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世界最大跨度斜拉桥——常泰长江大桥通车在即，“届时，江苏常州与泰州之间通行时间将从1小时20分钟缩短至20分钟左右，进一步推动跨江城市群协调发展。”江苏省交通工程建设局常泰长江大桥建设指挥部现场指挥长李镇说。自2019年10月开工建设以来，大桥参建单位不断创新、攻坚克难，建设者们以一项项自主创新不断攻克世界级难题。 有多大的主跨，就得有多牢固的桥墩。1208米的主跨，使得传统的钻孔桩施工技术无法满足承载力的需求，承建大桥南主塔的中铁大桥局便采用了沉井的施工方式。中铁大桥局常泰长江大桥项目工程部部长李杰介绍：“沉井是大桥塔墩的水下基础，大桥6号墩的钢沉井设计独特，采用新型的减自重与减冲刷的‘上小下大’阶式结构，其沉井钢结构与混凝土的总重量超过22万吨。”将这样一个庞然大物放到江底并不容易。6号墩沉井技术负责人方林介绍，施工时，沉井最大入土深度达48米，需穿越三层粉质黏土层，“如果采取传统空气吸泥机进行作业，取土不仅费时费力，还存在取土盲区。”取土难题如何解决？项目组研发了一套智能取土机器人。方林坐在项目部的指挥室里，向记者展示机器人的操作。只见他实时调整机器人位置，并通过机器人搭载的水下视频监控、前视声呐和避碰声呐传感器对施工环境进行监测。随着钻头旋转，水底下的土块立刻被击碎，并通过管道排到沉井以外。同时，机器人工作臂可以进行360度的旋转、伸缩，解决了取土盲区的难题。李杰介绍：“原来进行1个作业面作业需要6个人操作，每个小时只能绞吸黏土40立方米左右。有了这款智能取土机器人，只需要一个人操作，取土效率达到每小时200立方米，让主塔沉井的取土下沉就位作业提前两个月完成。” 传统桥塔钢筋施工一般需要工人身处高空，将钢筋逐根绑扎，但是常泰长江大桥中塔柱为四塔肢空间钻石型结构，空间倾斜角度达到8度，传统工艺的高空作业安全保障、施工效率和精度控制已经不适应施工需求。常泰长江大桥参建单位——中交二航局的工程师们结合以往施工经验，创新工艺方案，沿着“钢筋片体—块体—部品”的实施路径研制出新型钢筋片体柔性制造生产线，用于钢筋片体和钢筋块体生产。中交二航局常泰长江大桥项目部常务副经理王辉介绍：“新型生产线集成了无人自适应布料、机器视觉寻点焊接、倾角同步调整、机器人空间寻点焊接等流程，实现了钢筋片体自动化生产和块体机械化成型，成型的片体精度能达到毫米级，片体和块体的生产效率均可以达到每小时8个，首次实现了大倾角变截面钢筋块体机械化制造。”钢筋块体被运到施工现场后，在拼装胎架上被初步固定，同步顶推系统随即进行块体穿插，精调倾斜角度，安装块体交会区主筋，完成钢筋部品节段组拼。“单个节段的重量近60吨，我们采用万吨米级塔吊把它整体吊装上塔，使用锥套锁紧钢筋接头，再进行部品节段间连接，索塔钢筋就可以像积木一样组装拼接。”中交二航局常泰长江大桥项目部副经理汤叶帅说，“使用这种施工方法，保持了主塔每天1.2米的‘长高’速度，还减少了60%以上的高空作业人员，施工效率和安全性都更有保障。” 常泰长江大桥承载了三种交通功能，荷载非常重。主桥与拱桥连接时，产生正负140厘米伸缩位移，而世界上可靠的伸缩设备最大位移量也只有正负80厘米，下层列车无法安全通行。为解决大桥主梁在风载、温度及车辆荷载下产生的纵向变形问题，法尔胜参与提出并实现了“温度自适应塔梁纵向约束体系”（TARS）。该体系通过在主跨中点采用“CFRP连接杆”与主塔相连，实现对主梁的纵向约束和纵向力的低位传递，从而显著降低塔梁结构的纵向荷载效应。CFRP（碳纤维复合材料）因其对温度变化不敏感、轻质高强的特性，被选为这一体系的核心功能材料，既有效限制主梁纵向位移，又实现温度变形的自适应释放。研究表明，该创新结构体系使常泰长江大桥的主要荷载效应降至相当于900米主跨斜拉桥水平，极大提升了大跨度斜拉桥的安全性与稳定性。为充分发挥TARS体系效能，法尔胜自主研制出抗拉强度高达2600MPa的高性能碳纤维复合材料拉索。该材料具备轻质、超高强度、耐腐蚀和低松弛等优异特性，有效解决了传统钢丝缆索存在的腐蚀与疲劳问题。常泰长江大桥全桥共设28根水平拉索，单根长度达559米，由127丝直径7毫米的碳纤维复合材料组成，总重130吨，是当前世界上规模最大、长度最长的碳纤维拉索工程应用，标志着我国在大跨度桥梁结构材料领域取得重大突破。 法尔胜缆索为常泰长江大桥主航道桥提供了全部312根斜拉索、8根辅助墩拉索、8根上塔柱竖向体外预应力索以及28根碳纤维复合材料（CFRP）拉索。法尔胜检测承担了常泰长江大桥主航道桥主跨、跨中以南的主航道桥钢桁梁及其附属钢结构、录安洲非通航孔桥钢桁架梁及其附属钢结构、录安洲专用航道桥钢桁架梁及其附属钢结构、公铁合建段南引桥附属钢结构的第三方检测工作。 |
