G3铜陵长江公铁大桥成功合龙 系世界首座“双层斜拉-悬索协作体系大桥”

大皖新闻2024-08-27 14:00:59  40

大皖新闻讯8月27日上午,在八百里皖江首座“长江飞虹”铜陵长江公路大桥破土动工33年之后,距离铜陵长江公路大桥上游约720米处,最后一块合龙段完成焊缝,标志着由铜陵市综合交通投资集团有限公司投资建设、中铁大桥院设计、中铁大桥局施工的世界首座双层斜拉-悬索协作体系大桥主体完工,下一步将进入大桥附属工程施工阶段。

现场直击:历史性合龙创造出新纪录

G3(京台高速)铜陵长江公铁大桥起于铜陵市陈瑶湖镇花园村,跨越长江,经过羊山矶,止于铜陵市大通镇民主村,路线全长11.88公里,具有“高速公路、城际铁路、货运铁路”三种过江功能。

大皖新闻记者来到现场,远远望去,大桥如同一道红色长虹卧于长江江面。登上大桥看到,桥面已经合龙,施工人员正在进行吊索安装。上层桥面布置为6车道高速公路,设计时速100公里。下层桥面布置为4线铁路:其中2线为合池城际铁路,设计时速250公里;另外2线为铜陵南至江北港铁路,后期延伸至枞阳,连接安庆,设计时速120公里。

据介绍,自2022年1月4日开工至2024年8月27日合龙,大桥建设仅仅历时2年8个月。这打破了长江中下游大跨度公铁两用大桥“从开工到合龙”施工时间最短的新纪录,创造了中国桥梁发展历程里的“铜陵速度”。

设计背景:为何建成“公铁复合型”?

G3铜陵长江公铁大桥总设计师肖海珠介绍,在确定这座大桥的功能定位时,是让它仅作为公路桥的单一角色,还是兼顾公路与铁路的复合型桥梁,成了设计者首先需要考量的问题。在长江沿线特殊的地质、航道条件以及有限的桥位资源面前,合建方案脱颖而出。“它不仅节省桥位,避免资源的重复浪费,更符合绿色发展理念,减少征迁。此外,合建方案还能够降低20%以上的建设成本,提高经济效益,实现投资的高效利用。”

肖海珠说,在最初设计时,并未特意考虑斜拉-悬索协作体系。“但通过反复计算、科学论证和综合考虑,最终促使各方达成一致,选择了这个体系。”

规划新建桥梁,首先需要确定桥址。“鉴于新桥起因于公路改线,桥位选择需靠近高速公路新路线,同时保持与现有铜陵长江公路大桥的适当距离,避免不必要延长公路接线,以防增加工程成本。”肖海珠说,考虑到铜陵大桥水道的狭窄特性,新桥不宜远离旧桥,因此,最终选定桥位在位于老桥上游720米处的羊山矶。

世界之最:主桥跨度最终设定为988米

如何设定大桥跨度,以确保航道畅通无阻,是设计的核心任务。肖海珠说,为了满足长江通航的需求,新桥的主跨必须达到712米以上。“为了保障实际航行中船舶安全通航,主跨设计还需要更为宽裕,以确保安全。”因此,要么将桥墩设于水中央,与增大通航跨度的初衷相悖;要么桥墩跨越大堤,实现“一跨过江”,但这将需要至少1250米的主跨,将带来巨大的经济压力。

经过无数次的论证与调整,肖海珠终于找到了那个相对完美的平衡点,决定将主桥的跨度设定为988米。肖海珠结合铜陵实际情况反复比较后,最终确定了斜拉-悬索协作体系方案最佳。

如今,G3铜陵长江公铁大桥采用主跨988米的斜拉-悬索协作体系桥方案,是千米级大跨度钢桁梁桥世界范围内首次采用,跨度位居公铁分层布置的同类桥型世界之首。

据介绍,斜拉桥和悬索桥各有所长,一般来说,同等条件下,斜拉桥相对于悬索桥而言在重压的情况更不容易变形,因此车辆通过的平顺性更好;悬索桥相对于斜拉桥而言跨越性更好,因此跨度更容易做大。

