世界首座跨度超千米的公鐵兩用斜拉橋通車運營_風聞

來源：中國科技網   科技日報   作者:  陳瑜 矯陽   時間：2020-07-01

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，這也標誌着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理、滬蘇通長江大橋項目部經理羅兵介紹，除了跨度大，滬蘇通長江公鐵大橋還創造了多項“世界之最”：主塔330米，相當於110多層樓高；建設用鋼量達48萬噸，相當於12個“鳥巢”；混凝土用量達230萬立方米，相當於8個國家大劇院……

滬蘇通大橋此前的建設圖

“滬蘇通大橋的設計建造技術實現了五個‘世界首創’，在我國乃至世界鐵路橋樑建設史上具有里程碑意義。”國鐵集團副總工程師兼建設部主任、工程監督局局長王峯表示，作為八縱八橫鐵路網中沿江高鐵的重要組成部分，大橋的建成將有利於推動長三角一體化發展，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”

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

滬蘇通長江公鐵大橋附近有十餘個碼頭和港口，江面日通行船舶超過3萬膄，航運異常繁忙，航道部門要求這裏的通航淨寬不能少於900米，這要求大橋的主跨必須超千米。

與此同時，大橋橋址河段位於感潮區內，受潮流和徑流的疊加影響較大，大橋設計團隊經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”，就要“立得住”，主墩鋼沉井是實現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後，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。

此前建設中的照片

在此之前，我國最大沉井施工出現在江陰長江大橋北錨，但無論平面尺寸還是下沉深度，都遠遠小於滬蘇通長江大橋主塔。

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

建設者發明了助浮結構和充氣增壓系統，通過封閉部分沉井井孔，並往封閉井孔充氣，讓巨型鋼沉井像魚有了“魚漂”，不僅可以自浮，還可以調節吃水深度以及浮運過程中的空間姿態，由7艘拖輪“前拱後衞”，從工廠的船塢護送到11公里外的大橋施工現場。

“比如29號墩鋼沉井，平面面積5100平方米，總高110.5米，是世界上最大的橋樑沉井基礎，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，開創性地採用了“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築高度越高。

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

高聳入雲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，意味着粘度越大，就像很稠的粥，流動性差，難以泵送至高空；在普通的工程環境，混凝土灑水養護、保温、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。

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，還具有高流態降粘等特性，澆築初期能控制水化反應，避免過度發燒，在降温收縮時能自我激發膨脹，補償收縮，配合循環冷卻水管、全封閉防風措施等，表現出不俗的抗裂效果。

同時，中鐵大橋局引進超高混凝土主塔塔偏實時監測技術。在塔梁同步施工時，系統可實現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——鋼樑和拉索必須異常堅實。

李軍堂將橋樑的鋼樑比作一隻巨型“扁擔”，兩個主塔橫樑猶如“挑夫”的肩膀，“挑夫”相隔越遠，鋼樑承載就越重，“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並濟的“扁擔”。

項目上馬時，國內沒有一家鋼廠能生產製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材料，因此組織國內廠家多次研究，並聯合相關科研院所，啓動了2000兆帕鋼絲的研發工作，經過兩年多的努力，終於突破了國外企業的技術壟斷，生產出了直徑7毫米的‘最強’鋼絲。”李軍堂説。

大橋共安裝了432根斜拉索，其中最長的一根長576米。由於鋼絲強度大，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。

主橋鋼樑也面臨新挑戰：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，在重物通過後恢復如常。

為實現大橋超千米的跨度，建設者們為其“量身定製”了強度達500兆帕的高強度鋼，這意味着每平方米鋼樑能承受的最大力為50000噸，相當於25000台轎車的重量，為世界先進的高強度高性能橋樑鋼。

滬蘇通長江公鐵大橋公路面採用華為5G新型微站覆蓋，鐵路面採用中天新型5G泄漏電纜覆蓋，引橋部分採用南通鐵塔建設多座超高鐵塔站點進行補充覆蓋。

王峯介紹，大橋將滿足用户高速上網、高清語音通話、VR/AR等5G應用，同時可升級SA網絡，實現低時延、大連接等工業物聯網應用，通過集成各種高新技術，大橋將變得更加聰明智慧。

 （圖片由中國中鐵大橋局供圖）