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科技托举桥梁建设腾飞——中国公铁两用桥飞速发展掠影
2020-06-19 12:09:46来源:中国建设报    作者:冯路佳

编者按:桥,是“中国建造”的代表之一。我国的桥梁建设,从学习借鉴到自主创新,走出了一条有中国特色的发展之路。近年来,为顺应高速公路、高速铁路、山区铁路、海岛开发建设的需要,我国桥梁建设不断向大跨、重载、轻型、新材料方向发展,中国桥梁一次次刷新纪录、创造历史。

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桥梁有哪些类别?它们有何不同?桥梁建设过程中运用了哪些新技术?中国的桥梁建设为何能够领军世界?为此,我们对桥梁进行了分类梳理,进一步走近桥梁、了解桥梁。

“防拒连山险,长桥压水平”,中国是桥文化的故乡,自古以来就被称作“桥的国度”。桥是空中的路,它们有的雄踞山岙野岭,古朴雅致;有的跨越岩壑溪涧,增辉山川;有的坐落闹市通衢,造型奇巧;有的一桥多用,巧夺天工。有了桥,飞津济渡,天堑变通途。

桥梁按照受力特点,可分为梁式桥、拱式桥、刚架桥、悬索桥和组合体系桥5种;按使用性质,可分为公路桥、公铁两用桥、人行桥、机耕桥和过水桥等。若设计方案为基础工程复杂、墩台造价较高的大桥或特大桥而桥址靠近城市、铁路公路均较稠密需联接线路时,为了降低造价和缩短工期,可建造公路、铁路共用的桥,这类桥被称为公铁两用桥。

天堑变通途

彰显“中国建造”力量

由中铁大桥局参与承建的武汉长江大桥,是新中国成立后在长江“天堑”上修建的第一座公铁两用桥梁,被称为“万里长江第一桥”,拉开了中国现代化桥梁建设的序幕。武汉长江大桥于1955年9月动工,1957年10月15日正式通车。大桥全长约1670米,上层为4车道公路,下层为双向车道铁路,桥身为三联连续桥梁,每联3孔,共8墩9孔,每孔跨度为128米。大桥建成后,结束了我国不能修建深水基础和大跨度桥梁的历史。

武汉长江大桥的初步设计采用桥梁建设界惯用的气压沉箱基础,但是武汉长江大桥的施工水位接近40米,已经达到气压沉箱法的极限深度,对施工人员身体损伤极大。另外,长江的地质情况(如岩面不平)也不适合使用该技术。经过一年多的地质勘测和艰苦的试验研究,最终决定使用当时世界上最新建桥技术——大型管柱钻孔法,将工人从水下施工中解放出来,实现了水上施工,大大提高了工作效率。武汉长江大桥是中国造桥史上的一次技术革命,在建设过程中,解决了钢梁设计标准化、样板化问题,形成了一整套严密的施工方法和设计制度,为以后中国钢梁规模化生产打下了基础。首次使用的钢梁悬臂架设技术,成为此后大跨度钢梁架设最主要的施工方法。

“曾经,我们举全力建设武汉长江大桥,现在,仅我们参与建设的跨江、跨河、跨海大桥已不胜枚举。”中铁大桥局五峰山长江大桥项目部总工程师冯广胜谈到桥梁建设,充满感慨。他所参与建设的五峰山长江大桥全长6409米,主跨1092米,下层为4线高速铁路,上层为双向8车道高速公路,是中国第一座公铁两用悬索桥。

“五峰山长江大桥也是世界上运行荷载最大的高铁悬索桥。因此,大桥的各个部件需要更加结实。”据冯广胜介绍,该桥采用了2根直径1.3米的主缆,每根主缆由352根索股合成,每根索股由127根直径5.5毫米、抗拉强度1860兆帕的镀锌铝高强度钢丝组成,单根主缆的拉力高达9万吨。作为悬索桥最关键的锚固结构,北锚碇沉井平面尺寸约为7000平方米、深56米,相当于16.7个篮球场大小。

