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長虹飛架,高鐵將上舟山群島

2024-09-25 09:33

來源:人民日報

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正在施工的甬舟鐵路西堠門公鐵兩用大橋。
  郭少山攝

東海之濱,舟山群島與浙江寧波隔海相望。連接兩岸、跨越天塹的甬舟鐵路建設如火如荼。

西堠門公鐵兩用大橋,甬舟鐵路的控制性工程,主跨達1488米,是世界上跨度最大的公鐵兩用跨海橋,也是世界跨度最大的斜拉—懸索協(xié)作體系橋梁。通過智能化、信息化、數(shù)字化手段提升施工質(zhì)量,工程穩(wěn)步推進,高鐵“上島”即將在舟山群島實現(xiàn)。

探索新結構

兼顧剛度與跨度,創(chuàng)造公鐵兩用橋跨度紀錄

西堠門公鐵兩用大橋,連接舟山群島的金塘島與冊子島,所處海域風大、浪高、水深、流急,須同時滿足高鐵、汽車通行以及船舶通航要求。

“大橋處在進出寧波舟山港的海上黃金通道,每天過往200多艘3萬噸級集裝箱輪和多種散貨輪,主跨必須超千米?!敝需F大橋院總工程師肖海珠說,再結合水下地形特點,主跨需達到1500米級。

主跨1500米級的公鐵兩用大橋,在中國橋梁建設史上從未有過。我國已建成的最大跨度公鐵兩用橋為滬蘇通長江公鐵大橋,主跨為1092米;已合龍的最大跨度公鐵兩用橋為常泰長江大橋,主跨為1208米。這兩座公鐵兩用橋,均采用斜拉橋體系?!皩π崩瓨蚨裕缍?200米級已到極限?!敝需F大橋局西堠門公鐵大橋總工程師王東輝說,隨著跨度加大,構件規(guī)模、施工風險將呈幾何式增長。

“目前,世界上的超大跨度橋梁普遍采用懸索橋體系。不過,大跨度懸索橋剛度較弱,難以滿足動車組列車通行要求?!毙ずV楦嬖V記者,為此,西堠門公鐵兩用大橋創(chuàng)新采用了斜拉—懸索協(xié)作體系。這種新的結構體系,兼具斜拉橋剛度大、懸索橋跨越能力強的優(yōu)點,相較于單一結構橋型,在同等材料和工藝的情況下,更能保障施工安全、通行要求。

2017年,西堠門公鐵兩用大橋進入可行性研究階段。經(jīng)初步論證,中鐵大橋院設計組提出了主跨1488米斜拉—懸索協(xié)作體系橋方案?!氨藭r,在我國即便是公路橋梁,都不曾有設計并建造過主跨超過300米斜拉—懸索協(xié)作體系橋的先例,但我們對方案底氣十足?!毙ずV檎f。

底氣源自10多年的研究積累。據(jù)介紹,中鐵大橋院2003年即啟動斜拉—懸索協(xié)作體系研究,10余年探索,終于成功完成斜拉—懸索協(xié)作體系的基礎研究,摸清相關技術參數(shù)。隨后,設計組與業(yè)主方積極溝通,經(jīng)歷了幾十次研討會以及三次方案評審會后,終于贏得專家和建設單位的認可。

解決了大跨度難題,西堠門公鐵兩用大橋還面臨大風挑戰(zhàn)。

大橋所處的西堠門海峽寬度僅約2700米,較窄的海峽形成狹管效應,再加上其處在沿海高風速帶,每年6級及以上大風天超過100天。而大風,容易引發(fā)橋梁發(fā)生顫振現(xiàn)象,導致結構破壞。相關測算顯示,西堠門公鐵兩用大橋須抵御的最大風速應達64米/秒,超過17級臺風中心最大風力。

“為此,我們專門設計了三箱分離式鋼箱梁結構,中間箱通行高鐵,兩側邊箱分幅通行公路?!毙ずV檎f,整個橋面形狀就像倒過來的機翼,箱與箱之間的鏤空幫助大橋獲得良好的氣動外形。經(jīng)風洞試驗驗證,即使風速達到107米/秒時,主梁也不會出現(xiàn)顫振。

2022年10月31日,西堠門公鐵兩用大橋正式開工。目前,大橋主橋5號主墩、4號主墩已從海底拔地而起。

研發(fā)新裝備

主墩在海底巖層中“生根”,穩(wěn)穩(wěn)立于大海之上

建橋先要建基礎。支撐起跨海大橋的橋墩基礎,是大橋建造成功的“重中之重”,也是支撐橋梁跨越天塹的“定海神針”。

大橋冊子島側主墩(5號主墩),所處位置水深達60米,海下地形起伏不平,最大高差可達8米,基巖裸露且海床面傾斜?!按箫L、急流、裸巖、深水,在這種條件下打樁難度極大。”中鐵大橋局西堠門公鐵大橋常務副經(jīng)理李永旗說。經(jīng)過多輪討論協(xié)商,中鐵大橋局與中鐵大橋院最終決定:由18根直徑6.3米的超大直徑鉆孔灌注樁來組成主墩樁基。

