矮寨特大悬索桥横跨德夯大峡谷,是目前世界跨峡谷跨度最大的钢桁梁悬索桥。图为大桥航拍全景。
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图① 我国独立自主建造的第一座长江大桥—南京长江大桥。
图② 330米高空的悬梯上,施工人员刘华林正在为矮寨特大悬索桥吊缆刷漆。
图③ 2015年初,港珠澳大桥CB05标全线拉通,该标段基本成形。
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超级工程飞架三地
经济日报·中国经济网记者 乔金亮
2018年10月23日开通的港珠澳大桥作为“国之重器”,是构建粤港澳大湾区的关键一环,也是世界跨海大桥建设史上的超级工程,被英国《卫报》评为“现代世界七大奇迹”之一。大桥的建设创下多项世界之最,体现了我国综合国力和自主创新能力,体现了勇创世界一流的民族志气。
时间回到2018年10月23日,伶仃洋上,海天一色、潮声阵阵,港珠澳大桥开通仪式在广东珠海举行。碧波之上,一桥飞架香港、澳门、珠海三地,以气贯长虹的“中国跨度”,飞越沧海百年的历史风云,展现出当代中国的风采。
如今的港珠澳大桥已成为伶仃洋上一道壮美的风景线。这个显著地标性建筑群彰显了建筑之美和艺术之美,是构建粤港澳大湾区的关键一环,更是世界跨海大桥建设史上的超级工程。
铸就“钢筋铁骨”
400多项新专利,7项世界之最,整体设计和关键技术全部自主研发,科研创新可谓港珠澳大桥建设的题中之义。这是世界总体跨度最长、钢结构桥体最长、海底沉管隧道最长的跨海大桥,也是公路建设史上技术最复杂、施工难度最大、工程规模最庞大的跨海大桥,建设者们克服许多世界级难题,集成了世界上最先进的管理技术和经验,保质保量完成了任务。
我国虽然早已确立桥梁大国形象,但港珠澳大桥的复杂性和技术难点之多都是空前的。这是一个曾经被外国专家断言“中国人无法做到”的工程。
“如果没有中央和国家层面的直接支持与指导,大桥梦想无法变为现实。”广东省发改委主任葛长伟介绍,港珠澳大桥不但技术复杂、施工难度高、工程规模庞大,而且涉及3套技术管理标准,统筹协调并非易事。国务院决定由国家发改委牵头成立“港珠澳大桥专责小组”,协调各方,推动解决了一系列难题。
大桥的建设是多方协作的结晶。以抵御强台风为例,自2009年开工建设以来,港珠澳大桥累计开展了近40次抗防台工作。每次强台风过后,港珠澳大桥均安然无恙,甚至连人工岛上建筑的窗户玻璃都没有破裂。这一成就的背后是众多单位的科研大协作和建设大合唱。
在大桥设计和建造的14年里,桥梁专家、工程师、设计师、一线工人组成的数以万计的建设者,凝聚起战胜一切困难和挑战的磅礴力量,构筑起世界级跨海通道。据统计,共有21家企事业单位以及8所高等院校,在水文、气象、地质、地震、测绘、环境等方面展开了51项专题研究。
港珠澳大桥凝聚着每位参建者的辛勤付出和汗水,也是每位建设者的骄傲。作为港珠澳大桥工程建设年纪最大的工程师,谭国顺说:“大桥建设中,从原材料到施工现场的众多大型设备全部是国产,这不仅体现了我国建桥水平的先进,还体现了我国综合国力的强大。”
确保120年标准
在中国的百万座桥梁中,港珠澳大桥设计使用年限首次采用120年的标准。科研人员攻克了大量技术难题,创造性提出一整套具有中国特色、世界水平的海洋防腐抗震技术措施。
“我们采用了当前世界上最好的高性能环氧钢筋、不锈钢钢筋、工厂化制造等,集目前全球最好的耐久性技术来保证港珠澳大桥达到120年使用标准,这在中国也是绝无仅有的。”港珠澳大桥总设计师孟凡超自豪不已。
港珠澳大桥横跨伶仃洋海域,属典型海洋大气环境。大桥能否实现设计使用寿命120年的目标,最大挑战之一来自微观世界——氯离子。海洋大气环境中的氯离子具有很强的侵蚀性,导致腐蚀速度比内陆环境中高出许多倍。
