“基建狂魔”又來了，這座“千米級”大橋建造技術令世界驚嘆！

　　科技日報記者 陳瑜 矯陽

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

　　7月1日，由中國中鐵等設計、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營，這也標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“世界之最”：主塔330米，相當于110多層樓高；建設用鋼量達48萬噸，相當于12個“鳥巢”；混凝土用量達230萬立方米，相當于8個國家大劇院……

　　“滬蘇通大橋的設計建造技術實現(xiàn)了五個‘世界首創(chuàng)’，在我國乃至世界鐵路橋梁建設史上具有里程碑意義?！眹F集團副總工程師兼建設部主任、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，受潮流和徑流的疊加影響較大，大橋設計團隊經(jīng)過縝密研究與詳細對比，選擇了施工難度大但質量高的沉井方案。

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

　　顧名思義，鋼沉井就是橋墩的基礎，即將一座巨型鋼結構沉入江底后，再將幾萬立方米的混凝土澆灌入這個巨型鋼結構的井壁。從空中俯瞰，其結構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，都遠遠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)。

　　建設者發(fā)明了助浮結構和充氣增壓系統(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，還可以調節(jié)吃水深度以及浮運過程中的空間姿態(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，其中鋼沉井部分高56米，浮運總重達1.6萬噸，要把這個‘龐然大物’精確地定位在設計的橋位上，確實大費周折！”中鐵大橋局滬蘇通長江大橋項目部總工程師李軍堂回憶。

　　為了把鋼沉井這個“巨無霸”準確無誤地固定在設計點，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3.5米的鋼樁立在鋼沉井的上下游處，南北兩側再各拋下4個重約900噸的混凝土邊錨，有效將鋼索與鋼沉井連接，同時引入計算機控制的多向同步快速定位技術，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。

　　實時監(jiān)測技術讓330米主塔不“跑偏”

　　索塔是斜拉橋的關鍵受力結構，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，強度越大，標號越高，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、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現(xiàn)。

　　為解決這些問題，中鐵大橋局通過調整配合比，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，避免過度發(fā)燒，在降溫收縮時能自我激發(fā)膨脹，補償收縮，配合循環(huán)冷卻水管、全封閉防風措施等，表現(xiàn)出不俗的抗裂效果。

　　同時，中鐵大橋局引進超高混凝土主塔塔偏實時監(jiān)測技術。在塔梁同步施工時，系統(tǒng)可實現(xiàn)對施工全過程橋塔變形進行實時測量，獲得橋塔變形時程曲線。一旦檢測到的曲線發(fā)生偏移，建設者們可以立刻進行糾偏，確保主塔按照預定“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)濟性，大橋為滬蘇通鐵路、通蘇嘉城際鐵路、錫通高速公路的共用過江通道，上層設置為雙向六車道高速公路，時速100千米；下層設置為雙向四線鐵路，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，大橋的主體結構材料——鋼梁和拉索必須異常堅實。

　　李軍堂將橋梁的鋼梁比作一只巨型“扁擔”，兩個主塔橫梁猶如“挑夫”的肩膀，“挑夫”相隔越遠，鋼梁承載就越重，“扁擔”越容易向下彎曲變形，因此必須有相當強度的拉索才能拉住這根剛柔并濟的“扁擔”。

　　項目上馬時，國內沒有一家鋼廠能生產(chǎn)制造這種斜拉索的高強度盤條，全世界僅有日本新日鐵和韓國浦項制鐵有此技術。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，因此組織國內廠家多次研究，并聯(lián)合相關科研院所，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)的技術壟斷，生產(chǎn)出了直徑7毫米的‘最強’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。由于鋼絲強度大，單根斜拉索最大許用索力達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，在重物通過后恢復如常。

　　為實現(xiàn)大橋超千米的跨度，建設者們?yōu)槠洹傲可矶ㄖ啤绷藦姸冗_500兆帕的高強度鋼，這意味著每平方米鋼梁能承受的最大力為50000噸，相當于25000臺轎車的重量，為世界先進的高強度高性能橋梁鋼。

　　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多座超高鐵塔站點進行補充覆蓋。

　　王峰介紹，大橋將滿足用戶高速上網(wǎng)、高清語音通話、VR/AR等5G應用，同時可升級SA網(wǎng)絡，實現(xiàn)低時延、大連接等工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用，通過集成各種高新技術，大橋將變得更加聰明智慧。

　　延伸閱讀

　　屢創(chuàng)世界紀錄，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。

　　“我國鐵路沿線地質氣候環(huán)境復雜多變，水系發(fā)達，溝壑密布，橋梁建設難度大。”國鐵集團相關負責人說，近年來，針對不同區(qū)域和環(huán)境，鐵路部門創(chuàng)新設計建造理念，建設了多座具有代表性的鐵路橋梁，創(chuàng)造了多個“世界之最”。

　　作為世界設計荷載最大、列車設計速度最高、主纜直徑最大、基礎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，預計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，通過抗風性能研究及風洞模型試驗，抗震性能理論分析及全橋模型震動臺試驗研究，采用了陡峻山區(qū)防護、大截面嵌固式基礎施工、高山峽谷區(qū)主塔施工、主纜架設、鋼梁吊裝等技術，形成了高山峽谷區(qū)大跨鐵路懸索橋建造成套技術，已于2020年6月完成首片鋼桁梁的架設。

　　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暴海域之一，海峽水文氣象條件極端惡劣、地質條件復雜。通過科研及實踐，我國形成跨海鐵路橋梁成套建造技術，計劃年內開通運營。

　　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。“隨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為主跨1160米的一跨過江懸索橋。大橋所在區(qū)域為長江中華鱘自然保護區(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”。該橋總設計師、全國工程勘察設計大師、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。

　　大跨過江帶來了結構形式、工藝工法、材料等級等多項創(chuàng)新。徐恭義總結，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，倚賴橋梁設計技術、材料、施工技術、制造能力的進步?！安阶幽芊窨绲酶螅且粋€國家工程科學技術水平的綜合體現(xiàn)?！?/p>

　　“鐵路部門堅持科技創(chuàng)新引領，研發(fā)了一大批橋梁建設的新材料、新結構、新設備、新工藝，創(chuàng)新應用裝配式、智能化技術，提高了工程質量和施工效率，提升了運維水平，最大限度降低了對自然環(huán)境的影響，較好地保護了生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)人與自然和諧發(fā)展。”國鐵集團上述負責人總結。