正在施工的甬舟鐵路西堠門公鐵兩用大橋。 郭少山攝

　　東海之濱，舟山群島與浙江寧波隔海相望。連接兩岸、跨越天塹的甬舟鐵路建設如火如荼。

　　西堠門公鐵兩用大橋，甬舟鐵路的控制性工程，主跨達1488米，是世界上跨度最大的公鐵兩用跨海橋，也是世界跨度最大的斜拉—懸索協(xié)作體系橋梁。通過智能化、信息化、數(shù)字化手段提升施工質(zhì)量，工程穩(wěn)步推進，高鐵“上島”即將在舟山群島實現(xiàn)。

　　探索新結(jié)構(gòu)

　　兼顧剛度與跨度，創(chuàng)造公鐵兩用橋跨度紀錄

　　西堠門公鐵兩用大橋，連接舟山群島的金塘島與冊子島，所處海域風大、浪高、水深、流急，須同時滿足高鐵、汽車通行以及船舶通航要求。

　　“大橋處在進出寧波舟山港的海上黃金通道，每天過往200多艘3萬噸級集裝箱輪和多種散貨輪，主跨必須超千米。”中鐵大橋院總工程師肖海珠說，再結(jié)合水下地形特點，主跨需達到1500米級。

　　主跨1500米級的公鐵兩用大橋，在中國橋梁建設史上從未有過。我國已建成的最大跨度公鐵兩用橋為滬蘇通長江公鐵大橋，主跨為1092米；已合龍的最大跨度公鐵兩用橋為常泰長江大橋，主跨為1208米。這兩座公鐵兩用橋，均采用斜拉橋體系。“對斜拉橋而言，跨度1200米級已到極限。”中鐵大橋局西堠門公鐵大橋總工程師王東輝說，隨著跨度加大，構(gòu)件規(guī)模、施工風險將呈幾何式增長。

　　“目前，世界上的超大跨度橋梁普遍采用懸索橋體系。不過，大跨度懸索橋剛度較弱，難以滿足動車組列車通行要求。”肖海珠告訴記者，為此，西堠門公鐵兩用大橋創(chuàng)新采用了斜拉—懸索協(xié)作體系。這種新的結(jié)構(gòu)體系，兼具斜拉橋剛度大、懸索橋跨越能力強的優(yōu)點，相較于單一結(jié)構(gòu)橋型，在同等材料和工藝的情況下，更能保障施工安全、通行要求。

　　2017年，西堠門公鐵兩用大橋進入可行性研究階段。經(jīng)初步論證，中鐵大橋院設計組提出了主跨1488米斜拉—懸索協(xié)作體系橋方案。“彼時，在我國即便是公路橋梁，都不曾有設計并建造過主跨超過300米斜拉—懸索協(xié)作體系橋的先例，但我們對方案底氣十足。”肖海珠說。

　　底氣源自10多年的研究積累。據(jù)介紹，中鐵大橋院2003年即啟動斜拉—懸索協(xié)作體系研究，10余年探索，終于成功完成斜拉—懸索協(xié)作體系的基礎研究，摸清相關技術參數(shù)。隨后，設計組與業(yè)主方積極溝通，經(jīng)歷了幾十次研討會以及三次方案評審會后，終于贏得專家和建設單位的認可。

　　解決了大跨度難題，西堠門公鐵兩用大橋還面臨大風挑戰(zhàn)。

　　大橋所處的西堠門海峽寬度僅約2700米，較窄的海峽形成狹管效應，再加上其處在沿海高風速帶，每年6級及以上大風天超過100天。而大風，容易引發(fā)橋梁發(fā)生顫振現(xiàn)象，導致結(jié)構(gòu)破壞。相關測算顯示，西堠門公鐵兩用大橋須抵御的最大風速應達64米/秒，超過17級臺風中心最大風力。

　　“為此，我們專門設計了三箱分離式鋼箱梁結(jié)構(gòu)，中間箱通行高鐵，兩側(cè)邊箱分幅通行公路。”肖海珠說，整個橋面形狀就像倒過來的機翼，箱與箱之間的鏤空幫助大橋獲得良好的氣動外形。經(jīng)風洞試驗驗證，即使風速達到107米/秒時，主梁也不會出現(xiàn)顫振。

　　2022年10月31日，西堠門公鐵兩用大橋正式開工。目前，大橋主橋5號主墩、4號主墩已從海底拔地而起。

　　研發(fā)新裝備

　　主墩在海底巖層中“生根”，穩(wěn)穩(wěn)立于大海之上

　　建橋先要建基礎。支撐起跨海大橋的橋墩基礎，是大橋建造成功的“重中之重”，也是支撐橋梁跨越天塹的“定海神針”。

　　大橋冊子島側(cè)主墩（5號主墩），所處位置水深達60米，海下地形起伏不平，最大高差可達8米，基巖裸露且海床面傾斜。“大風、急流、裸巖、深水，在這種條件下打樁難度極大。”中鐵大橋局西堠門公鐵大橋常務副經(jīng)理李永旗說。經(jīng)過多輪討論協(xié)商，中鐵大橋局與中鐵大橋院最終決定：由18根直徑6.3米的超大直徑鉆孔灌注樁來組成主墩樁基。

