《科技创新与品牌》杂志社特别报道

用科技书写世界桥梁的神话

天兴洲桥施工主塔穿上保暖服天兴洲桥施工主塔穿上保暖服


        被誉为“新世纪世界级标志性工程”的世界首座公铁两用四线铁路大型斜拉桥——武汉天兴洲长江大桥,经中国中铁大桥局三年奋战,逐步实现了“四项世界第一”、“六大自主创新”和十六项关键技术的突破。一流的建桥科技撑起了世界一流的大桥,充分展示出中国世界一流的建桥水平。

        一流的桥梁设计瞄准世界第一

        中国中铁大桥局承担设计和建造天兴洲长江大桥伊始,这支中国桥梁建设的排头兵就认识到这是推进中国建桥事业科技发展,从“桥梁大国”跨越到“桥梁强国”,提高国际竞争力的机遇,同时,它更是一次挑战。2003年,就在武广铁路快速客运专线天兴洲长江大桥刚刚筹建的时候,中国中铁大桥局领导高瞻远瞩、运筹帷幄、果断决策,本着志在必得、得则必胜的信念,一手抓工程投标,一手抓施工准备。集团公司决策层提前介入,配备精良设备,注入大量资金,组建了“中国中铁大桥局武汉天兴洲长江大桥工程指挥部”,并调集精兵强将,组织了一大批桥梁科研、设计、施工、机械制造的专家进行了多方面的研究和攻关。他们超前部署施工设计、施工准备工作,为主桥工程中标和工程开工奠定了坚实基础。
        大桥设计可行性研究之初,中国中铁大桥局决策层就高屋建瓴地指出:建设天兴洲长江大桥,要研究国民经济的快速发展,要研究铁路建设跨越式的发展。在设计大桥中要瞄准世界新世纪“大跨、轻质、高强、型美”的建桥目标,在桥型设计及功能设计上,要有超前意识,满足跨越式发展的需要。
        武汉天兴洲长江大桥规模巨大,气势宏伟。它集新世纪现代桥梁新技术、新结构、新材料、新工艺于一体,是新世纪举世瞩目的世界级特大型桥梁工程,被国家列为“十一五”重点工程,被铁道部、湖北省列为武广快速客运专线“龙头工程”、桥梁建设的“第五座里程碑工程”;被国际桥梁界誉为“新世纪世界级标志性工程”。天兴洲大桥主桥设计为公铁两用四线铁路双塔三索面三桁梁斜拉桥,为世界首创。天兴洲大桥桥长4657米,主跨504米,荷载2万吨。公路桥为双向六车道,铁路桥为四线并行轨道,设计时速为250公里,桥宽30米。在世界同类型大桥中,它具有“跨度、速度、荷载、宽度”四项世界第一。


钻孔桩浇筑钻孔桩浇筑


        天兴洲长江大桥的四项世界第一,是中国中部崛起、“九省通衢”、大武汉交通枢纽功能发展的需要。全国人大代表、政协委员、中国中铁大桥局兼天兴洲大桥总工程师秦顺全说:“为什么要选址武汉设计、建造天兴洲长江大桥?一是老桥已有50岁高龄,半个世纪超负荷运营,它在功能上已不能满足高速客运列车200公里时速的要求。二是京广快速客运专线及沪汉蓉铁路要在武汉过江,过江列车大幅增加,因而不但要修建天兴洲大桥,而且还必须建成四线铁路大桥。三是桥址必须具备一定的水文地质条件,而武汉江段桥位资源有限,天兴洲大桥正处于武汉中环线过江桥位上,这就决定了它必须是公铁两用桥,必须是四线铁路、六车道双层斜拉桥的桥型,因而也决定了它是世界跨度最大、桥面最宽、荷载最大、列车时速最高的公铁两用桥梁。”
        天兴洲大桥的“四项世界第一”不仅仅是量的增加,而且还是一个质的飞跃。它凝聚着中国中铁大桥局多年以来的科技创新成果。设计之初,以秦顺全及两位工程院院士、三位桥梁设计大师为首的科技精英组成科研班子,多次对桥址线进行反复勘察,按照长江航道及规划部门对大桥航道净空跨度不得小于480米的要求,综合水文、地质及桥型特性,确定了天兴洲大桥504米的主跨。从武汉一桥苏联进口钢梁最大跨120米,到南京大桥国产钢梁最大跨160米,再到九江大桥钢拱加劲钢桁梁最大跨216米,直到芜湖大桥首次采用斜拉索加劲钢桁梁新结构,最大跨达到312米,已是跨长的飞跃,而今天的天兴洲大桥则运用当代最先进科技成果设计为三索面三桁梁结合结构,以武钢产的高强桥梁钢设计主跨504米,跨度竟比芜湖长江大桥长出了192米,比目前位居世界第一的厄勒海峡特大桥主跨490米长出了14米。这足以证实大桥设计及科技进步实现了质的飞跃。它既是我国桥梁科技水平的展示,更是我国工业综合水平的彰显与体现。


