探訪世界首座雙層斜拉—懸索協(xié)作體系大橋（圖）
2024.09.02
G3銅陵長(zhǎng)江公鐵大橋合龍現(xiàn)場(chǎng)。新華社記者 周牧 攝
合龍，紅色“長(zhǎng)龍”飛躍長(zhǎng)江！
8月27日，長(zhǎng)江銅陵段。隨著大橋兩側(cè)節(jié)段鋼梁焊接完成，主跨近千米的G3（京臺(tái)高速）銅陵長(zhǎng)江公鐵大橋主橋順利合龍。這標(biāo)志著世界首座雙層斜拉—懸索協(xié)作體系大橋主體完工，進(jìn)入大橋附屬工程施工階段。
作為《長(zhǎng)江干線過(guò)江通道布局規(guī)劃（2020—2035年）》中規(guī)劃的過(guò)江通道之一，G3銅陵長(zhǎng)江公鐵大橋兼具斜拉橋和懸索橋兩種橋型優(yōu)勢(shì)，具有高速公路、城際鐵路、貨運(yùn)鐵路三種過(guò)江功能，擁有“四項(xiàng)首創(chuàng)”“八個(gè)工藝創(chuàng)新”和14項(xiàng)授權(quán)專(zhuān)利等成果。
斜拉橋和懸索橋一剛一柔，如何連接在一起？大橋主塔約80層樓高，是怎樣建成的？三種過(guò)江功能，如何集于一橋？讓我們一起探訪這一“超級(jí)工程”。
“剛?cè)岵?jì)”優(yōu)勢(shì)疊加
跨度更大、經(jīng)濟(jì)性更好、行車(chē)安全性更高
G3銅陵長(zhǎng)江公鐵大橋起于安徽省銅陵市陳瑤湖鎮(zhèn)花園村，跨越長(zhǎng)江，經(jīng)過(guò)羊山磯，止于銅陵市大通鎮(zhèn)民主村，全長(zhǎng)11.88公里。
藍(lán)天白云下，G3銅陵長(zhǎng)江公鐵大橋宛若長(zhǎng)虹臥波，紅色的鋼鐵橋身格外醒目。
大橋中段，鋼梁架設(shè)采用的是懸索橋的架梁工藝，兩端采用的則是斜拉橋的架梁工藝。
斜拉橋和懸索橋各有所長(zhǎng)。一般來(lái)說(shuō)，同等條件下，二者相比，斜拉橋在重壓的情況下更不容易變形，車(chē)輛通過(guò)的平順性更好；懸索橋跨越性更好，跨度更容易做大。
斜拉—懸索協(xié)作體系橋梁結(jié)合了斜拉橋剛度大和懸索橋柔度好的優(yōu)勢(shì)，具有跨度大、荷載重等特點(diǎn)。
G3銅陵長(zhǎng)江公鐵大橋總設(shè)計(jì)師、中鐵大橋院總工程師肖海珠介紹：“這種新結(jié)構(gòu)不僅能滿足大橋的功能需求，而且與同等規(guī)模單一結(jié)構(gòu)的斜拉橋和懸索橋相比，經(jīng)濟(jì)性更好、行車(chē)安全性更高?！?br/>
此次主橋合龍的兩個(gè)合龍口分別位于兩側(cè)斜拉索與懸索的交叉區(qū)。如何將這一剛一柔結(jié)構(gòu)連接到一起，并呈現(xiàn)出大橋的設(shè)計(jì)線形，這是項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)面臨的一大難題，難題里還環(huán)環(huán)套難題。解決之道，卻無(wú)先例可依。
首先要解決的是溫度對(duì)不同結(jié)構(gòu)的影響，給施工帶來(lái)的困難。
“斜拉段結(jié)構(gòu)對(duì)溫度影響不太敏感，但懸索段結(jié)構(gòu)對(duì)溫度影響非常敏感。合龍前期，我們發(fā)現(xiàn)與懸索連接的鋼梁受溫度影響高差最大達(dá)40厘米?！敝需F大橋局G3銅陵長(zhǎng)江公鐵大橋項(xiàng)目總工程師姚森說(shuō)。
針對(duì)這一情況，在合龍段鋼梁安裝過(guò)程中，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)選擇在相對(duì)恒定的溫度下快速完成施工。同時(shí)，結(jié)合主纜吊裝受力不斷變化等情況，施工人員采用了懸臂段調(diào)索、懸吊段配重、合龍口反壓、移動(dòng)配載以及斜拉段縱向主動(dòng)頂推等措施，以此來(lái)保證合龍口的高差和轉(zhuǎn)角滿足合龍要求，最終實(shí)現(xiàn)了毫米級(jí)精準(zhǔn)合龍。
