科技托舉橋梁建設騰飛——中國公鐵兩用橋飛速發展掠影
發布時間:2020-07-02
橋,是“中國建造”的代表之一。我國的橋梁建設,從學習借鑒到自主創新,走出了一條有中國特色的發展之路。近年來,為順應高速公路、高速鐵路、山區鐵路、海島開發建設的需要,我國橋梁建設不斷向大跨、重載、輕型、新材料方向發展,中國橋梁一次次刷新紀錄、創造歷史。
橋梁有哪些類別?它們有何不同?橋梁建設過程中運用了哪些新技術?中國的橋梁建設為何能夠領軍世界?為此,我們對橋梁進行了分類梳理,進一步走近橋梁、了解橋梁。
“防拒連山險,長橋壓水平”,中國是橋文化的故鄉,自古以來就被稱作“橋的國度”。橋是空中的路,它們有的雄踞山岙野嶺,古樸雅致;有的跨越巖壑溪澗,增輝山川;有的坐落鬧市通衢,造型奇巧;有的一橋多用,巧奪天工。有了橋,飛津濟渡,天塹變通途。
橋梁按照受力特點,可分為梁式橋、拱式橋、剛架橋、懸索橋和組合體系橋5種;按使用性質,可分為公路橋、公鐵兩用橋、人行橋、機耕橋和過水橋等。若設計方案為基礎工程復雜、墩臺造價較高的大橋或特大橋而橋址靠近城市、鐵路公路均較稠密需聯接線路時,為了降低造價和縮短工期,可建造公路、鐵路共用的橋,這類橋被稱為公鐵兩用橋。
天塹變通途
彰顯“中國建造”力量
由中鐵大橋局參與承建的武漢長江大橋,是新中國成立后在長江“天塹”上修建的第一座公鐵兩用橋梁,被稱為“萬里長江第一橋”,拉開了中國現代化橋梁建設的序幕。武漢長江大橋于1955年9月動工,1957年10月15日正式通車。大橋全長約1670米,上層為4車道公路,下層為雙向車道鐵路,橋身為三聯連續橋梁,每聯3孔,共8墩9孔,每孔跨度為128米。大橋建成后,結束了我國不能修建深水基礎和大跨度橋梁的歷史。
武漢長江大橋的初步設計采用橋梁建設界慣用的氣壓沉箱基礎,但是武漢長江大橋的施工水位接近40米,已經達到氣壓沉箱法的極限深度,對施工人員身體損傷極大。另外,長江的地質情況(如巖面不平)也不適合使用該技術。經過一年多的地質勘測和艱苦的試驗研究,最終決定使用當時世界上最新建橋技術——大型管柱鉆孔法,將工人從水下施工中解放出來,實現了水上施工,大大提高了工作效率。武漢長江大橋是中國造橋史上的一次技術革命,在建設過程中,解決了鋼梁設計標準化、樣板化問題,形成了一整套嚴密的施工方法和設計制度,為以后中國鋼梁規?;a打下了基礎。首次使用的鋼梁懸臂架設技術,成為此后大跨度鋼梁架設最主要的施工方法。
“曾經,我們舉全力建設武漢長江大橋,現在,僅我們參與建設的跨江、跨河、跨海大橋已不勝枚舉。”中鐵大橋局五峰山長江大橋項目部總工程師馮廣勝談到橋梁建設,充滿感慨。他所參與建設的五峰山長江大橋全長6409米,主跨1092米,下層為4線高速鐵路,上層為雙向8車道高速公路,是中國第一座公鐵兩用懸索橋。
“五峰山長江大橋也是世界上運行荷載最大的高鐵懸索橋。因此,大橋的各個部件需要更加結實。”據馮廣勝介紹,該橋采用了2根直徑1.3米的主纜,每根主纜由352根索股合成,每根索股由127根直徑5.5毫米、抗拉強度1860兆帕的鍍鋅鋁高強度鋼絲組成,單根主纜的拉力高達9萬噸。作為懸索橋最關鍵的錨固結構,北錨碇沉井平面尺寸約為7000平方米、深56米,相當于16.7個籃球場大小。
“一橋飛架南北,天塹變通途。”當年舉全國之力建設武漢長江大橋,而今長江上的大橋已經超過百座,一座座大橋橫跨江面,彰顯著“中國建造”的力量。
