23块“积木”在空中拼接,香溪长江大桥这样建成

subtitle 了不起的中国制造06-11 07:09 跟贴 3707 条
香溪长江公路大桥的施工过程可以用“搭索道”和“拼积木”概括:首先,在长江两岸山体峭壁上搭起近200米高的扣缆塔;然后上百根钢丝绳穿塔而过,将254吨的钢构件通过缆索吊机起吊后顺着钢丝绳滑到指定位置;最后,再将一块块钢构件在空中组合起来。

出品| 网易新闻

作者| 何鹏,桥梁建设从业者

中国被称为“基建狂魔”已经不是一天两天了,无论是建桥、铺路还是盖摩天楼,中国的技术在世界范围内都是首屈一指。而现在,我们又迎来了一种独特新颖的建桥方式——“搭积木式”一节一节把桥拼装起来。

香溪长江公路大桥就是这样一块积木一块积木地拼装起来的,该桥主跨519米,是目前世界上第二大的中承式钢箱桁架推力拱桥。由于地处山区,溶洞多,山体多为石灰岩,同时大桥桥位高、跨度大,想要把这座大桥建好并非易事。

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(积木式拼装)

(一)兵书宝剑峡地形复杂,建大桥要面临哪些压力?

湖北香溪长江大桥位于三峡库区秭归县兵书宝剑峡峡口,兵书宝剑峡地质情况复杂,多褶皱山地,山峰耸立,河谷深切。

由于地形的阻隔,秭归自古以来就被长江分成两个部分,不仅影响了南北交通,还增加了江北四镇脐橙运输的成本,给老百姓的生产生活带来极大的不便。

为了减少恶劣的环境对居民生产生活的影响,带动经济、旅游业的发展,在两岸之间建一座“特大桥”的计划逐渐提上日程。

香溪长江大桥建在三峡大坝上游40公里处,基本不受水文影响,不过由于地形复杂,大桥在施工中必须用爆破扩大明挖基础,但峡口作为长江航运必经之路,每日来往货船和旅游观光的游轮较多,给爆破带来了很大障碍。

大桥全长883.2米,主跨531.2米,桥面宽32.3米,为一跨过江、双向四车道公路桥,大桥梁面距离水面118米,拱顶最高点离水面高达176米,它没有桥墩,在施工时要在峡口峭壁之间精准完成主拱吊装。

通过长时间的专家验证,综合考虑地质情况、风力荷载、长江黄金水道的通航和水文环境保护等情况,施工方最后决定用“建三座桥,拆二座桥,留一座桥”的方式来建造这座大桥。

(二)大型钢箱桁架积木拼装的幕后英雄——缆索吊机和扣缆塔

“建三座桥、拆二座桥、留一座桥”,听起来不可思议,但香溪长江公路大桥的背后的确隐藏着三座桥。

香溪长江公路大桥由大型钢箱桁架积木拼装而成,建成后,一块块钢箱桁架积木连接在一起,将在长江上形成一道“彩虹拱桥”。

一般来说,这种钢拱桥在施工时有如下几种选择:缆索吊装、斜拉扣挂施工、转体法和悬臂拼装。香溪长江公路大桥需要建在长江黄金水道上,面对高山峻谷、深水急流和每天来来往往的船只只能采用缆索吊装的方法。

(缆索吊机的主要构成)

大桥钢箱桁架积木的拼装离不开体积巨大的缆索吊机和扣缆塔。在施工过程中,施工人员在长江两岸山体峭壁上搭起近200米高的扣缆塔,上百根钢丝绳穿塔而过,254吨的钢构件通过缆索吊机起吊后,顺着钢丝绳滑到指定位置,精度达毫米级。

缆索吊机拥有跨越能力大、水平和垂直运输机动灵活、不影响通航、施工比较稳妥、方便等优点。近年来随着中国西部大开发战略的实施,大跨度桥梁建设规模突飞猛进,作为山区桥梁施工的主要起重设备,缆索吊的吊重从几十吨发展至400吨再到800吨,索跨从几百米发展到至千米,为香溪长江公路大桥的建造提供了良好的技术支持。

扣缆塔拥有架设高度高、耗值大、拼接难度大的特点,是缆索吊机的主要承重构件。大跨度的钢箱拱桥采用缆索吊机施工时,由于拱肋分段数多,且单件吊装节段体积大、结构复杂,为了顺利施工,扣缆塔作为其配套设施发挥着不可忽视的作用。

(建设中的扣缆塔)

扣缆塔和缆索吊机结合起来,形成了一个庞大的缆索吊机体系,其结构安全风险高,每一个组成部分都是构件主要受力结构,不存在次要的受力构件且安全卡控点多,只有这样的庞大体系才能实现顺利拼装。

(三)23块弧形钢构件“积木式”拼接,想想都不容易

香溪长江大桥采取了“拼积木”的建桥方式,所谓“搭积木”就是在工厂中进行大桥零部件的制作,再将生产好的“零件”拼接成预期的建筑。

这种方式可以最大化地实现精细化生产,将数十厘米的误差缩小至毫米级别。更为重要的是,“拼积木”的方法还能将单位建筑面积的能耗进行大范围压缩。

然而,大桥由23块弧形钢构件拼装而成,面对每天下午的狂风和多变的天气,想要把积木与积木对接起来并非易事。

首先,这23块钢构件都要从大型积木构件工厂运输到施工现场,通过船舶在江中定位、压水,与上一节段相对应,减少在高空中的摆幅,直到每一块积木相互对接起来。这个过程看似轻松,实际上却需要极高的技术。

大桥的钢结构多而复杂,主体钢梁重约2.3万吨,临时重约1.4万吨,大风高湿环境下,焊接、防腐、高栓施工质量控制难度大,施工特种装备多,安全风险大……这些都要求施工方在建造过程中必须十分讲究,容不得丝毫马虎。

比如,焊接是钢构件的主要连接方式,但积木的焊接并非普通的焊接,每一道焊缝都必须进行无损检测,必须检测合格才能进行下一节的吊装。

再比如,大型的钢构件就如同支撑人体的骨架,这种“骨架”还需要联结系的连接。

联结系依靠高强度螺栓来连接,但高强度螺栓具有温湿度敏感性强的特点,又在大风高湿的环境下施工,高强度螺栓的质量控制是一大难点。

施工方通过对厂家高栓质量的考察和“磷皂化”两种表面处理工艺的结合,有效地控制了高强度螺栓的温湿度敏感性,保证了高强度螺栓的扭矩系数,提高了整桥的承载能力。

(湖北香溪长江公路大桥效果图)

结语

香溪长江公路大桥预计于2019年国庆期间全线通车,大桥建成后,秭归县长江两岸以汽渡为唯一通道的交通现状将被打破,秭归长期以来南北分离的状况将不复存在,南、北地区真正成为一体。

这个项目不仅是宜昌的重要交通基础设施,也是连接沪蓉、沪渝两条高速公路的关键控制性工程和构建鄂西生态文化旅游圈的重点项目,它把长江三峡、神农架、武当山等黄金旅游区以最便捷的路线串为一体,从此“天堑变通途”。

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编辑| 孙健航、史文慧

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