围堰制造围堰制造


        一流的科技攻关打造世界一流大桥

        设计、建造世界一流的大桥,就会遭遇诸多难以想象的世界级科技难题。为突破一系列世界建桥史上绝无仅有的难题,中国中铁大桥局在大桥开工之前,便组织了科研专班多次对天兴洲大桥项目包括动力特性分析、四线铁路载荷加载标准等16项关键技术进行了探讨研究与科技攻关。并发挥中国中铁大桥局在桥梁专业领域的科研、设计、施工、机械制造“四位一体”的优势,创造出了诸多技术上的世界第一。
        为满足天兴洲大桥504米主跨及双塔承载2万吨动载压力。大桥局在主跨设计上首次采用三片主桁、三个索面的新型结构形式,主桥的塔桁索相结合、桥体的板桁结合、钢桁梁与混凝土梁组合的新结构为世界同类桥设计的首创。“塔桁索”结合,即设计世界同类桥载重量最大,钢筋混凝土方量最多、强度最高的倒Y型双主塔与三面斜拉索连接牵拉三主桁钢梁。“板桁”结合,即让桥面板与钢桁梁结为一体,共同接受桥面受压及动载,极大地增加了桥梁的强度。“钢混”组合,因主跨504米,边跨因地形地质不能满足252米跨度对称,设计196米会产生重量上的失衡,故采用钢桁梁与重量大的混凝土梁组合结构,不仅可达到梁体重量平衡效果,且有效地降低了大桥的造价。
        中国中铁大桥局在天兴洲大桥建设中,始终瞄准世界先进水平,依靠科技进步,实施自主创新。在前期基础施工中,大桥局采用了两项自主创新新技术。一是巨型双壁钢吊箱围堰定位新技术,利用锚墩预应力钢绞线精确定位新工艺,实现巨型围堰水中定位精确度控制在5厘米以内,此项工艺获国家发明专利。二是3.4米大直径钻孔桩施工技术,专门研制了具有自主知识产权的KTY4000型大扭矩动力头钻机,对大直径钻孔桩钻孔技术和混凝土灌注技术展开研究,在长江中成功实现了直径3.4米钻孔桩的灌注。
        在目前进行的上部结构施工中,又将有四项自主创新技术得以实现。一是首次采用三片主桁、三个索面的新型结构形式,进行空间结构受力分析;二是桥面与主桁采用多种结合形式,实现结构的最佳组合。公路桥面分别采用正交异形板和混凝土桥面板与主桁结合,铁路桥面采用混凝土道碴桥板与主桁结合;三是钢梁架设采用桁段架设新技术,打破多年来桁梁架设常规,实现整体架设钢梁。四是首次采用液压阻尼装置和磁流变阻器,综合解决大跨度铁路桥梁制动传递和温度变形释放面问题。
        中国中铁大桥局,采用一系列自主创新的科研成果,一流的设计与一流的科技攻关,撑起了这座举世无双的高科技精品桥梁,再次书写了世界桥梁的神话。到2008年秋天,天兴洲大桥将以博大雄浑、刚劲挺拔的桥姿、四列动力头高速列车风驰电掣的运营壮观景致,实现胡锦涛总书记的重大嘱托:向世界展示出中国建设者“世界一流”的建桥水平。