在發展中超越
打造“中國建造”品牌
隨著公路的不斷建設、鐵路的持續發展,我國的橋梁建設技術也不斷精進。“中國橋梁建設擁有深厚的歷史背景,隨政治、經濟、科技的發展,在改革開放后迎來了發展的黃金時代,在近些年進入了全面發展階段。”北京交通大學土木建筑工程學院長大橋建養工程研發中心主任雷俊卿表示。目前,中國公路橋梁總數超過80萬座、鐵路橋梁總數超過20萬座,已成為世界第一橋梁大國。中國橋梁建設者與科研人員在工程實踐的基礎上,緊跟國際橋梁建設前沿技術,不斷在橋梁結構體系設計、核心材料研發、關鍵施工工藝和施工裝備創新上刻苦攻關,許多克服世界性技術難題的中國橋梁被建成,許多創造世界之最的橋梁正在建設之中。
2014年3月,開工建設的滬通長江大橋,是滬通鐵路全線的控制性工程,是世界最大跨度的公鐵兩用斜拉橋,也是世界首座跨度超過千米的公鐵兩用橋。大橋全長11072米,合龍精度控制在毫米級。滬通長江大橋身兼國家鐵路、城際鐵路、高速公路“三位一體”功能,工程所用鋼材約48萬噸,相當于12個“鳥巢”所用鋼材;使用混凝土230萬立方米,相當于8個國家大劇院的用量,設計可抵御14級臺風、8級地震以及10萬噸級船舶的撞擊。
滬通長江大橋的橋型特點,可以歸納為“一高、二大、三新”。“一高”指大橋主塔高達325米,約有100層樓房高,為世界最高公鐵兩用斜拉橋主塔。“二大”指大跨度和大體積,大橋主跨1092米,專用航道橋主跨336米。大橋沉井基礎體積大,采用鋼沉井與混凝土沉井的組合結構,相當于12個籃球場大小,是世界上規模最大的深水沉井基礎。“三新”指結構新、裝備新、材料新。大橋采用的兩節段整體制造架設技術為國內首次采用,體現了世界鋼橋結構發展方向。主橋采用伸縮量2000毫米的橋梁軌道溫度調節器和梁端伸縮裝置,該設備的應用為世界首次。
另一個不得不提的是平潭海峽公鐵兩用跨海大橋。它是中國首座公鐵兩用跨海大橋,也是世界最長公鐵兩用跨海大橋。大橋所在的臺灣海峽是世界著名的三大風暴海域之一,環境復雜,風大、浪高、流急、巖硬,每年6級以上大風超過300天、7級以上大風超過200天,最大浪高約9.69米,波浪力是長江等內河的10倍以上,堪稱“建橋禁區”。
該大橋于2013年11月開工建設,應用了多項創新技術,比如首次在橋梁基礎中采用4.9米超大直徑鉆孔樁基礎,首次在鋼桁梁斜拉橋中采用兩節間全焊接鋼桁梁結構,首次采用80米、88米跨整孔全焊接鋼桁組合梁結構。同時,突破深水裸巖地區平臺建造技術、強波浪力作用下基礎施工技術、常大風環境下高塔建造技術、整孔(段)全焊鋼桁梁結構建造技術。此外,在建設中,施工單位還自主研發了國內主鉤最高的3600噸浮吊、KTY5000型液壓動力頭鉆機、全封閉抗風液壓爬模和海上造橋機等大型裝備。
“從一座橋的修建上,可以看出當地工商業的榮枯和工藝水平。從全國各地的修橋歷史,更可以看出一國政治、經濟、科學、技術等方面的情況。”著名橋梁專家茅以升道出了橋梁發展的要義。中國橋梁與國民經濟發展相伴、與改革開放同行,公鐵兩用橋只是中國橋梁的一個縮影。它承載著經濟民生和科技進步,促進地方經濟發展、便利百姓出行,是實實在在的民生之舉;它連接著歷史和現實的非凡跨越,讓中國千年來積淀的橋梁建造技術厚積薄發,重新煥發生機;它又是當今中國與世界的紐帶,越來越多“走出去”的中國橋梁,成為海外的“中國地標”,成為“中國建造”矗立海外的名片。