新中國(guó)成立以來(lái)，尤其是改革開(kāi)放以來(lái)，各類長(zhǎng)江大橋如雨后春筍般涌現(xiàn)。近日，江蘇省東南部的長(zhǎng)江澄通河段又多了一條“銀龍”，它就是7月1日正式運(yùn)營(yíng)的滬蘇通長(zhǎng)江公鐵大橋。白天，川流不息的車輛和飛馳而過(guò)的高鐵讓白藍(lán)相間的橋身顯得格外靈動(dòng)；夜晚，不同色彩的燈光閃爍，在兩岸間架起一道絢爛彩虹。
作為世界上首座跨度超千米的公鐵兩用斜拉橋，滬蘇通長(zhǎng)江公鐵大橋連接南岸張家港和北岸南通市，包括一條高速公路、兩條鐵路在內(nèi)的三大交通動(dòng)脈途經(jīng)大橋，有力推動(dòng)了長(zhǎng)三角城市群的互聯(lián)互通。
尤為引人注目的是，這座主跨1092米，主塔近110層樓高，深水沉井基礎(chǔ)相當(dāng)于12個(gè)籃球場(chǎng)大小的超級(jí)工程完全由中國(guó)人自主設(shè)計(jì)建造，“自主創(chuàng)新”貫穿始終。建設(shè)過(guò)程中運(yùn)用了眾多新材料、新工藝和新裝備，形成了65項(xiàng)專利，創(chuàng)下多個(gè)世界紀(jì)錄，彰顯了中國(guó)工程建造的硬實(shí)力。
新材料 筑造大橋堅(jiān)實(shí)身軀
鋼與混凝土是滬蘇通長(zhǎng)江公鐵大橋的主要材料，構(gòu)成了橋的筋骨和肌肉。滬蘇通長(zhǎng)江公鐵大橋身軀龐大，對(duì)鋼和混凝土的使用量也驚人：全橋用鋼量48萬(wàn)噸，相當(dāng)于12個(gè)“鳥(niǎo)巢”的用量；混凝土用量達(dá)230萬(wàn)立方米，可以建8個(gè)國(guó)家大劇院。
對(duì)于建設(shè)方來(lái)說(shuō)，這不是真正的難點(diǎn)。難的是如何提升材料性能，讓大橋既靈活柔韌又堅(jiān)固耐用。
滬蘇通長(zhǎng)江公鐵大橋的橋型是斜拉橋，主要承重構(gòu)件是鋼桁梁和斜拉索。設(shè)計(jì)之初，為滿足10萬(wàn)噸貨輪通航的凈寬要求，大橋跨度最終定為1092米，這個(gè)數(shù)值是精確計(jì)算得出的。要實(shí)現(xiàn)這樣大的跨徑，鋼桁梁的鋼材強(qiáng)度必須達(dá)到500兆帕級(jí)。這意味著，每平方米的鋼梁最大要能承受約25000臺(tái)轎車的重量。這樣大的承重力，普通的鋼材已經(jīng)無(wú)法達(dá)到，建造方只能將目光轉(zhuǎn)向新材料。
江蘇中鐵山橋重工有限公司是大橋的承建單位之一。為解決材料難題，公司專門(mén)成立了科研團(tuán)隊(duì)。該公司技術(shù)部負(fù)責(zé)人陳方能介紹，團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)多次攻關(guān)測(cè)試，最終確定了Q500橋梁鋼新型材料。這種材料強(qiáng)度高、韌性好、可焊性強(qiáng)，應(yīng)用于橋梁建設(shè)，在國(guó)內(nèi)尚屬首次。
如果說(shuō)鋼桁梁讓大橋有了主心骨，那斜拉索就為大橋裝上了騰飛的翅膀。這些平行排列在橋身兩側(cè)的銀索將大橋牢牢拽住，讓橋梁不會(huì)向下彎曲變形。
滬蘇通長(zhǎng)江公鐵大橋上層為六車道高速公路，下層為四線鐵路，通車后單日車流數(shù)萬(wàn)輛。為了能“拎起”這樣巨大的荷載，斜拉索的承重力要盡可能大，自身重量要盡可能小，以不給橋梁增加負(fù)擔(dān)。目前，大橋共使用了432根斜拉索，每根斜拉索由數(shù)百束直徑7毫米的鋼絲組成。別看它們?nèi)绱死w細(xì)，但臂力驚人，每根可以吊起2臺(tái)轎車的重量，說(shuō)它是“系千鈞于一發(fā)”都毫不過(guò)分。
“這樣高強(qiáng)度的鋼絲我們從未生產(chǎn)過(guò)，充滿挑戰(zhàn)性?！贝髽蜾摻z制造方的總工程師劉禮華介紹，之前，這種技術(shù)只有國(guó)外才有，但經(jīng)過(guò)2年多的努力，建設(shè)人員終于突破了國(guó)外企業(yè)的技術(shù)壟斷，不僅生產(chǎn)出了我們自己的鋼絲，還實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)自主創(chuàng)新工藝。比如纜索的涂層采用了鍍鋅鋁稀土，使其更加耐腐蝕；全球首創(chuàng)智能索技術(shù)，在纜索內(nèi)部放置光纖，24小時(shí)監(jiān)測(cè)纜索受力。
