热点评!“向海问路”用到哪些关键技术?揭秘翔安大桥设计亮点与巧思
【万能钥匙】
变宽曲线整幅预制件专用吊具重达560吨,由路桥建设者自己造出,为目前国内同类型吊具中个头最大。超3200吨的吊装极限不仅适配全桥最大钢箱梁施工,还能用于规模较小的预制件吊装。
(资料图片)
【以柔克刚】
有了桥梁墩柱间减隔震支座,翔安大桥以一定幅度的滞回变形耗散或吸收地震输入结构的能量,减小主体结构的地震反应,从而避免结构产生破坏。
2022年9月12日上午,翔安大桥(厦门第二东通道)主线成功合龙。(厦门日报记者 王协云 航拍器摄)
2022年8月16日,翔安大桥(厦门第二东通道)最后一件墩台吊装完成,标志着翔安大桥海中桥梁下部结构全部完工,距离全桥合龙更进一步。 (厦门日报记者 王协云 摄)
本岛东岸,碧波之上,一则喜讯传来:我省重点工程翔安大桥预计将于1月17日正式通车,比交通运输部批复合同工期提前了5个月。
2019年12月开工,从“零”起步、跨海建桥,历经3年破浪前行,千余个日夜的艰苦奋斗,在东岸浅滩上,建设者们用一个又一个扎实的脚步,化关隘为阶梯、踏碧浪做通途。
从此,天堑不再难越——这座跨岛发展第七根“扇骨”,以12.3公里的跨度将特区两岸再度连接,它的出现,不但寄托着特区再度逐梦彼岸的美好愿景,同时也凝聚着厦门路桥建设者“向海问路”数十载的智慧结晶。
自主设计,如何破浪寻路?海天之间,怎样打造东部飞虹?近期,记者采访了翔安大桥(厦门第二东通道工程)项目总设计负责人王麒、全国工程勘察设计大师孟凡超,揭秘这座特区跨岛新通道的设计亮点与巧思。
前期设计 十一年磨一剑 研究大桥如何落地
追寻翔安大桥的设计历程,要回溯到15年前——2007年,特区新一轮跨越式发展已然启航,随着各区建设投入力度增大,跨岛经济愈发活跃,一个个支撑特区经济发展新增长极点逐渐涌现。
时代车轮滚滚向前,一股又一股势道劲急的发展“加速度”不可估量。在国民经济又好又快发展的环境下,厦门市委市政府提出了大胆构想:以当前趋势,仅凭一座翔安隧道将难以承接特区东部未来社会经济发展洪流,“东部双通道并行”的跨岛发展交通规划应尽早提上日程。
但自古以来,“向海问路”绝非易事。设计前期,关于“翔安大桥蓝图是否能落进现实”可行性研究工作是一项甚为复杂而又庞大的系统工程。从项目的建设条件调查与论证、线位方案设计,再到交通量调查与预测,各类专题研究论证工作都需要反复评审、经多次修改才能完善。回想那段艰苦探路历程,王麒感慨万分:“我们总结的专题研究数量应该有百余项,算起来,平均每项成果需要设计师们十余轮的‘头脑风暴’才可完成。”
2018年3月,翔安大桥可行性研究报告通过专家评审并正式上报,同年12月,国家发改委正式批复。据王麒介绍,一般的中小型项目,可行性研究以及初步设计通常需要一两年时间,而翔安大桥用了近11年。这期间,种种研究围绕的原点,始终是“翔安大桥如何落地”。
早期,有人曾提出:东部再建一条隧道。但这个方案很快被王麒等一众设计师否决:“再度穿越海底复杂地质,建设投入成本高,还会影响整体海洋环境。而且与桥梁相比,海底隧道的通达性会大打折扣,不太能满足当时疏散交通、连通高速路网的需要。”
既要建桥,从何处起手?王麒设计团队从众多提案中,看中了以枋钟路作为登陆点:与翔安隧道距离适中,两座跨海通道相互呼应,交通分流效果好;作为城市交通干道,枋钟路车流量大,大桥从此起步将完美承接日趋增长的交通需求;道路沿线互通区覆盖面广,项目建成后将更好地服务城市综合立体交通格局。
经过多轮审议研究,2019年3月交通运输部正式批复:以环岛东路互通、翔安大道互通为节点,通过桥梁形式跨海建设翔安大桥。“经过实践检验,这个方案的确是最优解。”王麒说。
突破极限 预制件单件最大直逼3200吨
“世界桥梁建设,20世纪70年代以前看欧美,80年代、90年代看日本,跨入21世纪,则要看中国。”在孟凡超的眼中,桥梁是支撑地区发展的重要基础,更是一国综合实力的集中展示。
