張靖皋長(zhǎng)江大橋：三年拔節(jié) 健康“生長(zhǎng)”
近處是稻田耕種的夏日農(nóng)忙，遠(yuǎn)處是索塔林立的繁忙景象，在張靖皋長(zhǎng)江大橋的施工現(xiàn)場(chǎng)，南錨碇區(qū)澆筑作業(yè)如火如荼，“游龍過(guò)江”已頗具雛形。
2022年6月28日，由中交公規(guī)院主持設(shè)計(jì)，中交二航局、中交一公局、中交二公局、中交路建等單位參建的世界最大跨度懸索橋——江蘇張靖皋長(zhǎng)江大橋舉行了奠基儀式，10月項(xiàng)目主體工程全面動(dòng)工。三年后，大橋南北主塔拔節(jié)“生長(zhǎng)”，建設(shè)進(jìn)展順利，大橋預(yù)計(jì)2028年年底建成。
張靖皋長(zhǎng)江大橋是國(guó)家“十四五”期間重點(diǎn)推動(dòng)建設(shè)的過(guò)江通道項(xiàng)目，連通滬陜、滬武高速公路，貫通蘇州張家港市、泰州靖江市和南通如皋市，全長(zhǎng)約29.85公里。其中，跨江段全長(zhǎng) 7.859 公里，包括兩座航道橋，分別為主跨2300米的南航道橋和主跨1208米的北航道橋。建設(shè)過(guò)程中，建設(shè)者們克服了超高索塔、超大規(guī)模錨碇基礎(chǔ)建設(shè)等世界級(jí)技術(shù)難題，展現(xiàn)了中國(guó)橋梁建設(shè)者的智慧和實(shí)力。
突破定式 創(chuàng)造多項(xiàng)“世界之最”
“主跨2300米的懸索橋此前沒(méi)有人建過(guò)，這個(gè)設(shè)計(jì)方案我們光論證就花了3年時(shí)間。”走上鋼棧橋，負(fù)責(zé)大橋設(shè)計(jì)的中交公規(guī)院副總經(jīng)理、全國(guó)工程勘察設(shè)計(jì)大師、張靖皋長(zhǎng)江大橋總設(shè)計(jì)師王仁貴娓娓道來(lái)，從一開(kāi)始提出的主跨1780米懸索橋方案，到主跨2230米三跨吊懸索橋方案，再到主跨2300米兩跨吊懸索橋方案，設(shè)計(jì)方案確定幾經(jīng)波折。
張靖皋長(zhǎng)江大橋設(shè)計(jì)方案要考慮通航、碼頭、岸線、錨地、河勢(shì)、防洪、安全風(fēng)險(xiǎn)等諸多因素，其中最重要是要滿足長(zhǎng)江黃金水道的通航要求。這里跨越長(zhǎng)江主航道，往來(lái)船只眾多，12.5米深槽擺動(dòng)范圍達(dá)1890米，要確保通航不受深槽擺動(dòng)的影響，大橋主跨至少需要2000米以上。
歷經(jīng)3年的反復(fù)論證后，2300米主跨的設(shè)計(jì)方案驚艷亮相。設(shè)計(jì)方案蘊(yùn)含6項(xiàng)“世界之最”：最大跨度懸索橋(2300米)、最高懸索橋索塔(350米)、最長(zhǎng)高強(qiáng)度主纜(4450米長(zhǎng)、強(qiáng)度2200兆帕)、最大地連墻錨碇基礎(chǔ)(長(zhǎng)110米、寬75米，高度83米)、最大連續(xù)長(zhǎng)度鋼箱梁(3017米)、最大位移量伸縮裝置(3120毫米)。“現(xiàn)在的方案不僅能夠覆蓋12.5米深水航道擺動(dòng)范圍，還能有效解決岸坡守護(hù)難題和防洪的相關(guān)要求，對(duì)建設(shè)條件的適應(yīng)性最好。”王仁貴介紹。
懸索橋跨徑突破2000米后，“量變”引起“質(zhì)變”。張靖皋長(zhǎng)江大橋需要面對(duì)超大跨徑帶來(lái)的諸如幾何非線性、材料非線性、接觸非線性、結(jié)構(gòu)非線性等諸多技術(shù)難題，以及如何將巨大主纜纜力通過(guò)索塔和錨碇有效傳給地基的技術(shù)難題。
“大膽創(chuàng)新，小心論證。”王仁貴帶領(lǐng)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)結(jié)合本項(xiàng)目建設(shè)條件特點(diǎn)，針對(duì)性地提出了懸索橋主纜纜力自平衡結(jié)構(gòu)體系、超高鋼箱—鋼管約束混凝土組合索塔、超大規(guī)模剛性接頭地連墻錨碇基礎(chǔ)、熱軋L肋隔板連續(xù)正交異性鋼橋面板系統(tǒng)、具有智能感知功能的可更換主纜錨固體系和全橋一體化智能防腐體系等6個(gè)“世界首創(chuàng)”技術(shù)，確保張靖皋長(zhǎng)江大橋結(jié)構(gòu)受力合理，在建設(shè)和運(yùn)營(yíng)期安全耐久。
“一般情況下，大橋主纜與索塔之間采用固定連接方式，但在張靖皋長(zhǎng)江大橋，主纜和索塔間并非固結(jié)的，而是設(shè)置的可自由滾動(dòng)的滾軸索鞍結(jié)構(gòu)，讓主纜通過(guò)滾動(dòng)實(shí)現(xiàn)主纜纜力自平衡。”張靖皋長(zhǎng)江大橋設(shè)計(jì)副負(fù)責(zé)人魏樂(lè)永介紹，這一結(jié)構(gòu)叫自行走滾軸式主索鞍，想實(shí)現(xiàn)纜力自平衡，就要求滾軸摩擦系數(shù)要夠小。為此，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)跳出傳統(tǒng)公路范疇，積極借鑒冶金、機(jī)械等行業(yè)在材料應(yīng)用方面的好做法好經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)小心謹(jǐn)慎的試驗(yàn)論證，最終成功使?jié)L軸摩擦系數(shù)達(dá)到千分之一的量級(jí)，塔頂不平衡水平力大幅度降低，從而達(dá)到優(yōu)化索塔結(jié)構(gòu)內(nèi)力的目的。
據(jù)悉，項(xiàng)目通過(guò)應(yīng)用主纜纜力自平衡體系這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)，能夠大幅降低索塔塔底彎矩，與鋼箱——鋼管約束混凝土組合索塔相結(jié)合，全橋減少138根直徑2.8米的鉆孔灌注樁，節(jié)省混凝土15.7萬(wàn)立方米，鋼筋12560噸，僅此一項(xiàng)即可減少二氧化碳排放8萬(wàn)噸以上。
