”的——28号主塔(北)和29号主塔(南),高度达330米,约有100层楼房那么高,两座主塔矗立于滚滚江水中,向上直耸入云,立于塔顶俯瞰江面,过往巨轮宛如一叶叶小舟。而这两座塔,也并列为世界最高公铁两用斜拉桥主塔。
智能建桥,将不可能变为了可能
沪苏通长江公铁大桥采用沉井基础,与苏通大桥相比,它不是在江心的水上工地一根一根打桩,而是在工厂里整体制造,整体浮运至桥址,此举可以大幅度提高施工安全,改善基础的质量,加快施工进度,减少打桩作业对环境的影响。
如何把主塔墩钢沉井整体浮运到指定地点?这是施工中面临的一大难题。
首先,主塔墩钢沉井是两个“巨无霸”,单个面积达5100平方米,相当于12个篮球场,高115米,重11000吨,是世界上规模最大的深水沉井基础。其次,沉井施工点江水湍急,由于主塔沉井的断面非常大,沉井浮运时,江水会给浮在水中的沉井带来超大的水流力,钢沉井极易随波漂荡。
为克服难题,大桥项目部创新助浮结构和充气增压系统,使“巨无霸”像鱼一样,不仅可以自浮,还可以调节吃水深度以及钢沉井在浮运过程中的空间姿态,最终实现整体制造、整体出坞、整体浮运。
沉井浮运到位后,怎样让它在长江河床下70多米处精准着床?根据要求,这个庞然大物定位精度误差要控制在30厘米。而在巨大的水流力作用之下,这几乎是一个不可能完成的任务。项目部创新研发的智能化装备,把不可能变为了可能。通过“大直径钢桩混凝土重力锚”锚碇系统,以及大吨位千斤顶多向同位快速定位技术,精度误差最终被控制在12厘米以内,远超设计要求。
事实上,大桥建设中“匠心”无处不在:主航道桥为箱桁组合新结构,采用两节间焊接、桥位整体吊装施工,吊重达1700吨,两节间全焊接,两节段整体制造架设为国际国内首次采用。张敏说,这种工艺减少了现场安装工程量,保证了钢梁质量,同时也减少了高栓延迟断裂对高铁行车带来的安全隐患。为实现钢梁的整节段吊装,项目方还研制了4台1800吨架梁吊机,其起重量为国内吊机之最。
创新之处还不止于此。通过1800吨架梁吊机智能化控制、桥塔变形图像测量监测,大桥实现了钢梁精准合龙、塔偏实时监控。运用信息化手段和新型设备支撑,大桥项目团队逐步打造出一个具有跨界应用、多维监控、时效分析和高自动化特色的智能造桥生态。
“沪苏通长江公铁大桥选型科学,结构合理,设计、建设、施工、监理方实力雄厚。”得知大桥建设施工方先后开展了多项关键性技术研究并较好地运用到工程施工后,北京交通大学王梦恕院士数次伸出大拇指,为大桥技术创新成果“点赞”。
量身定制, 世界级难题迎刃而解
站在长江边远眺沪苏通长江公铁大桥,主桥的斜拉索犹如一根根白色琴弦,飞扬在滔滔江面,奏出华彩乐章。
沪苏通长江公铁大桥是一座包含四线铁路、六线高速公路的重载型大桥,与苏通大桥相比,载荷成倍增长。432根斜拉索作为大桥的主要受力结构,必须得牢牢地“拉”住桥面。
为适应沪苏通长江公铁大桥的重载要求,斜拉索的材料都是“量身定制”。斜拉索采用2000兆帕高强度锌铝镀层钢丝编制,系世界上首次采用,与苏通大桥的1770斜拉索相比,工艺水平提升了整整四代,具有更为强大的拉力与更加优异的抗扭性能。虽然每根钢丝的直径为7毫米,但就是这样一根只有小拇指粗的母材,可以吊起一头大象,而单根斜拉索最大索力更是高达1000吨,足以吊起600多辆小汽车。
除了斜拉索用的是特殊钢材,大桥桥体建设还在国际上率先使用了500兆帕高强度钢材,最高能抵御15万吨级船空载进港船的船撞。此外,主塔采用的是C60高性能混凝土,亦具有国际领先水平。
如果说桥身建造是打好基础,那么桥面上的沥青混凝土铺装,则可以说是大桥“硬装”中收尾的重要一步。桥面上沥青混凝土薄薄一层,厚度仅为6厘米,却对材料有着极高要求——既要有足够附着力,冬天不开裂,夏天不变形,保护钢桥面;又要有足够的摩擦系数,保证时速100公里的汽车稳稳刹住。沪苏通长江公铁大桥所采用的“苏高沥”品牌高性能沥青,由我国自主研发,可适应-22摄氏度至82摄氏度区间的温度变化,具有更高的抗车辙性能和耐久性,使大跨度钢桥面铺装的世界级难题迎刃而解。
沪苏通长江公铁大桥的建成,标志着我国桥梁建设的多项技术指标不断升级,“从大国创造”到“世界之最”,成为中国建桥技术从学习先进到引领的真实写照。
曾为港珠澳大桥等国家级重大工程“专业护航”的中科院院士孙钧说,苏通大桥的主跨是1088米,沪苏通长江公铁大桥是1092米,跨度更大,不要小看了这4米,新材料、新装备、新工艺更多,技术含量更高,希望其成为世界斜拉桥的一座新的丰碑。
本报记者 王玮丽 沈雪梅
