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中国医药报
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四年砥砺 重器始成

    2019年5月16日,主桥钢梁合龙。

    2020年5月20日,主桥荷载试验。

    2016年9月5日,20号桥墩钢围堰封底成功。

    2017年8月,标准化T梁预制场正在预制T梁。

    2017年10月6日,首片钢梁架设成功。

    2018年10月21日,主桥斜拉索安装。

    2019年11月15日,主桥浇注式沥青铺装施工。

    世界上跨度最大的全漂浮体系斜拉桥,

    全球最高的无下横梁“A”型塔,

    目前长江上最宽的桥梁……

    以各项指标衡量,武汉青山长江大桥都绝对当得起“重器”二字。

    青山桥是《国务院关于依托黄金水道推动长江经济带发展的指导意见》中明确的长江干线新建过江通道规划重点项目。从选型、设计到施工、检测,从蓝图到现实,从梦想到梦圆,青山桥“筑梦者”凝心聚力、克难前行,每一步都倾注了无数心力与辛劳,都值得书写在历史中。

    青山桥由武汉交通工程建设投资集团有限公司组织投资建设。武汉交投集团将“建设一流的工程品质、培育一流的文化品位、树立一流的服务品牌”和“标准更高、要求更严、质量更优、安全更好”的“三品四更”建设理念注入其中,与合作伙伴携手并肩,按照全寿命周期的标准,全力打造百年精品工程,让这座世界级桥梁真正“立了起来”。

    集结:五大高手共组青山桥“梦之队”

    筑梦青山桥的起点,要上溯到2011年。那一年的12月底,湖北省、武汉市政府及交通管理部门以招标方式确定,由武汉交投集团、中铁大桥局集团有限公司、法尔胜泓昇集团有限公司、中铁大桥勘测设计院集团有限公司、湖北省交通规划设计院股份有限公司组成联合体,以BOT+EPC模式组织建设青山桥。

    这是一支名副其实的建桥“梦之队”。

    武汉交投集团是武汉市人民政府直属的大型国有交通投资集团,承担着约700亿元的重点交通基础设施建设任务,在交通项目投融资领域具有突出的竞争优势。

    中铁大桥院、湖北交规院是国内顶尖的桥梁设计企业,在悬索桥、斜拉桥等特大型桥梁设计方面处于世界领先地位。

    中铁大桥局是世界上建造桥梁最多的企业,所承建工程曾30多次荣获鲁班奖,作为建桥国家队,代表着国内建桥领域的最高水平。

    法尔胜集团是国内一流的桥梁缆索制造商,产品质量过硬。

    而BOT+EPC的模式创新,正是青山桥众多创新的源头。

    BOT+EPC模式,即政府向某一企业(机构)颁布特许,允许其在一定时间内进行公共基础建设和运营,企业(机构)在公共基础建设过程中采用总承包施工模式施工,当特许期限结束后,企业(或机构)将该设施向政府移交。

    武汉交投集团旗下武汉青山长江大桥建设有限公司总经理付晓鹏介绍,国家发改委将青山桥纳入了《首批基础设施等领域鼓励社会投资项目》。法尔胜这家民营上市公司得以入股青山桥,虽然占比不算高,但意义非凡。

    “梦之队”成员既是股东又是参建单位,这意味着,在青山桥建设期及未来30年特许运营期内,他们结成了牢不可破的“命运共同体”。

    身兼业主单位的武汉交投集团,充分发挥融资、协调方面的优势,把这两个最难解决的问题解决好了,让参建单位能够更好地发挥特长、通力合作。

    以建设工程绕不开的征地补偿为例,青山桥横跨青山、洪山、黄陂三区,建设初期面临很多征地协调问题,武汉交投集团在各区政府的支持下,自始至终没有因此影响到工程进度。

    事实上,正是五强联手,各展所长,为大桥安全、优质、高效建设提供了坚强保障。这也成为青山桥建设的惯例:与各个领域最权威的专家、最顶尖的企业合作,把事情做到最好。

    设计:数十项专题科研确保“惊世一跨”