說(shuō)來(lái)容易做來(lái)難。要充分發(fā)揮斜拉橋的剛度優(yōu)勢(shì)、懸索橋的跨度優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)“剛?cè)岵?jì)”、優(yōu)勢(shì)疊加，意味著施工難度的成倍增加。
中鐵大橋局G3銅陵長(zhǎng)江公鐵大橋項(xiàng)目部一分部主塔技術(shù)負(fù)責(zé)人潘萌對(duì)此深有體會(huì)：由于懸索橋與斜拉橋施工工藝本身就不同，因此斜拉—懸索協(xié)作體系橋梁對(duì)他們提出了更高要求；在鋼梁架設(shè)階段，南北兩岸、斜拉橋部分和懸索橋部分“難舍難分”的受力體系，需要他們對(duì)鋼梁線形控制有更全面的考慮；施工速度、工藝轉(zhuǎn)換等方面的多重要求，需要他們?cè)谑┕し桨钢贫?、技術(shù)交底、人員物資設(shè)備調(diào)配等方面進(jìn)行更充分的準(zhǔn)備。
“就拿鋼梁吊裝工藝來(lái)說(shuō)，因航道通航需要，我們?cè)诘跹b節(jié)段鋼梁時(shí)，必須把拋錨艇、警戒船等提前準(zhǔn)備好，和海事等部門(mén)協(xié)商順暢，確保鋼梁起吊控制在兩小時(shí)以?xún)?nèi)，同時(shí)前前后后多道測(cè)量工序必須跟上?！迸嗣日f(shuō)。
對(duì)大跨度公鐵橋而言，成橋線形是影響鐵路行車(chē)安全和舒適性的重要因素。
G3銅陵長(zhǎng)江公鐵大橋建設(shè)中，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新采用了一系列線形主動(dòng)調(diào)整措施，包括加大斜拉索張拉端錨杯長(zhǎng)度，使得可調(diào)節(jié)范圍更大，線形調(diào)整更有保證；吊索張拉端采用承壓可調(diào)式結(jié)構(gòu)，通過(guò)特殊設(shè)計(jì)的張拉裝置，可實(shí)現(xiàn)15厘米左右的調(diào)節(jié)范圍，等等。
9米爬模自動(dòng)“打印”
較傳統(tǒng)方式減少主塔施工12輪次、工期120天
從2022年1月開(kāi)工，到2024年8月鋼梁合龍，用時(shí)不到32個(gè)月。G3銅陵長(zhǎng)江公鐵大橋刷新了長(zhǎng)江中下游公鐵橋梁施工進(jìn)度的紀(jì)錄。
既要保施工質(zhì)量，又要搶施工進(jìn)度，讓大橋兩端順利提前成功“牽手”，為早日建成通車(chē)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，離不開(kāi)各項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新、工藝創(chuàng)新、設(shè)備創(chuàng)新。
據(jù)中鐵大橋局G3銅陵長(zhǎng)江公鐵大橋項(xiàng)目經(jīng)理劉幸福介紹，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在大橋建設(shè)中取得了一系列成果——擁有“首創(chuàng)雙層鋼桁梁斜拉—懸索協(xié)作體系”等“四項(xiàng)首創(chuàng)”，擁有世界首創(chuàng)的9米全自動(dòng)智能液壓爬模工藝等“八個(gè)工藝創(chuàng)新”。該橋的建設(shè)成果，將為今后同類(lèi)型橋梁施工提供重要的參考依據(jù)。