斜拉-悬索协作体系则是吸收了两种结构桥型的特点,相当于一对功能互补的双胞胎,既有效利用了悬索桥"一跨过江"的优点,不影响通航,发挥黄金水道作用,又有效利用了斜拉桥承重强的优势,将主塔建在岸边避开防洪堤坝,有效保障了防洪安全。“在千米级大跨、重载桥梁中,相较于单一结构桥型,同等材料和工艺的情况下,跨度更容易做大,高铁过桥的平顺性更好,安全性更高。”

工程亮点:大桥合龙采用全新技术

记者现场采访了解到,G3铜陵长江公铁大桥,具有“结构新、跨度大、荷载重”三大特点,涵盖“理论、体系、工法和结构”四大创新。其合龙阶段,更是闪耀着创新色彩。

据了解,斜拉桥的斜拉索,贯穿于主梁与塔柱之间,编织出稳固而雅致的三角构图。在至关重要的合龙阶段,工程师们如同指挥家,通过精准调控这些“琴弦”的张力,使桥面在对接时如湖面般平静,受力均匀,实现无瑕结合。

而悬索桥的主缆与吊索的默契配合,使桥面轻盈悬浮。合龙时,工程师们需依据主缆的微妙变化和吊索的安装进度,灵活调整策略,确保桥面安全、稳定地完成对接。

肖海珠介绍,因结构差异,斜拉桥与悬索桥在合龙施工上也显现不同策略。“斜拉桥主梁常采用悬臂安装,通过斜拉索的精确张力调整实现主梁精确对位。而悬索桥通常由中间往两侧吊装主梁,并在靠近桥塔的位置实现主梁合龙。当这两种技术在同一座大桥上'交汇',合龙过程变得更为复杂。”

最终,经计算分析,如在交叉区进行合龙,两侧的主梁能够自然匹配,无需额外的调整措施。此外,由于斜拉段和悬吊段的主梁可以同步吊装,这大大简化了施工流程,并显著缩短了工期。“相比跨中合龙方案,交叉区合龙方案至少可以节省3—6个月工期,可实现技术与时间的双重优化。”

据介绍,本次两个合龙口分别位于两侧斜拉索与悬索的交叉区,如何将这一刚一柔结构连接到一起,并呈现出大桥的设计线形,这在国内桥梁施工中尚属首次。

“斜拉段结构对温度影响不太敏感,但悬索段结构对温度影响非常敏感。合龙前期,我们发现与悬索连接的钢梁受温度影响高差最大达40厘米。”中铁大桥局G3铜陵长江大桥项目总工姚森介绍,针对这一情况,在合龙段钢梁安装过程中,只能选择在恒定的温度下快速完成施工。同时,结合主缆吊装受力不断变化,施工中采用了悬臂段调索、悬吊段配重、合龙口反压、移动配载以及斜拉段纵向主动顶推等措施,以保证合龙口的高差和转角满足合龙要求,最终完成了钢梁的毫米级精准合龙。

另外,针对大桥主塔高度高、南北塔跨度大、工程量巨大的特点,中铁大桥局采用世界首创的9米全自动智能液压爬模法,把大桥主塔柱单次浇筑高度从传统的6米一节跃升至9米一节,与传统施工方式相比可减少12个施工轮次,在同等带模养护条件下可减少工期约120天。

项目意义:提升区域过江通道通行能力

G3(京台高速)铜陵长江公铁大桥是《长江干线过江通道布局规划(2020-2035年)》中规划的过江通道之一,是贯彻落实国家“一带一路”、长江经济带及长三角一体化发展战略的重点工程,也是安徽省重大基础设施建设项目。

京台高速铜陵长江大桥的建设,有利于完善国家和安徽省高速公路网,提升区域过江通道通行能力,对于发挥皖江承东启西、连接长三角和川渝鄂赣的中枢作用,促进区域交通优化发展、完善过江通道布局具有重要意义。

大皖新闻记者刘旸通讯员曹雪张静张宇谈秀萍丁凯

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