張靖皋長江大橋：三年拔節(jié) 健康“生長”
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，在張靖皋長江大橋的施工現(xiàn)場，南錨碇區(qū)澆筑作業(yè)如火如荼，“游龍過江”已頗具雛形。
2022年6月28日，由中交公規(guī)院主持設(shè)計，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——江蘇張靖皋長江大橋舉行了奠基儀式，10月項目主體工程全面動工。三年后，大橋南北主塔拔節(jié)“生長”，建設(shè)進(jìn)展順利，大橋預(yù)計2028年年底建成。
張靖皋長江大橋是國家“十四五”期間重點推動建設(shè)的過江通道項目，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，全長約29.85公里。其中，跨江段全長 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)等世界級技術(shù)難題，展現(xiàn)了中國橋梁建設(shè)者的智慧和實力。
突破定式 創(chuàng)造多項“世界之最”
“主跨2300米的懸索橋此前沒有人建過，這個設(shè)計方案我們光論證就花了3年時間。”走上鋼棧橋，負(fù)責(zé)大橋設(shè)計的中交公規(guī)院副總經(jīng)理、全國工程勘察設(shè)計大師、張靖皋長江大橋總設(shè)計師王仁貴娓娓道來，從一開始提出的主跨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)計方案確定幾經(jīng)波折。
張靖皋長江大橋設(shè)計方案要考慮通航、碼頭、岸線、錨地、河勢、防洪、安全風(fēng)險等諸多因素，其中最重要是要滿足長江黃金水道的通航要求。這里跨越長江主航道，往來船只眾多，12.5米深槽擺動范圍達(dá)1890米，要確保通航不受深槽擺動的影響，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)計方案驚艷亮相。設(shè)計方案蘊含6項“世界之最”：最大跨度懸索橋(2300米)、最高懸索橋索塔(350米)、最長高強度主纜(4450米長、強度2200兆帕)、最大地連墻錨碇基礎(chǔ)(長110米、寬75米，高度83米)、最大連續(xù)長度鋼箱梁(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”。張靖皋長江大橋需要面對超大跨徑帶來的諸如幾何非線性、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)計團隊結(jié)合本項目建設(shè)條件特點，針對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“世界首創(chuàng)”技術(shù)，確保張靖皋長江大橋結(jié)構(gòu)受力合理，在建設(shè)和運營期安全耐久。
“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)置的可自由滾動的滾軸索鞍結(jié)構(gòu)，讓主纜通過滾動實現(xiàn)主纜纜力自平衡。”張靖皋長江大橋設(shè)計副負(fù)責(zé)人魏樂永介紹，這一結(jié)構(gòu)叫自行走滾軸式主索鞍，想實現(xiàn)纜力自平衡，就要求滾軸摩擦系數(shù)要夠小。為此，設(shè)計團隊跳出傳統(tǒng)公路范疇，積極借鑒冶金、機械等行業(yè)在材料應(yīng)用方面的好做法好經(jīng)驗，通過小心謹(jǐn)慎的試驗論證，最終成功使?jié)L軸摩擦系數(shù)達(dá)到千分之一的量級，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，項目通過應(yīng)用主纜纜力自平衡體系這項創(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15.7萬立方米，鋼筋12560噸，僅此一項即可減少二氧化碳排放8萬噸以上。
守護(hù)“超級工程”的“千里眼”與“順風(fēng)耳”
“張靖皋長江大橋是落實長三角一體化和長江經(jīng)濟帶發(fā)展國家戰(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國建設(shè)江蘇樣板標(biāo)志性工程、中國橋梁科技創(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。”張靖皋長江大橋建設(shè)指揮部指揮長李洪濤表示。
為了有效把握張靖皋長江大橋施工走向，控制施工風(fēng)險，保證橋梁施工達(dá)到設(shè)計預(yù)期，張靖皋長江大橋項目成立了橋梁施工及運營期監(jiān)控監(jiān)測中心，施工監(jiān)控工作由中交公路規(guī)劃設(shè)計院有限公司承擔(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)新實踐。”張靖皋長江大橋JK1標(biāo)監(jiān)控中心現(xiàn)場負(fù)責(zé)人耍荊荊表示，通過高精度測量、自動化監(jiān)測、5G云共享數(shù)據(jù)平臺、異常數(shù)據(jù)處理等技術(shù)手段，施工監(jiān)控團隊實時掌握橋梁結(jié)構(gòu)的狀態(tài)變化，及時發(fā)現(xiàn)并糾正施工中的偏差。
張靖皋長江大橋的監(jiān)測工作貫穿建設(shè)與運營全過程，分為施工監(jiān)控和運營期健康監(jiān)測兩大階段。施工監(jiān)控旨在確保大橋在建設(shè)過程中線形平順、結(jié)構(gòu)安全、內(nèi)力分布合理，最終達(dá)到設(shè)計預(yù)期;而運營期健康監(jiān)測則致力于實時感知橋梁狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)潛在風(fēng)險，為大橋的長期安全運營提供科學(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)對施工監(jiān)控和運營監(jiān)測提出了更高的要求。為應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，監(jiān)測團隊采用了多項創(chuàng)新技術(shù)。例如，針對錨碇基礎(chǔ)的施工監(jiān)控，團隊通過三維數(shù)值模擬分析，結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，實時優(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。在索塔施工過程中，團隊利用高精度GNSS(全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))技術(shù)，對索塔的線形和偏位進(jìn)行毫米級監(jiān)測，確保其符合設(shè)計要求。
大橋建成通車后，運營期健康監(jiān)測系統(tǒng)將全面接管監(jiān)測工作。該系統(tǒng)通過布設(shè)在大橋關(guān)鍵部位的傳感器，實時采集風(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)通過無線傳輸技術(shù)實時傳送到監(jiān)測中心，經(jīng)過分析后，為大橋的運營管養(yǎng)提供科學(xué)決策依據(jù)。
滾滾長江奔流不息，創(chuàng)新腳步永不停歇。從設(shè)計圖紙到巍然屹立，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)等世界級難題，創(chuàng)造了多項“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“長江上的明珠”將成為助力長三角一體化發(fā)展的新引擎，書寫路橋建設(shè)新篇章。
