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新中國科技75年|“中國橋”——楊泗港長江大橋

華夏經緯網 > 新聞 > 熱點聚焦      2024-05-21 13:40:42

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    中國橋、中國路、中國隧、中國港、中國船、中國車、中國樓、中國高鐵、中國核彈、中國航太……新中國成立75週年,取得無數巨大成就,實現無數偉大工程。中國科技伴隨新中國的成長走過了艱辛而又不平凡的75年。讓我們共同回顧祖國科技輝煌的75年曆程!

  楊泗港長江大橋是湖北省武漢市境內連接漢陽區與武昌區的過江通道,位於長江水道之上,是武漢市第十座長江大橋。楊泗港長江大橋于2014年12月3日動工興建; 于2018年12月29日完成合龍工程,大橋全線貫通;于2019年10月8日通車運營。楊泗港長江大橋的建成在當時創下多項世界紀錄:主橋1700米的跨度,使大橋成為世界上跨度最大的雙層懸索橋;主橋設置雙層雙向十二車道,是世界上通行能力最大的公路橋梁;大橋主纜設計張力6.5萬噸,採用世界上強度等級最高的主纜鋼絲;大橋設置機動車道、非機動車道、人行觀光道等,集過江交通與觀光于一體,是長江上功能最完備的橋梁。


  見證中國懸索橋技術領跑全球


  

  圖為:楊泗港長江大橋今日正式通車。

  楊泗港大橋北起漢陽國博立交,止于武昌八坦立交,全長約4.13公里,是楊泗港快速通道的重要組成部分。大橋設計為主跨1700米的雙層雙向12車道公路懸索橋,是目前世界跨度最大的雙層橋梁、跨度第二大的橋梁,也是目前世界上通行能力最大、使用功能最完備的大跨懸索橋。

  大橋上層是快車道,有雙向6車道,時速80公里,兩側各有一條人行觀光道,共有8處休息觀光區,並設有座椅;下層有雙向6車道,時速60公里。這一層在兩側還各設計了一條非機動車道和人行道,這也是長江大橋上首次設立非機動車道。

  2016年8月,楊泗港長江大橋2號塔沉井下沉到位。(圖源;湖北日報)

  為什麼要建中間不設橋墩、“一跨過江”的懸索橋?

  中鐵大橋局楊泗港長江大橋項目部經理羅瑞華解釋,主要出於兩個方面的考慮,一是大橋地處“橋群”河段,橋址8.2公里範圍內有武漢長江大橋、鸚鵡洲大橋、楊泗港大橋、白沙洲大橋等4座長江大橋,橋梁密度世界罕見。由於橋梁距離較近,每一座橋的橋墩間距不一致,通航船舶需要不停調整方向。楊泗港大橋不設橋墩,保障了白沙洲至鸚鵡洲大橋6公里內無需調整方向,有利於船舶通航。

  此外,在楊泗港長江大橋與鸚鵡洲長江大橋之間的江面下,有一處3公里多長用於治水的潛壩,在枯水期會露出水面。楊泗港大橋緊鄰潛壩的一端,如果設橋墩,就會改變水流方向和水沙比,影響潛壩功能。“可以説,1700米的‘世界第一跨’是被逼出來。”

  羅瑞華坦言,改革開放後,隨著中國經濟的騰飛,以中鐵大橋局等為代表的橋梁建設單位,在懸索橋技術上不斷突破,用40年時間完成了學習、跟隨到引領的過程。創造了多項“世界之最”的楊泗港長江大橋,代表了目前世界懸索橋最高技術水準。

2017年9月24日,楊泗港橋南錨碇完工。 (圖源;湖北日報)

  武漢市城投集團相關負責人表示,楊泗港長江大橋通車後,將大大緩解武漢市的過江壓力。武昌的南湖、光谷等片區的居民駛入楊泗港快速通道,通行楊泗港長江大橋,20分鐘便可抵達漢陽,全程高架連接月湖橋,30分鐘便可抵達漢口主城區。楊泗港大橋的通車,對完善武漢市快速路網、優化城區交通格局將發揮重要作用。