除了新型鋼材料，大橋的超高主塔上還首次應(yīng)用了最新研發(fā)的高性能混凝土。
要對(duì)這座建成時(shí)世界最高的公鐵橋主塔進(jìn)行混凝土澆筑，建造人員面臨傳統(tǒng)混凝土泵送難、不抗裂的兩大挑戰(zhàn)。經(jīng)過(guò)數(shù)百次試驗(yàn)，技術(shù)人員通過(guò)采用黏度改性材料及抗裂劑等材料，提出了適用于不同塔高的C60自密實(shí)高性能混凝土配合比。這種混凝土在降溫收縮時(shí)能自我激發(fā)膨脹，補(bǔ)償收縮，再配合循環(huán)冷卻水管、全封閉防風(fēng)措施等，可以達(dá)到良好抗裂效果。同時(shí)它還具備了高流態(tài)降粘的特性，能夠順利通過(guò)泵送管道到達(dá)300多米高空。
新工藝 確保沉井精準(zhǔn)定位
有了先進(jìn)的新材料，建橋的能工巧匠們?cè)谑┕すに嚿弦沧龀鐾黄坪蛣?chuàng)新。
大橋能不能站得穩(wěn)，關(guān)鍵在基礎(chǔ)打得牢不牢。滬蘇通長(zhǎng)江公鐵大橋附近江面航運(yùn)繁忙，再加上橋址所處位置受潮流和徑流的疊加影響較大，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)最終選擇了整體性好、承載能力強(qiáng)的沉井基礎(chǔ)方案。
滬蘇通長(zhǎng)江公鐵大橋的沉井基礎(chǔ)長(zhǎng)86.9米，寬58.7米，高約110米，是目前世界上體積最大的水中沉井基礎(chǔ)。要將這些大家伙打入江底，絕非易事。
滬蘇通長(zhǎng)江公鐵大橋指揮部綜合部部長(zhǎng)魏林表示，由于沉井尺寸巨大，在著床及下沉過(guò)程中，沉井周邊的粉土、粉砂、細(xì)砂易受沖刷，會(huì)對(duì)沉井著床的精度和安全產(chǎn)生影響，對(duì)已著床的沉井穩(wěn)定性也會(huì)形成嚴(yán)重威脅。為保證沉井順利施工，在沉井施工前，施工人員采用預(yù)拋填處理的施工工法對(duì)墩位河床進(jìn)行了預(yù)防護(hù)，確保了沉井的平穩(wěn)著床。
同時(shí)，由于大橋主塔墩鋼沉井尺寸大，墩位處水流速度大，流向頻繁變化，導(dǎo)致該沉井所要承受的錨泊力遠(yuǎn)超長(zhǎng)江上以往所建橋梁沉井所受的錨泊力，常規(guī)的錨碇系統(tǒng)已無(wú)法完成沉井的著床、定位。
怎么辦？還得靠創(chuàng)新。
建設(shè)者們開(kāi)創(chuàng)性地采用了“大直徑鋼樁+混凝土重力錨”錨碇系統(tǒng)?！霸摲桨傅膶?shí)施，準(zhǔn)確掌握了水流、潮汐變化情況下鋼沉井定位過(guò)程中的四角高差、垂直度和平面扭角等幾何姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)了鋼沉井下沉過(guò)程中的快速動(dòng)態(tài)微調(diào)及注水著床時(shí)的精確定位，使鋼沉井結(jié)構(gòu)安全順利著床?！蔽毫纸榻B。
值得一提的是，與以往大橋施工現(xiàn)場(chǎng)相比，滬蘇通長(zhǎng)江公鐵大橋的沉井施工過(guò)程更努力地貫徹了綠色環(huán)保理念。
承建方優(yōu)化了施工作業(yè)和工藝工法，首次將沉井由工地現(xiàn)場(chǎng)焊接生產(chǎn)改為工廠化生產(chǎn)，盡量避免泥漿流入長(zhǎng)江、污染水質(zhì)。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，在滬蘇通長(zhǎng)江公鐵大橋的建設(shè)過(guò)程中，鐵路各參建單位創(chuàng)造的新工法多達(dá)14項(xiàng)。除了萬(wàn)噸巨型沉井精準(zhǔn)定位施工技術(shù)，1800噸鋼梁架設(shè)成套裝備技術(shù)也屬于國(guó)內(nèi)首創(chuàng)、國(guó)際一流。