　　確定了施工方案，各類智能裝備相繼進場——

　　首先登場的是自浮式鋼桁架鉆孔平臺。這是一個重7600噸、相當于31個標準籃球場大小的施工平臺。為了將平臺運至墩位處，施工單位出動了5艘拖船。

　　再登場的是大型動力頭鉆機。要想往海底巖石里打樁，離不開“金剛鉆”的助力。為此，中鐵大橋局聯(lián)合國內(nèi)廠家成功研制出了ZJD7000大型動力頭鉆機。這臺“金剛鉆”不僅“力大無窮”，還“聰明伶俐”，配備先進智能化、視頻監(jiān)控和遠程傳輸系統(tǒng)，具有無線遙控操作、多點監(jiān)控、故障報警、遠程故障診斷等功能。在一系列智能設備的加持下，大橋5號主墩18根6.3米鉆孔樁順利完成。

　　另一側(cè)，金塘島側(cè)主墩（4號主墩）則采用了截然不同的工藝——設置沉井基礎。

　　“這是世界首座嵌入式設置沉井基礎，此前從未有過先例。”中鐵四局項目部總工程師李勇海介紹，整個鋼沉井重達1萬噸，是個外徑達58米、內(nèi)徑36米、高37米的“大家伙”。目前，沉井已順利精準沉放到位，正在緊張有序推進沉井封底混凝土澆筑施工。

　　采用新技術

　　讓大橋施工“耳聰目明”，更好應對天氣影響

　　風速儀、波浪儀、海流計、潮位計、溫濕度儀……走進大橋施工現(xiàn)場，一系列監(jiān)測設備琳瑯滿目，如同走進了海邊氣象站。

　　這一切，都是為了摸清海洋氣候，盡量減少風浪對精準施工的影響。“風浪沖擊會帶來施工誤差、安全風險。通過智能系統(tǒng)實時監(jiān)測風、浪、潮、流等信息，可以提高對風、雨、霧、氣溫的預報精準度和預報效率，以便我們及時針對惡劣天氣快速響應。”中鐵大橋科學研究院技術員徐有良說。

　　目前，中鐵大橋局技術團隊已研發(fā)出“復雜海洋環(huán)境下風、浪、流實時監(jiān)測系統(tǒng)”，可精準預測未來7天風速、潮位、水流速等氣象信息。

　　2022年，臺風軒嵐諾和梅花經(jīng)過舟山區(qū)域，施工區(qū)域瞬時實測最大風速34.75米/秒，最大浪高3.04米。“正是得益于這套系統(tǒng)，我們提前組織對設備進行保護、人員有序撤離，極大降低了損失。”徐有良說。

　　施工過程，既要“耳聰目明”，也要“心中有數(shù)”，數(shù)字孿生系統(tǒng)發(fā)揮了重要作用。

　　例如，在自浮式鋼桁架鉆孔平臺的安全過程中，施工團隊在平臺上裝配了傾角儀、北斗傳感器、錨索計等傳感器。這些數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)胶笈_，在電腦內(nèi)生成自浮式鋼桁架鉆孔平臺的“數(shù)字分身”。

　　“數(shù)字孿生系統(tǒng)真實模擬了現(xiàn)場實景，我們通過‘孿生體’反饋的結(jié)構(gòu)狀態(tài)和調(diào)索指令，對施工平臺進行調(diào)控，指導平臺精準定位。”中鐵大橋局橋科院總經(jīng)理王波說。

　　再比如，在5號主墩的混凝土澆筑過程中，施工團隊利用三維激光掃描儀，獲取了鋼結(jié)構(gòu)件的“身材數(shù)據(jù)”，并進行云端“彩排”。

　　“云端‘彩排’，不占用場地資源、省時省力，幫助我們及時了解拼裝過程可能出現(xiàn)的問題，及時對誤差、位置關系、碰撞等進行調(diào)整，保證實際施工高效進行。”中鐵大橋局橋科院總工程師彭旭民說。

　　鷗鷺眠沙，漁樵唱晚，蔚藍的海域養(yǎng)育了依海而居的人們，施工過程更需踐行綠色理念。

　　這一點，智能系統(tǒng)再次發(fā)揮重要作用。在整個大橋施工工地，PM2.5、PM10、風速、溫度、噪聲等監(jiān)測設備隨時可見，實時采集環(huán)境參數(shù)。

　　“系統(tǒng)一旦發(fā)現(xiàn)超閾值指標，便會自動預警，拌和站噴淋降塵系統(tǒng)自動開啟，砂石料倉噴霧設施也會自動噴霧降塵。”王波說。

　　放眼舟山群島，一座座橋梁連通島嶼。作為國家中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃中的重大項目，甬舟鐵路建成通車后，將結(jié)束舟山群島不通鐵路的歷史，為“軌道上的長三角”作出新貢獻。

　　《 人民日報 》（ 2024年09月25日 18 版）

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