  2017年11月21日,封頂後的楊泗港長江大橋北主塔。(圖源;湖北日報)

  克服決堤風險,與洪水賽跑,穿過10.6米硬土

  率先嘗鮮超硬黏土層應用超大沉井技術

  由於大橋跨度大、車道多,作為“挑夫”的南北岸主塔至關重要。為了讓主塔基礎更加牢固,大橋採用了沉井施工方案。

  “與樁基相比,沉井性價比高、結構剛度大、整體性強、穩定性好。”中鐵大橋局副總工程師、楊泗港長江大橋總工程師李興華説,沉井基礎通常在含沙為主的地質條件下採用,而楊泗港大橋覆兩個主塔墩基礎位於深厚黏土層上,國際工程領域沒有實踐經驗,其下沉施工存在風險和挑戰。尤其是2號塔沉井長77.2米、寬40米,面積相當於8個籃球場大小,沉井總高50米,其中鋼殼沉井高28米,沉井需要穿過硬塑黏土層10.6米進入穩定土層。

  2018年11月,楊泗港橋架設首片梁。 (圖源;湖北日報)

  這是世界上首次在超厚超硬黏土層地質條件下應用超大沉井技術,需要克服很多技術難題。

  沉井施工面臨的首要難題就是大堤安全風險。

  由於沉井體積龐大,無法在江中直接加工,項目部設計出在橋址附近船廠先加工23米高沉井後,下河浮運至橋址精確定位後再接高、下沉。1號主塔沉井離長江大堤最近直線距離僅有不足20米,且大堤為土制大堤,高38米、8個籃球場大小的“龐然大物”下沉,稍有不慎,極易引起大堤下沉、開裂,甚至潰堤。

  為此,中鐵大橋局首創“C”字形排樁防護結構,在沉井與大堤間構築了一道防護墻,比傳統的“一”字形排樁結構防護力更強,解決了臨邊基礎施工,防護結構不易設置內支撐的難題。經觀測,大堤防護樁在沉井下沉過程中,變形控制在釐米級,最大程度保障了大堤和沉井周圍建築的安全。據悉,中鐵大橋局創造的“江河臨邊施工防護方法”榮獲了國家發明專利。

  2018年12月29日,楊泗港長江大橋合龍。

  為了解決穿過超硬黏土層10.6米的世界級難題,項目部積極組織技術攻關,克服重重困難,創造性地應用了空氣吸泥、水下爆破、單繩四瓣機械抓鬥取土、高壓射水、彎頭射水吸泥、空氣幕等一系列技術。例如,在沉井過程中,江底發現了大量枯木、漂石,其中最長的枯木有8米,最大的孤石直徑達0.4米,常規機械根本無法取出。項目部經過反覆試驗,成功研發出了一款適用於超厚黏土層的攪吸式吸泥機,射水壓力可達到25兆帕,是普通吸泥機的25倍,最終才使得沉井平穩順利下沉到位。

  李興華介紹,沉井施工還遭遇到了洪水的巨大挑戰。2016年6月底,長江迎來汛期,水位暴漲,而此時沉井正處於封底的關鍵時期。如果接著幹,一旦被洪水淹沒,功虧一簣;如果停工,至少要耽誤工期1至2個月,大橋無法按期建成通車。

  項目部經過反覆討論,科學研判,決定與“洪水賽跑”,爭分奪秒施工,採取在周圍堆放沙袋等防護措施,最終搶佔最高水位達到之前實現了封底,

  中鐵大橋局相關負責人表示,楊泗港大橋主塔沉井的成功實施,為世界橋梁深水基礎在超厚黏土層中採用沉井基礎提供了寶貴的經驗。

  圖為:2019年3月7日,主纜涂裝。

  

  自主研發世界“最硬”鋼絲

  主纜可吊起大型航空母艦

  主纜是懸索橋的重要承載構件,只要有一根主纜出現品質問題,大橋就要報廢。懸索橋的主纜由索股組成,索股則是由一根根平行排列的鋼絲捆綁而成,鋼絲決定著橋梁的跨越能力和受力安全水準。一般而言,橋梁荷載越大,需要的索股數量越多。