“一桥飞架南北,天堑变通途。”当年举全国之力建设武汉长江大桥,而今长江上的大桥已经超过百座,一座座大桥横跨江面,彰显着“中国建造”的力量。

在发展中超越

打造“中国建造”品牌

随着公路的不断建设、铁路的持续发展,我国的桥梁建设技术也不断精进。“中国桥梁建设拥有深厚的历史背景,随政治、经济、科技的发展,在改革开放后迎来了发展的黄金时代,在近些年进入了全面发展阶段。”北京交通大学土木建筑工程学院长大桥建养工程研发中心主任雷俊卿表示。目前,中国公路桥梁总数超过80万座、铁路桥梁总数超过20万座,已成为世界第一桥梁大国。中国桥梁建设者与科研人员在工程实践的基础上,紧跟国际桥梁建设前沿技术,不断在桥梁结构体系设计、核心材料研发、关键施工工艺和施工装备创新上刻苦攻关,许多克服世界性技术难题的中国桥梁被建成,许多创造世界之最的桥梁正在建设之中。

2014年3月,开工建设的沪通长江大桥,是沪通铁路全线的控制性工程,是世界最大跨度的公铁两用斜拉桥,也是世界首座跨度超过千米的公铁两用桥。大桥全长11072米,合龙精度控制在毫米级。沪通长江大桥身兼国家铁路、城际铁路、高速公路“三位一体”功能,工程所用钢材约48万吨,相当于12个“鸟巢”所用钢材;使用混凝土230万立方米,相当于8个国家大剧院的用量,设计可抵御14级台风、8级地震以及10万吨级船舶的撞击。

沪通长江大桥的桥型特点,可以归纳为“一高、二大、三新”。“一高”指大桥主塔高达325米,约有100层楼房高,为世界最高公铁两用斜拉桥主塔。“二大”指大跨度和大体积,大桥主跨1092米,专用航道桥主跨336米。大桥沉井基础体积大,采用钢沉井与混凝土沉井的组合结构,相当于12个篮球场大小,是世界上规模最大的深水沉井基础。“三新”指结构新、装备新、材料新。大桥采用的两节段整体制造架设技术为国内首次采用,体现了世界钢桥结构发展方向。主桥采用伸缩量2000毫米的桥梁轨道温度调节器和梁端伸缩装置,该设备的应用为世界首次。

另一个不得不提的是平潭海峡公铁两用跨海大桥。它是中国首座公铁两用跨海大桥,也是世界最长公铁两用跨海大桥。大桥所在的台湾海峡是世界著名的三大风暴海域之一,环境复杂,风大、浪高、流急、岩硬,每年6级以上大风超过300天、7级以上大风超过200天,最大浪高约9.69米,波浪力是长江等内河的10倍以上,堪称“建桥禁区”。

该大桥于2013年11月开工建设,应用了多项创新技术,比如首次在桥梁基础中采用4.9米超大直径钻孔桩基础,首次在钢桁梁斜拉桥中采用两节间全焊接钢桁梁结构,首次采用80米、88米跨整孔全焊接钢桁组合梁结构。同时,突破深水裸岩地区平台建造技术、强波浪力作用下基础施工技术、常大风环境下高塔建造技术、整孔(段)全焊钢桁梁结构建造技术。此外,在建设中,施工单位还自主研发了国内主钩最高的3600吨浮吊、KTY5000型液压动力头钻机、全封闭抗风液压爬模和海上造桥机等大型装备。

“从一座桥的修建上,可以看出当地工商业的荣枯和工艺水平。从全国各地的修桥历史,更可以看出一国政治、经济、科学、技术等方面的情况。”著名桥梁专家茅以升道出了桥梁发展的要义。中国桥梁与国民经济发展相伴、与改革开放同行,公铁两用桥只是中国桥梁的一个缩影。它承载着经济民生和科技进步,促进地方经济发展、便利百姓出行,是实实在在的民生之举;它连接着历史和现实的非凡跨越,让中国千年来积淀的桥梁建造技术厚积薄发,重新焕发生机;它又是当今中国与世界的纽带,越来越多“走出去”的中国桥梁,成为海外的“中国地标”,成为“中国建造”矗立海外的名片。

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