中铁大桥局承担了港珠澳大桥CB05标段的建设,占大桥海上桥梁段建设全长三分之一。大桥局专家介绍,为解决海洋大气环境对钢结构和混凝土的腐蚀,建设者严格施工,减少海上现场施工量,从工艺上保证大桥施工质量。
大桥施工还存在阻水率限制,机场航空限高,海上施工受气旋、大雾等环境影响,有效作业时间短等多方面难度。为此,中铁大桥局自主研发一系列海上建桥利器,有效提高了施工效率,仅用时两年零八个月便拉通标段,刷新了中国海上连续长桥建设的速度。
实现最高境界
不仅要建一座能跑车的大桥,还要建成一处重要的人文景观。将建筑结构与景观艺术融合,经济效益与生态效益统一,这是桥梁工程设计与建设的最高境界。
港珠澳大桥是中国最美的桥梁之一。大桥桥岛隧错落有致,线形优美。为什么选择“桥岛隧”相结合的方式?大桥全长约55公里,其中跨海段42公里。由于线路经过伶仃洋海域中最繁忙的主航道,同时又临近香港国际机场,航空领域的建筑物高度限定使得隧道成为唯一可行的方案。为实现桥梁与隧道之间的转换,选择在隧道两端修建人工岛,这就构成了港珠澳大桥的“桥岛隧”相结合的建设方式。
港珠澳大桥也是融合现代体验的桥梁。在大桥深达40米的海底沉管隧道内,手机4G网络信号依然满格,三大运营商在该桥实现全覆盖。中国铁塔珠海市分公司有关负责人介绍,大桥公网通信工程创新采用了综合解决方案,“共建共享成效优”是亮点。
港珠澳大桥还是一座具有生态美的桥梁。港珠澳大桥穿越广东珠江口中华白海豚国家级自然保护区,“大桥通车、白海豚不搬家”是建设者们的承诺。通过不懈努力,他们最终实现了海洋环境“零污染”和白海豚“零伤亡”的目标。
打开地图人们发现,港珠澳大桥打通了整个粤港澳大湾区的道路交通网,真正意义上形成了环珠江口轴线的三角形。作为大湾区建设的代表性工程,港珠澳大桥为大湾区基础设施互联互通树立了典范。一桥连三地,中国人民在追逐梦想的道路上将继续奋力前行。
“天桥”穿云而过通苗寨
经济日报·中国经济网记者 刘 麟 团结报记者 麻垣杰
矮寨特大悬索桥是国家重点规划的8条高速公路之一——长沙至重庆通道湖南段吉(首)茶(峒)高速公路中的重点工程。该桥全长1073.65米,悬索桥的主跨为1176米,距谷底垂直高度达355米,创造了4项世界第一,极大改善了湘渝两省市的交通现状,对两省市乃至中西部的对外连通具有重要意义。
在湖南省吉首市德夯大峡谷几百米深的峡谷上,矮寨特大悬索桥宛如一条彩带连接着两边的青山。在雨天或是雾天,这座大桥周围云雾缭绕,如同悬浮在空中的“天桥”。
2012年3月31日,这是一个值得湘西人民永远铭记和自豪的日子——这一天,吉茶高速公路正式建成通车。
高速公路的开通带来旅游“井喷”式发展。据统计,吉首地区矮寨大桥、德夯、乾州古城三大景区全年购票人数从2012年的31.35万,增长到2018年的96.6万。这座“天桥”拉近了湘西与外界的距离。
施工难度极大
站在中国地图前你或许可以发现,有一个地方可横贯东西,纵穿南北,这就是湘西吉首。新中国成立以后,由于交通不便,从吉首去省会长沙极为不便。
2007年,国家发改委、交通运输部,湖南省委、省政府加强与黔、渝等西部各省市联系,开始修建吉茶高速公路。它是国家高速公路重点规划的8条西部公路大通道之一——长沙至重庆公路通道中的一段,在湖南乃至全国高速公路网中起着重要作用。
2007年9月19日,吉茶高速公路建设开工。修建吉茶高速公路,矮寨是必经之地。
矮寨距湘西土家族苗族自治州首府吉首20公里。由于山高坡陡,从山巅俯瞰到的是矮矮的村庄,故名矮寨。而矮寨盘山公路因险峻而闻名。
矮寨山高谷深,特别是德夯大峡谷深达500多米,悬崖如刀削似斧劈。始建于1935年的湘川公路(现为319国道)矮寨段,水平距离不到100米,垂直高差竟达440米,中间是26段“之”字形折叠向上的“天梯”,史称“公路奇观”。