近年来,中国桥梁行业已完成了从追赶先进到领跑世界的精彩变身。一个个创新技术的突破与应用,正不断刷新着桥梁建设各领域的最高水准。作为“交通强国”建设阶段又一座里程碑,跨海段采用预制装配建成的翔安大桥,是特区贯彻落实高质量发展的具体实践,更象征着我国桥梁传统建设模式向大工业化模式转型又一次迈进。
预制装配工艺的应用,打破了原有跨海桥梁传统“流水型”建设工序,把桥梁划分为多个预制部件,在精细化预制工厂内多面施工齐头并进、分部完成桥梁构筑。
36榀钢箱梁、35个桥墩(共计83个大型预制件),单件最大规模直逼3200吨……有限的22个月海上施工时限内,厦门路桥建设者们以“敢打敢拼、敢为人先”的魄力,在本岛东岸再度书写下了中国桥梁工程学的先例。
要知道,世界最长跨海大桥港珠澳大桥采用的最大单榀钢箱梁仅约2900吨,面对“无现成吊具可用”的窘境,路桥建设者们决定自己造——变宽曲线整幅预制件专用吊具孕育而生,该吊具重达560吨,这也是目前国内同类型吊具中个头最大的。
从施工效果来看,这件超大吊具可谓“干得了粗活也绣得了细花”——超3200吨的吊装极限不仅适配全桥最大钢箱梁施工,同时在模块化设计的加持下,该吊具可直接在空中变形,根据每个箱梁的形状进行增减嵌补。也就是说,即便是应对规模较小的预制件吊装,吊具也无需更换、同样适用。
一把“万能钥匙”适配多种吊装场景,施工效率显著提高,厦门路桥和各参建单位建设者的技术创新,再度为特区交通建设抢出了“加速度”。
技术攻坚 “U肋”提升桥面板抗疲劳抗形变能力
作为我省一次性投资额最大的综合跨海通道项目,翔安大桥的设计对标国内桥梁建筑结构可靠度一线标准:设计使用年限100年。在未来的百年历程中,翔安大桥是否能经得起考验,看决定通行品质的大桥桥面最具有参考价值。
“‘钢结构桥梁桥面如何提升抗疲劳度’,这是世界桥梁领域都在面临的难点问题。针对这一设计重点,经多轮论证研究,我们的团队给出了‘特区方案’。”王麒展示了翔安大桥上部结构截面图,与想象中不同的是,钢箱梁顶板下也别有洞天——顶板下侧面并非光滑平面,其间镶嵌着数十根U型钢条,这便是有大桥肋骨之称的U型加强筋(简称“U肋”)。
以常见事物更能形象体现大桥“钢铁肋骨”的作用:仔细观察硬皮纸板,部分纸板间是一段波浪状夹层,U肋作用与其相似,在特殊的弧形结构的支撑下,显著提升桥面板的抗疲劳、抗形变的能力。
设计巧思体现在细节中——与传统U肋不同的是,翔安大桥采用的加强筋厚度并非均匀,两处“U”型顶端连接点明显更厚。“桥面车流来往,加强筋与桥面的连接处是核心受力点之一,为了延长桥面耐久度,我们预制件构筑时还运用了工业机器人作为协助,实现了元件与桥连接处加强筋内外全熔透焊接,使U肋能够紧紧抓住桥面,保证桥面强度。”36榀钢箱梁,数千根“钢铁肋骨”支撑其间,据王麒介绍,如此大规模的热轧变截面U肋应用,在国内还是首次实践。
当然,对大桥的考验不仅来自过往车流,同时也来自周边自然条件。“地震是桥梁建设不可忽视的潜在因素,更何况厦门还地处环太平洋火山地震带,位于地震烈度7度区。当剧烈地震发生时,对大桥影响将十分明显。”大自然屡“出招”,王麒认为,不能“硬碰硬”,而要以“太极拳”之势将其化解。
“以柔克刚”的关键便是藏在桥梁墩柱间的减隔震支座。王麒解释道:“当地震发生时,在减隔震支座的帮助下,大桥不必硬抗地震波,而是以一定幅度的滞回变形来耗散或吸收地震输入结构的能量,以此减小主体结构的地震反应,从而避免结构产生破坏。”
26项四新技术应用、23项关键领域技术攻关、30项智慧化管理保驾护航……一项项技术攻坚的亮眼数据,为项目建设的质量安全构筑了系统性保障。2021年,交通运输部公布了第一批平安百年品质工程示范创建项目名录,翔安大桥位列其中。
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