    水面桥梁的建造难度及成本随跨度递增,减小跨度就需要多设桥墩,对通航造成影响。这样的两难抉择,当年就曾摆在青山桥的设计者面前。

    “青山桥的桥型选择,前后历时近一年,两方观点激烈碰撞。”青山桥总设计师、中铁大桥院徐恭义教授说,大桥位于武钢外贸码头和阳逻港王家屋锚地之间,地处长江武汉段黄金航道,大桥的设计不仅要满足现行通航要求,而且要适应未来航道深槽摆动的需要。同时,青山桥作为重载车通行主干道,至2025年预计日均车流量将达4.2万辆。这些外部条件和需求,赋予了大桥大跨、宽幅、重载的基本属性。

    经过对水上环境、地质条件、桥梁属性等的综合考量与反复论证,一跨过江的全漂浮体系斜拉桥设计方案成为最优选择,于是有了后来青山桥938米的“惊世一跨”。

    这个主跨长度是什么概念?目前,位于俄罗斯海参崴的俄罗斯岛大桥主跨长1104米,在全球斜拉桥中排名第一,青山桥排在第5位。在全漂浮体系斜拉桥这一类别里,青山桥是世界第一。

    青山桥首次采用钢箱及钢箱结合梁的斜拉桥结构形式,首次设置了“横向带剪力卡榫的分离式C型钢阻尼装置+减振抗风支座”的新型结构约束体系,纵向则采用“粘滞阻尼器+限位挡块”的约束体系。主梁依靠斜拉索的拉力处于漂浮状态,一旦发生地震或大风,主梁便在拉索牵引下来回“荡秋千”,当达到一定的位移限值时,剪力卡榫自动剪断,并通过整套约束体系的位移及变形,吸收地震力或风力,起到缓冲耗能的作用,确保主体结构受力安全。

    施工:科技创新催生40倍“专利密度”

    今年5月,虎门大桥突现异常晃动,国内桥梁抗风领域知名专家、西南交通大学廖海黎教授受邀赶赴现场“会诊”。廖海黎的另一个身份是青山桥抗风科研专题负责人,他带领团队对大桥进行分节段模拟、全桥比例模型等多项风洞试验,有效验证桥梁的抗风性能,为优化桥梁设计,进一步增强本桥抗风性能提供了科学依据。

    在青山桥项目,类似专题研究比比皆是。项目依托桥科院、中铁大桥院、招商局重庆交科院、西南交大、武汉理工、南京工业大学等科研设计单位,在前期工作中开展了“重载交通特性”“船撞力和防撞设施”“主航道桥结构抗震性能”“重载交通钢桥面构造”“重载交通钢桥面铺装试验”“宽幅钢箱梁剪力滞效应”数十项专项科研课题研究,为项目高标准设计提供了强大技术支撑。

    进入6月,长江迎来主汛期。站在青山桥上俯瞰江水东流之时,中铁大桥局武汉青山长江大桥项目经理刘承亮,仍会想起4年前他们在汛期来临前的争分夺秒。

    水下部分是桥梁施工的重中之重。青山桥2015年四季度开建后,连续经历2016、2017年两次大洪水考验,这在武汉桥梁建设史上还是第一次。为了在2016年汛期前完成主塔基础施工,中铁大桥局首次使用大直径变截面旋挖钻施工技术,仅用83天就完成了南岸主塔墩60根桩基础,单桩钻孔深度达113米。如果使用常规钻孔方案,至少需要半年时间。

    南岸主塔墩锁口钢管桩围堰开始封底施工时,周围一片汪洋,江水一天天上涨,水流持续冲刷围堰,迎水面被掏空,背水面泥沙淤积,两面高差达到11—13米。一旦水位超标,围堰可能歪倒,后果不堪设想。

    项目部反复优化施工方案、人员组织。一方面,经过精确计算后,不断向迎水面抛石以保持围堰稳定。与此同时,多名潜水员轮番下潜作业。“耽误一天,可能就要耽误一年。”在现场督战的刘承亮,心提到了嗓子眼。