由于矮寨的地形和地质条件,桥梁设计者们采用了悬索桥型。矮寨特大悬索桥为吉茶高速公路的控制性工程、世界上跨峡谷跨径最大的钢桁梁悬索桥。该桥横跨矮寨德夯大峡谷,跨度达1176米,距谷底垂直高度达355米,在世界悬索桥梁中居世界第三,而在横跨大峡谷的悬索钢桁桥梁中,为世界之首。由于地形地质条件复杂、施工难度大,使该桥从建设初期就受到高度关注。
矮寨特大悬索桥建设指挥部副指挥长贺淑龙介绍,矮寨特大悬索桥创造了世界桥梁建造史上的4个世界第一:一是大桥主跨1176米,跨峡谷悬索桥创世界第一;二是首次采用塔、梁完全分离的结构设计方案,创世界第一;三是首次采用岩锚吊索结构,并用碳纤维作为预应力筋材,创世界第一;四是首次采用“轨索滑移法”架设钢桁梁,创世界第一。
破解世界难题
2008年,年仅23岁的袁理大学毕业后投身矮寨特大悬索桥建设。当以大桥钢桁梁架设现场技术员的身份加入建桥大军时,他才意识到自己遭遇了一个世界级施工难题:矮寨特大悬索桥桥面到峡谷底高差达330米,大桥钢桁梁共有69节,架设总长度达1000.5米,最重的一节重约200吨,沟底距离桥面太高,垂直起吊“加劲梁”的方案无法实施。
经过反复研究,大桥建设者创造性提出了“轨索滑移法”:利用大桥永久吊索,在其下端安装水平轨索,再将水平轨索张紧作为加劲梁的运梁轨道,实现由跨中往两端节段拼装大桥的钢桁加劲梁。
“钢桁梁架设要求相当精确。”2011年5月11日,钢桁梁架设开始,运梁小车载着最重的一段钢桁梁缓缓驶向大桥中心点。2个多小时,钢桁梁只前行了500余米。“钢桁梁的固定是一项繁杂工程。”一段钢桁梁运至目的地后,20个身系安全带的工人围着安装螺丝、固定梁板,每一颗螺丝必须装实安牢。
“工期紧张,我们都没回家。”钢桁梁架设的3个多月中,只要是晴天,袁理和其他工友每天都会在工地上从早忙到晚。
2011年8月19日,最后一段钢桁梁稳稳地架设在矮寨特大悬索桥上,比预期工期提前了8个月。
天堑变为通途
2007年9月19日,吉茶高速公路建设在花垣县麻栗场镇新桥村吹响号角。2012年3月31日,矮寨特大悬索桥及其所在的吉首至茶洞高速通车,至此,长沙至重庆高速公路全线贯通。
天堑变通途,湘西全面进入“高速时代”。高速路网连通了湘西与周边省区市的旅游线路,形成旅游黄金带。以吉茶高速为轴心,北有张家界、芙蓉镇两个大规模的老牌景区,东北有桃花源景区,东面是沅水风光带,南有怀化洪江古商城,西南则有著名的凤凰古城、贵州梵净山……这条以武陵山和沅水为纽带的旅游片区,堪称世界级黄金旅游线路。
高速公路开通把湘西纳入了全国四通八达的公路网络中,极大促进了经济社会的快速发展和民族团结,越来越多的人来“神秘湘西”访古、探幽。人流、物流、信息流的聚集,加快了湘西的现代化进程,激发了生机和活力,从根本上提升了自我发展能力。
长江上有座争气桥
经济日报·中国经济网记者 乔金亮 齐 慧
南京长江大桥是第一座由我国自行设计、施工,并全部采用国产材料的铁路公路两用桥,以当时“最长的公铁两用桥”被载入了《吉尼斯世界纪录大全》。新中国成立50周年时,南京长江大桥与第一颗原子弹、第一颗氢弹一起被列入国家重要成就项目。
江水滔滔,大桥巍峨。在新中国桥梁建设史上,由中铁大桥局承建的南京长江大桥是继武汉长江大桥之后的第二座里程碑。它在跨长江桥梁中具有的象征意义无与伦比,在中国人心目中的地位无法代替,堪称新中国建桥史上不朽的丰碑。
在“不可能”的地方建桥
新中国成立前,美国桥梁专家曾断言,因水文复杂、地质条件差,在南京、浦口之间无法架桥。然而就是在这个“不可能”的地方,新中国的第一代桥梁建设者用自己的聪明才智建起了一座争气的大桥。它的建成标志着中国的桥梁建设在勘测设计、科研试验、施工技术、建筑材料、设备制造等方面,都达到了新的水平。