確定了施工方案,各類智能裝備相繼進場——

首先登場的是自浮式鋼桁架鉆孔平臺。這是一個重7600噸、相當于31個標準籃球場大小的施工平臺。為了將平臺運至墩位處,施工單位出動了5艘拖船。

再登場的是大型動力頭鉆機。要想往海底巖石里打樁,離不開“金剛鉆”的助力。為此,中鐵大橋局聯(lián)合國內(nèi)廠家成功研制出了ZJD7000大型動力頭鉆機。這臺“金剛鉆”不僅“力大無窮”,還“聰明伶俐”,配備先進智能化、視頻監(jiān)控和遠程傳輸系統(tǒng),具有無線遙控操作、多點監(jiān)控、故障報警、遠程故障診斷等功能。在一系列智能設備的加持下,大橋5號主墩18根6.3米鉆孔樁順利完成。

另一側,金塘島側主墩(4號主墩)則采用了截然不同的工藝——設置沉井基礎。

“這是世界首座嵌入式設置沉井基礎,此前從未有過先例?!敝需F四局項目部總工程師李勇海介紹,整個鋼沉井重達1萬噸,是個外徑達58米、內(nèi)徑36米、高37米的“大家伙”。目前,沉井已順利精準沉放到位,正在緊張有序推進沉井封底混凝土澆筑施工。

采用新技術

讓大橋施工“耳聰目明”,更好應對天氣影響

風速儀、波浪儀、海流計、潮位計、溫濕度儀……走進大橋施工現(xiàn)場,一系列監(jiān)測設備琳瑯滿目,如同走進了海邊氣象站。

這一切,都是為了摸清海洋氣候,盡量減少風浪對精準施工的影響。“風浪沖擊會帶來施工誤差、安全風險。通過智能系統(tǒng)實時監(jiān)測風、浪、潮、流等信息,可以提高對風、雨、霧、氣溫的預報精準度和預報效率,以便我們及時針對惡劣天氣快速響應?!敝需F大橋科學研究院技術員徐有良說。

目前,中鐵大橋局技術團隊已研發(fā)出“復雜海洋環(huán)境下風、浪、流實時監(jiān)測系統(tǒng)”,可精準預測未來7天風速、潮位、水流速等氣象信息。

2022年,臺風軒嵐諾和梅花經(jīng)過舟山區(qū)域,施工區(qū)域瞬時實測最大風速34.75米/秒,最大浪高3.04米。“正是得益于這套系統(tǒng),我們提前組織對設備進行保護、人員有序撤離,極大降低了損失?!毙煊辛颊f。

施工過程,既要“耳聰目明”,也要“心中有數(shù)”,數(shù)字孿生系統(tǒng)發(fā)揮了重要作用。

例如,在自浮式鋼桁架鉆孔平臺的安全過程中,施工團隊在平臺上裝配了傾角儀、北斗傳感器、錨索計等傳感器。這些數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)胶笈_,在電腦內(nèi)生成自浮式鋼桁架鉆孔平臺的“數(shù)字分身”。

“數(shù)字孿生系統(tǒng)真實模擬了現(xiàn)場實景,我們通過‘孿生體’反饋的結構狀態(tài)和調(diào)索指令,對施工平臺進行調(diào)控,指導平臺精準定位。”中鐵大橋局橋科院總經(jīng)理王波說。

再比如,在5號主墩的混凝土澆筑過程中,施工團隊利用三維激光掃描儀,獲取了鋼結構件的“身材數(shù)據(jù)”,并進行云端“彩排”。

“云端‘彩排’,不占用場地資源、省時省力,幫助我們及時了解拼裝過程可能出現(xiàn)的問題,及時對誤差、位置關系、碰撞等進行調(diào)整,保證實際施工高效進行?!敝需F大橋局橋科院總工程師彭旭民說。

鷗鷺眠沙,漁樵唱晚,蔚藍的海域養(yǎng)育了依海而居的人們,施工過程更需踐行綠色理念。

這一點,智能系統(tǒng)再次發(fā)揮重要作用。在整個大橋施工工地,PM2.5、PM10、風速、溫度、噪聲等監(jiān)測設備隨時可見,實時采集環(huán)境參數(shù)。

“系統(tǒng)一旦發(fā)現(xiàn)超閾值指標,便會自動預警,拌和站噴淋降塵系統(tǒng)自動開啟,砂石料倉噴霧設施也會自動噴霧降塵?!蓖醪ㄕf。

放眼舟山群島,一座座橋梁連通島嶼。作為國家中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃中的重大項目,甬舟鐵路建成通車后,將結束舟山群島不通鐵路的歷史,為“軌道上的長三角”作出新貢獻。

【責任編輯:吳聞達】
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