守護(hù)“超級(jí)工程”的“千里眼”與“順風(fēng)耳”
“張靖皋長(zhǎng)江大橋是落實(shí)長(zhǎng)三角一體化和長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展國(guó)家戰(zhàn)略以及江蘇省跨江融合發(fā)展戰(zhàn)略的重大舉措。我們致力于將大橋打造為交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)江蘇樣板標(biāo)志性工程、中國(guó)橋梁科技創(chuàng)新引領(lǐng)代表性工程、世界特大跨懸索橋建設(shè)里程碑工程。”張靖皋長(zhǎng)江大橋建設(shè)指揮部指揮長(zhǎng)李洪濤表示。
為了有效把握張靖皋長(zhǎng)江大橋施工走向，控制施工風(fēng)險(xiǎn)，保證橋梁施工達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期，張靖皋長(zhǎng)江大橋項(xiàng)目成立了橋梁施工及運(yùn)營(yíng)期監(jiān)控監(jiān)測(cè)中心，施工監(jiān)控工作由中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司承擔(dān)，覆蓋了從錨碇基礎(chǔ)到上部結(jié)構(gòu)的全施工周期。
“張靖皋大橋的施工監(jiān)控不僅是一次技術(shù)挑戰(zhàn)，更是一次創(chuàng)新實(shí)踐。”張靖皋長(zhǎng)江大橋JK1標(biāo)監(jiān)控中心現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人耍荊荊表示，通過(guò)高精度測(cè)量、自動(dòng)化監(jiān)測(cè)、5G云共享數(shù)據(jù)平臺(tái)、異常數(shù)據(jù)處理等技術(shù)手段，施工監(jiān)控團(tuán)隊(duì)實(shí)時(shí)掌握橋梁結(jié)構(gòu)的狀態(tài)變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正施工中的偏差。
張靖皋長(zhǎng)江大橋的監(jiān)測(cè)工作貫穿建設(shè)與運(yùn)營(yíng)全過(guò)程，分為施工監(jiān)控和運(yùn)營(yíng)期健康監(jiān)測(cè)兩大階段。施工監(jiān)控旨在確保大橋在建設(shè)過(guò)程中線形平順、結(jié)構(gòu)安全、內(nèi)力分布合理，最終達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期;而運(yùn)營(yíng)期健康監(jiān)測(cè)則致力于實(shí)時(shí)感知橋梁狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在風(fēng)險(xiǎn)，為大橋的長(zhǎng)期安全運(yùn)營(yíng)提供科學(xué)依據(jù)。
大橋南航道橋主跨2300米，采用剛性接頭地連墻錨碇基礎(chǔ)、鋼箱-鋼管約束混凝土組合索塔、主纜纜力自平衡體系等創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，這些新型結(jié)構(gòu)對(duì)施工監(jiān)控和運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)提出了更高的要求。為應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，監(jiān)測(cè)團(tuán)隊(duì)采用了多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)。例如，針對(duì)錨碇基礎(chǔ)的施工監(jiān)控，團(tuán)隊(duì)通過(guò)三維數(shù)值模擬分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)優(yōu)化施工方案，確保錨碇在復(fù)雜地質(zhì)條件下的穩(wěn)定性。在索塔施工過(guò)程中，團(tuán)隊(duì)利用高精度GNSS(全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))技術(shù)，對(duì)索塔的線形和偏位進(jìn)行毫米級(jí)監(jiān)測(cè)，確保其符合設(shè)計(jì)要求。
大橋建成通車后，運(yùn)營(yíng)期健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將全面接管監(jiān)測(cè)工作。該系統(tǒng)通過(guò)布設(shè)在大橋關(guān)鍵部位的傳感器，實(shí)時(shí)采集風(fēng)速、溫度、濕度、車輛荷載等環(huán)境數(shù)據(jù)，以及主纜索力、主梁撓度、索塔傾斜等結(jié)構(gòu)響應(yīng)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線傳輸技術(shù)實(shí)時(shí)傳送到監(jiān)測(cè)中心，經(jīng)過(guò)分析后，為大橋的運(yùn)營(yíng)管養(yǎng)提供科學(xué)決策依據(jù)。
滾滾長(zhǎng)江奔流不息，創(chuàng)新腳步永不停歇。從設(shè)計(jì)圖紙到巍然屹立，建設(shè)者們用智慧和汗水攻克了超高索塔、超大錨碇基礎(chǔ)等世界級(jí)難題，創(chuàng)造了多項(xiàng)“世界之最”。這座大橋不僅是地理空間的連接者，更是路橋建設(shè)的里程碑。待到建成，這顆“長(zhǎng)江上的明珠”將成為助力長(zhǎng)三角一體化發(fā)展的新引擎，書(shū)寫(xiě)路橋建設(shè)新篇章。