1956年,国务院批准原铁道部进行南京长江大桥的勘测设计。1957年8月,原铁道部邀请有关省市部门商讨,议定3条原则:同意采用宝塔桥桥址方案;按公路、铁路两用桥设计,桥下通航万吨海轮;根据多快好省的原则建桥,适当考虑城市规划及美观。鉴于当时形势,周恩来总理指示:一切建设必须自力更生。1960年1月,大桥正式施工。1968年10月,大桥铁路桥建成通车。1968年12月,南京长江大桥全面建成通车。
“当时国务院派人来问我,‘没有苏联专家,你们能不能做下来’?我斩钉截铁地说,‘没有苏联专家我们也能修’!桥头堡的结构图是我画的,同时我也负责具体施工。中央要求把大桥建设成为经济、实用、美观的建筑,达到内容与形式的统一,体现时代的气息和民族精神。而大桥的桥头堡正起到了表现建筑气质和时代特色的点缀作用。桥头堡前各有一座高10余米的5人雕塑,象征着工、农、兵、学、商,周围还刻有‘世界人民大团结’的浮雕,体现了浓郁的时代风格。”著名桥梁专家唐寰澄在回忆文章中写道。
当时南京长江大桥建成通车,是社会主义制度优越性的体现,在政治、经济和战略上都有重大意义。大桥把中国南北交通大动脉津浦路和沪宁路连接起来,把大江南北的公路交通连接起来。大桥建成后的40年,每天通过火车240列、机动车3.5万辆,运输收益约60亿元,是建桥投资的20多倍,在我国的现代化建设中发挥了巨大作用。
众志成城克服困难
南京长江大桥建造过程中遇到不少困难和险情,最危险的一次是在1964年秋季,长江汛期特长,水流湍急,四号墩和五号墩沉井的边锚相继崩断,一旦主锚被崩断,近万吨重的沉井和船组就会倾沉江中,大桥就有全部被毁的可能。
关键时刻,党中央急调海军将抢险物资直送工地;江苏省、南京市急拨两艘700匹马力的拖轮夹住五号墩沉井向上游顶推……全体建桥职工夜以继日,献计献策增设“防线”。最终,数千名建设者经过40天的日夜奋战终于战胜了险情。
在桥墩基础施工中,l号桥墩重型混凝土沉井,其面积比篮球场还大,高度相当于10多层大楼,混凝土总量达1.7万立方米。为将这个庞然大物下沉到河床面55米以下的砂砾层,建桥人员除依靠沉井自重外,还采取以吸泥为主,辅之以抓泥、压重等下沉办法,连续奋战17个半月,终于将沉井下沉到设计标高。此外,在桥墩基础施工中,建桥人员还创造了中国桥梁施工中大规模潜水作业的纪录。
受制于经济发展水平,大桥的建设条件也很艰苦。时任大桥技术员冯志涟回忆:“那时,像我这样的技术员每月仅有25斤粮、3两油。那段时间干活根本不分白天黑夜,常常饿得两腿发软眼冒金星。试验成功后,大家还是颇感自豪。”
参与了桥梁设计的戴忠诚老人很有感触地说:“那时做桥梁设计全靠自己边摸索边实践。没有计算机,所有数据全是手算或用手摇计算器,当年的工作环境和条件是现在的年轻人无法想象的。”
技术达到国际水平
南京长江大桥的建桥技术达到当时国际水平。它的建成标志着中国的桥梁建设,在勘测设计、科研试验、施工技术、建筑材料、设备制造等方面达到了新水平,该工程获得全国科学大会奖、国家科技进步特等奖等多个奖项。
南京长江大桥桥址的自然地理条件非常复杂,如何确保9座高七八十米、每座面积比篮球场还要大的江中桥墩稳如磐石成为一道难题。
时任中铁大桥局工程师、现中国工程院院士陈新带领团队综合了各种基础结构的长处,创造性采用4种技术方式,使9个桥墩牢牢固定在江底的岩层上。其中一号墩的重型混凝土沉井下沉入土深达54.87米,至今仍是中国桥梁工程中下沉最深的沉井。大桥高水平、高质量的基础设计与施工,震惊了国际桥梁界。
大桥的铁路引桥桥墩为双柱式框架结构,采用跨度31.7米预应力钢筋混凝土梁,是国内首创。而公路引桥采用梁式桥和双曲拱桥两种不同结构,外观壮丽。
大桥共有10孔9墩,最高的桥墩从基础到顶部高85米,底部面积约400平方米,比一个篮球场还大。正桥的桥孔跨度达160米,桥下可行万吨巨轮。整座大桥如彩虹凌空江上,十分壮观。
正桥上的10孔钢梁总重31581吨,均为我国自行研制生产的高强度16锰合金钢,全部由山海关桥梁工厂制造。这种具有完全自主知识产权的钢材满足了南京长江大桥的需要,也为我国增添了一个新钢种。