滬蘇通長(zhǎng)江公鐵大橋的鋼梁結(jié)構(gòu)在架設(shè)過(guò)程中，首次采用了兩節(jié)間大節(jié)段鋼桁梁整體制造，運(yùn)輸、架設(shè)新工藝，先整體節(jié)段拼裝、后運(yùn)到橋址架設(shè)，并采用了智能化技術(shù)手段來(lái)保證每道工序的精準(zhǔn)度。
中鐵大橋局滬蘇通長(zhǎng)江公鐵大橋項(xiàng)目部經(jīng)理羅兵表示：“傳統(tǒng)的鋼梁是采用了單桿件制造和拼裝的方式，單桿件重量基本上不超過(guò)100噸，我們采用整節(jié)段拼裝之后起重重量達(dá)到了1700多噸。為了實(shí)現(xiàn)這種整節(jié)段的吊裝，我們專門(mén)研發(fā)了起重能力1800噸的架梁吊機(jī)，大大加快了建造速度，同時(shí)降低了現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)，保證了質(zhì)量?！?/span>
新裝備 實(shí)現(xiàn)交通智能運(yùn)營(yíng)
作為一座新時(shí)代的中國(guó)橋梁，滬蘇通長(zhǎng)江公鐵大橋從設(shè)計(jì)、建設(shè)再到運(yùn)營(yíng)，都閃耀著現(xiàn)代化科技的光芒。
通車后，大橋成為滬蘇通鐵路、通蘇嘉甬鐵路的過(guò)江通道，列車設(shè)計(jì)時(shí)速達(dá)到200公里/小時(shí)。為保障高鐵的移動(dòng)通信需求，運(yùn)營(yíng)后，滬蘇通長(zhǎng)江公鐵大橋通過(guò)“微站+漏纜技術(shù)”實(shí)現(xiàn)了5G信號(hào)全覆蓋，成為全國(guó)首座使用5G泄漏電纜實(shí)現(xiàn)信號(hào)覆蓋的高鐵大橋。
5G泄漏電纜主要是用于大橋鐵路面共5.837公里的主跨段。所謂泄漏電纜，是在同軸電纜上以一定間隔開(kāi)鑿槽孔。這樣，電磁波在泄漏電纜中縱向傳輸?shù)耐瑫r(shí)也可以通過(guò)槽孔向外界輻射電磁波，而外界的電磁場(chǎng)也能通過(guò)槽孔進(jìn)入泄漏電纜內(nèi)部并傳送到接收端，從而實(shí)現(xiàn)了無(wú)線電波的向外傳播和向內(nèi)接收。
南通電信無(wú)線網(wǎng)絡(luò)維護(hù)中心主任王志軍介紹，以前，這項(xiàng)技術(shù)一般運(yùn)用于無(wú)線傳播受限的隧道、地鐵等封閉場(chǎng)景，這次將漏纜技術(shù)用于鐵路橋這樣的開(kāi)放式場(chǎng)景屬于國(guó)內(nèi)首次。
首次，就意味著會(huì)有新的挑戰(zhàn)。大橋5G漏纜技術(shù)的提供方——中天科技通信產(chǎn)業(yè)集團(tuán)總裁沈一春介紹，高鐵車體損耗大，且大橋橋面空曠，沒(méi)有隧道信號(hào)反射加強(qiáng)效應(yīng)，再加上要同時(shí)兼容2/3/4/5G全頻段覆蓋，使得漏纜的系統(tǒng)損耗、頻率兼容性能都要達(dá)到更高要求。
為此，技術(shù)人員在實(shí)驗(yàn)室中做了詳細(xì)的前期分析，采用漸變分頻技術(shù)，對(duì)傳統(tǒng)漏纜的覆蓋強(qiáng)度進(jìn)行了優(yōu)化，并擴(kuò)展了它的覆蓋頻段，研發(fā)出新型5G漏纜，使整體信號(hào)能夠在鐵路上均勻覆蓋，在高鐵駛過(guò)大橋的這段時(shí)間內(nèi)，乘客不管想高速上網(wǎng)還是進(jìn)行高清語(yǔ)音通話，都沒(méi)有問(wèn)題。
為了保障通信的暢通，大橋的引橋部分還建設(shè)了多座超高鐵塔站點(diǎn)進(jìn)行5G網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)充覆蓋。
王志軍介紹：“我們利用橋塔、路燈桿、機(jī)房等大橋自有資源，將5G設(shè)備固定在箱體中，融入大橋本身，確保設(shè)備安全穩(wěn)定。在5G基站選擇上，我們使用的是體積更小、更輕便的新型微站?！痹谕瑯拥木嚯x內(nèi)，基站體積越小，安裝的數(shù)量就可以越多，覆蓋就越廣，速度也越快。王志軍說(shuō)，在此次大橋建設(shè)中，新型微站做到了每150米設(shè)置一處，確保了5G容量。