    围堰成功封底,水下作业变为水上作业,时间进度可控,科技创新有了更多用武之地。

    主塔承台作为桥梁关键受力构件,一旦出现裂缝,水中承台的钢筋极易腐蚀。施工单位从原材料、混凝土配合比出发,系统运用了一整套大体积混凝土温控管理手段,有效控制混凝土内外温差,攻克了大体积混凝土裂缝这一难关。

    预制装配是未来建筑的主流,青山桥开展了一系列智能建造攻关:建设智能梁场,进行钢筋智能加工,为确保外观质量,专门设计了一套不锈钢复合模板,研究预应力智能张拉、智能压浆技术,解决混凝土全方位远程智能喷淋养护难题等。青山桥T梁预制场得到业界一致认可,先后接待了中国施工企业管理协会、中国建筑业协会等多个社会团体和行业专家的考察观摩。

    2019年5月16日,青山桥迎来建设过程中最关键的一环:主桥中跨钢箱梁合龙。合龙段钢梁重达350吨,相当于230余辆小轿车的重量,长11.45米、宽48米,相当于一个标准泳池的长度。施工单位采取自主研发的主动合龙技术,将2000多个螺栓孔与已架设梁段进行精准匹配,一个螺栓孔对应一个直径24毫米的螺栓,没有丝毫错位,大桥实现零误差合龙。

    据统计,青山桥项目已获得授权及正在申报的专利共有22项。其中,中铁大桥局项目部已有9项专利在手。大桥局历史上建桥3000多座,建设过程中产生约600项专利。换算下来,青山桥项目的“专利密度”是其平均水平的40多倍。

    检测:全方位“体检”守护“百年安全”

    今年5月20日,42台载重30吨的双后轴载重汽车缓缓驶上青山桥,开始对其进行荷载试验,这也是大桥通车前最重要的一次全面“体检”。

    此次试验最大工况下,同时静载66台30吨双后轴载重汽车。安装在13个测试界面及15个加载工况位置的多个传感设备,收集大桥在荷载作用下的受力及变形数据,供电脑进行计算分析,大桥的24小时大数据健康监测系统同步进行综合参数分析,以全面检验桥梁整体受力性能和承载力是否达到设计文件和规范的要求。

    像这样的检测、试验,在青山桥建设中贯穿始终。例如,针对正交异性钢桥面板疲劳这一长期困扰钢桥发展的痼疾,青山桥项目在西南交大开展了钢桥面板足尺节段强度及疲劳试验、新型U肋与面板连接焊缝疲劳试验,通过数以百万次的疲劳加载,对青山桥桥面板关键构造设计及焊接工艺进行比选和优化,为大桥的长寿命高质量运营提供科学依据。

    桥梁护栏是守护行车安全的“生命线”,特别是2018年重庆公交坠江事件后,跨江桥梁的车辆通行安全更加受到关注。青山桥具有大跨、重载、宽幅的特点,武汉交投集团要求,从设计源头进一步加强桥梁安全防护,确保运营期车辆行驶安全,进而实现“本质安全”。为此,青山桥项目联合中铁大桥院及专业科研单位,对护栏进行专项课题研究。

    青山桥安装防护等级为六级(SS级,最高等级为八级)的梁柱式钢护栏。大桥两侧位于伸缩缝处的护栏跨径达3.04米(全桥有8处),是防护能力最薄弱的地方,2019年4月,青山桥项目在北京某专业检测场地,模拟高速公路行驶条件,组织了3场测试。

    测试时,1.5吨小轿车、18吨大客车和载重33吨的大货车,分别从一条陡坡上高速俯冲下来(无人驾驶),以20度角度撞向桥侧近50米长的护栏,撞击时速度分别达到每小时100公里、80公里和60公里。结果,3台车均未发生侧翻,而是被“拽”回到正常行驶方向,车体未出现严重破坏,护栏也没有出现断裂等较大伤害。

    在其后召开的科研结题暨水平评价专家会上,与会专家评价,青山桥护栏系统可有效提高桥梁安全运营水平,科研成果整体达到国际先进水平,大位移量伸缩缝处护栏研发填补了国内外研究空白。

    “我们不仅要解决当下的技术可靠性,更着重考虑未来50年至100年的结构安全和耐久性。”付晓鹏说。