大橋南北兩座主塔均為210米，約80層樓高。要完成如此巨大的工程量，世界首個(gè)9米全自動(dòng)智能液壓爬模（簡(jiǎn)稱(chēng)“9米爬?！保┕Σ豢蓻](méi)。
爬升模板給建設(shè)者提供了空中的“落腳地”，可以隨主塔長(zhǎng)高而爬升，是高塔施工的常用工藝。而應(yīng)用于這座大橋的9米爬模實(shí)現(xiàn)智能化，可自動(dòng)化控制，讓既有工藝實(shí)現(xiàn)了重大突破。
“它具備自動(dòng)液壓脫模、智能液壓頂升、智能混凝土養(yǎng)護(hù)等功能，如一臺(tái)精密的‘3D打印機(jī)’，能在指令下完成橋塔各個(gè)環(huán)節(jié)的施工。”姚森這樣形容。
在9米爬模控制柜的顯示屏上，各個(gè)面的位移值、位移差值、液壓系統(tǒng)壓力值以及風(fēng)速值清晰可見(jiàn)；打開(kāi)手機(jī)，通過(guò)云終端，用戶可以遠(yuǎn)程看到運(yùn)行數(shù)據(jù)及監(jiān)控視頻，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
除了遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，9米爬模還能自動(dòng)化建造。以其全自動(dòng)液壓脫模系統(tǒng)為例，混凝土的成型需借助模板，并在形成一定強(qiáng)度后拆除模板。以往脫模需要手搖、棍撬，而在全液壓自動(dòng)脫模系統(tǒng)中，只需指尖輕點(diǎn)按鈕，下達(dá)指令便可完成。
9米爬模還會(huì)“養(yǎng)生”。大橋主塔的施工穿越冬夏，如果環(huán)境與混凝土溫差過(guò)大或濕度不足，就會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)混凝土開(kāi)裂等問(wèn)題。9米爬模配置的智能混凝土養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)就像“加濕器”，既能保證濕度，也可以控制溫度。通過(guò)布設(shè)溫濕度監(jiān)測(cè)元件，可以進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)溫，自動(dòng)調(diào)整指令，確?；炷羶?nèi)外溫差在20℃以?xún)?nèi)。
智能化、數(shù)字化賦能，節(jié)節(jié)塔柱春筍般升高，巍峨的橋塔被逐漸“打印”而出。
劉幸福介紹，運(yùn)用9米爬模，大橋主塔柱的單次澆筑高度從傳統(tǒng)的6米一節(jié)躍升至9米一節(jié)。與傳統(tǒng)施工方式相比，這一施工方式可減少12個(gè)施工輪次，在同等帶模養(yǎng)護(hù)條件下可減少工期約120天。
雙層大橋三種功能
完善過(guò)江通道布局、促進(jìn)區(qū)域交通優(yōu)化發(fā)展
江上百舸爭(zhēng)流。
“這里上下游都有好幾個(gè)碼頭，加之銅陵礦產(chǎn)資源豐富，附近的多家基建原材料企業(yè)對(duì)運(yùn)輸需求也較高。”潘萌的這番話，間接闡釋了大橋建設(shè)對(duì)于不影響通航等方面的要求。
G3銅陵長(zhǎng)江公鐵大橋主跨達(dá)988米，其斜拉—懸索協(xié)作體系為千米級(jí)大跨度鋼桁梁橋世界范圍內(nèi)首次采用，其跨度也位居公鐵分層布置的同類(lèi)橋型世界之首。它既利用懸索橋“一跨過(guò)江”的優(yōu)勢(shì)，不影響通航，可充分發(fā)揮黃金水道作用，又利用斜拉橋承重強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，將主塔建在岸邊避開(kāi)防洪堤壩，有力保障防洪安全。