  然而,像武漢楊泗港長江大橋這樣的超級工程,荷載量巨大,若單純依靠增加索股數量,則會增加主纜體積和重量,給施工帶來極大的難度和挑戰。唯一的辦法就是增加索股鋼絲的強度。

  據介紹,楊泗港長江大橋有271根股組成,單根索股又由91根直徑6.2毫米的1960兆帕平行超高強度鋼絲組成。每根主纜設計張力6.5萬噸,相當於可吊起一艘大型航空母艦,為世界最大。

  “1960兆帕是當時世界上抗拉強度最大的鋼絲。”李興華介紹。

  大國重器,一定要掌握在自己手中!2014年底,中鐵大橋局組建研發團隊,聯合相關鋼鐵廠家共同開展技術研發。

  細細的鋼絲難度在哪?據介紹,它直徑6.2毫米,強度極高,外表則“脆弱”“敏感”,在拉拔過程中要應對變形,同時須保證表面屬性不受損。就好比拉拉麵,要足夠長,還不能斷。

  圖為:2018年5月,楊泗港橋貓道施工。(蔡維祥 攝)

  研發中,聯合團隊先用30噸鋼試製,在樣品中抽出數百個樣品,分別進行扭轉、抗拉強度測試,找出最優參數。接著試製200噸、800噸小批量,又通過萬餘次試驗不斷優化工藝、參數,使得細細的鋼絲變得剛強、精緻。經過近2年的努力,聯合團隊成功打破了國際技術壟斷,生産出了1960兆帕的鋼絲。最終,該大橋主纜共計使用了該型號鋼絲3.3萬噸。

  為確保主纜索股架設系統高效運轉,大橋採用“雙線往複式牽引系統和門架式拽拉工藝”“索股預整形”等核心技術。雙線往複式牽引系統的效率約為單線系統的2倍,主纜索股以日平均5根速度推進,並創下了上下游單日11次6根的最高記錄,僅用82天就完成主纜架設。每一根索股的線型調整與控制是主纜架設的關鍵工序,施工採取“白天牽引、夜間調索”,利用每日淩晨2點至6點恒溫時段精細施工,進行索股線型精準調整,控制相鄰索股間隙及絕對高程,確保施工精度“零誤差”。

  李興華介紹,由於主纜無法更換,為確保鋼絲100年不生銹,項目部在主纜上安裝了除濕系統,在鋼絲上設置了多個監測點,一旦主纜內的濕度高於設定濕度,系統自動作業,將濕空氣抽出,吹入幹空氣,保持鋼絲乾燥不生銹。

  楊泗港長江大橋全貌 圖源:人民日報

  一跨過江,令世界驚嘆。“楊泗港大橋位處‘橋群’河段,橋址8.2公里範圍內就有武漢長江大橋、鸚鵡洲大橋、楊泗港大橋、白沙洲大橋4座橋。”中鐵大橋勘測設計院副總工程師、楊泗港長江大橋總設計師徐恭義説,考慮通航和交通量等因素,大橋設計主跨1700米,飛跨長江,這個跨度居世界第二,在雙層橋梁結構中則是世界第一。

  除“世界跨度最大的雙層懸索橋”標簽外,楊泗港長江大橋還拿下了多項“世界之最”。主橋設置雙層雙向12車道,是世界上通行能力最大的公路橋梁;大橋主纜設計張力6.5萬噸,吊索設計拉力500噸,主纜鋼絲強度等級世界最高、設計荷載世界最大;錨碇基礎採用直徑98米的圓形地下連續墻結構,是世界上最大的圓形橋梁基礎。

  同時,楊泗港長江大橋設置有機動車道、非機動車道、人行觀光道等,集過江交通與觀光于一體,是長江上功能最完備的橋梁。不僅如此,中鐵大橋局副總經濟師、楊泗港長江大橋項目經理羅瑞華介紹,楊泗港長江大橋還具有結構設計新、建築材料新、使用功能新和建造技術新四大特點,在建設過程中創下多項紀錄。(綜合:中新網、湖北省政府網站、武漢市文化和旅遊局)

  


責任編輯:黃楊
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