這座雙層的超級(jí)大橋具有高速公路、城際鐵路、貨運(yùn)鐵路三種過(guò)江功能，其中公鐵合建段長(zhǎng)約2.68公里。
“大橋的上層橋面布置為6車(chē)道高速公路，設(shè)計(jì)時(shí)速100公里。下層橋面布置為4線鐵路，其中2線為合池城際鐵路，設(shè)計(jì)時(shí)速250公里；2線為銅陵南至江北港的貨運(yùn)鐵路，后期延伸至樅陽(yáng)，連接安慶，設(shè)計(jì)時(shí)速120公里?！表?xiàng)目團(tuán)隊(duì)有關(guān)負(fù)責(zé)人說(shuō)。
“四項(xiàng)首創(chuàng)”“八個(gè)工藝創(chuàng)新”和14項(xiàng)授權(quán)專(zhuān)利，都對(duì)保障三種過(guò)江功能起到了重要作用。
錨碇是大橋主纜的錨固點(diǎn)，南北兩岸各有一個(gè)。
在南岸錨碇建設(shè)中，中鐵大橋局G3銅陵長(zhǎng)江公鐵大橋項(xiàng)目部二分部面臨著“錨固系統(tǒng)定位、大體積混凝土澆筑”等施工難題，以及緊張的開(kāi)挖工期所帶來(lái)的壓力與挑戰(zhàn)。
經(jīng)過(guò)數(shù)次討論研究，技術(shù)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新采用分層分塊的“V型跳倉(cāng)”法這一“工藝創(chuàng)新”進(jìn)行錨碇施工。在施工不同階段與錨碇不同部位，施工人員使用循環(huán)冷卻水管、抗裂鋼筋網(wǎng)、抗裂劑、低熱水泥、梯度混凝土施工等措施，成功解決了大型混凝土澆筑易開(kāi)裂的難題。運(yùn)用這一施工方法，不僅大大減少了錨固系統(tǒng)支架鋼材、大型機(jī)械設(shè)備等投入，還降低了安全風(fēng)險(xiǎn)，提升了現(xiàn)場(chǎng)施工組織效率和質(zhì)量控制效率。
在北岸錨碇建設(shè)中，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)則運(yùn)用了“復(fù)合型地下連續(xù)墻錨碇基礎(chǔ)”這一“首創(chuàng)”，不僅最大程度地減小了基礎(chǔ)規(guī)模，節(jié)約了施工工期、降低了工程造價(jià)，還有力保障了施工質(zhì)量。
在斜拉索和懸索交叉區(qū)段，為避免斜拉索和懸索錨固在同一節(jié)點(diǎn)處錨點(diǎn)橫向錯(cuò)開(kāi)給橫梁和腹桿帶來(lái)不利影響，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)采取了錯(cuò)節(jié)間錨固布置形式，簡(jiǎn)化了錨固構(gòu)造，優(yōu)化了結(jié)構(gòu)受力。為避免斜拉索與吊索在風(fēng)雨振下產(chǎn)生相互影響，還采用了阻尼減振裝置。
不斷創(chuàng)新，不斷突破，大橋建設(shè)穩(wěn)步推進(jìn)?！癎3銅陵長(zhǎng)江公鐵大橋的建設(shè)，不僅有利于完善國(guó)家和安徽省高速公路網(wǎng)，提升區(qū)域過(guò)江通道通行能力，對(duì)于發(fā)揮皖江承東啟西、連接長(zhǎng)三角和川渝鄂贛的中樞作用，完善過(guò)江通道布局、促進(jìn)區(qū)域交通優(yōu)化發(fā)展也具有重要意義?！敝需F大橋局G3銅陵長(zhǎng)江公鐵大橋項(xiàng)目部有關(guān)負(fù)責(zé)人說(shuō)。
（來(lái)源：中國(guó)公路網(wǎng)）
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