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北盘江大桥翻越技术新高峰
2016-09-19  中国桥梁网 分享到:

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        山峦叠嶂、云海飘渺,北盘江如玉带般在山中盘旋。高耸的索塔挺立在两岸山头,28对拉索、红色梁体与其融为一体,如同即将远航的帆船,连起了贵州都格与云南宣威。9月10日,由中交公路规划设计院设计,中交二航局承建的贵州毕都高速北盘江大桥合龙,两地车程由4个小时缩短为1小时指日可待。

        该桥全长1341.4米,桥面到谷底垂直高度565米,相当于200层楼高,成为目前世界第一高桥。同时,大桥东、西两岸的主桥墩高度分别为269米和247米,大桥为连续钢桁梁斜拉桥,720米的主跨,在同类型桥梁主跨的跨径中排名世界第二。

        寻求突破

        2009年,中交公路规划设计院有限公司(以下简称公规院)的设计团队初接北盘江大桥的设计任务。

        在勘察现场时,从塔基安全性和方便施工的角度,设计团队确定了北盘江大桥的跨径应该在670米以上。这一数字已超出了梁式桥、拱桥混凝土斜拉桥的适用跨径范围,同时综合考虑桥位处的地形条件、施工可实施性等因素,适合本桥建设条件的方案只能在钢桁架梁斜拉桥、钢桁架梁悬索桥(坝陵河大桥的桥型)两个方案中进行比眩

        在此之前,公规院设计完成的贵州坝陵河大桥即将于当年底建成通车。就在所有人都以为,这一次这个团队肯定会照搬坝陵河悬索桥的成熟设计方案和完整建设经验时,公规院却另辟蹊径,给了业界一次不小的震动:创新推出了山区特大跨径钢桁梁斜拉桥方案。

        许多人提出疑问:西部地区高速公路跨越深山峡谷的大跨径桥梁基本都选择了悬索桥方案,如贵州坝陵河大桥、湖北四渡河大桥和湖南矮寨大桥,设计队伍已经积累了丰富的设计、施工经验,为何弃之不用?

        面对质疑,团队的想法很简单:照搬很容易,创新更煎熬,但创新是职业工程师难以割舍的天性,是公规院代代相传的专业素养,是一种永不停息的追求。他们想通过不断创新、挑战自我,为世人奉献一座全新的精品大桥。

        不仅如此,当地的一些具体情况,也让他们不得不创新。北盘江大桥两岸均为高达500米的高陡边坡,两岸岸边均为悬崖峭壁,且分布了一些溶蚀裂隙带,悬索桥型锚碇的大开挖对边坡稳定和安全影响较大,大开挖的弃渣将严重影响生态环境。

        同时,桥址区基岩地层为可溶性的碳酸盐岩地层,地下水活动频繁,形成竖直发育的岩溶洞穴,对桥梁地基基础的安全形成严峻考验,很难找到适合悬索桥的锚碇布置位置。

        此外,对于主跨跨径为500至800米的山区大跨径桥梁,钢桁梁斜拉桥在经济性上比悬索桥具有更强的竞争优势,对环境影响小,无疑是一个既经济又环保的最佳方案。

        为此,公规院组织了一支强大的桥梁设计阵容,经过多轮技术、经济比选论证,最终确立了最佳设计方案——北盘江大桥采用主跨720米钢桁梁斜拉桥。

        精心设计

        在山区修建钢桁梁斜拉桥,最大的建设难点是如何选择合理的施工方案。

        北盘江大桥桥位地势险要,两岸索塔坐落于悬崖边,中跨桥面距离峡谷底最大565米,边跨桥面距离地面约100米,并且由于地形的限制,边中跨比仅为0.36,主梁的架设成为本项目的最大难点。

        如果采用常规的对称悬臂拼装方案,一是由于地形急剧变化缺少喂梁平台,二是工期难以保证。同时又有四个作业面,用于悬索桥施工的缆索吊方案也难以派上用场;本桥边跨桥面距地面高度也达到了100米,如果边跨采用支架拼装,每延米近20吨的主桁自重无疑加大了高支架的风险。如采用常规的边跨落地支架中跨缆索吊机的施工方式,至少需要投入约1.5万吨支架,施工成本巨大,支架施工安全风险及施工费用又将会大大提高。

        一时间,项目陷入僵局,斜拉桥方案迟迟无法落地。

        关键时刻,公规院设计团队的负责人彭运动、刘波,技术骨干侯满、曲春升等人迎难而上。他们经过查阅大量资料,悉心比癣潜心钻研,一次次挑战自我、否定自我,直至对国内外桥梁的施工方法有了焕然一新的认识,最终做到了战胜自我——

        本桥主桥两岸端部设计标高与山坡顶部地面标高接近,设计组敏锐地抓住了这个细节,创新性提出在边跨增设一个辅助墩、边跨采用顶堆的施工方案:边跨钢桁梁顶推与索塔同步施工,边跨钢梁就位后,主跨采用桥面吊机进行拼装。

        这一施工方案既可以大大降低山区高支架施工风险,又能将施工工期比悬索桥方案缩短半年,更重要的是对桥下水域无污染,不会破坏岸坡稳定,真正做到绿色工程、环保工程,这种施工方法在斜拉桥施工中属首次应用,参建各方及专家终于被设计组细致巧妙的方案征服,一致同意选用钢桁梁斜拉桥方案。

        设计负责人彭运动说,虽然每一次的设计过程都异常艰辛,每个新的技术方案得到认可都要经过反反复复的计算和说服,但最终守得云开见月明的时候,那种巨大的幸福感和满足感是对每一位桥梁工程师的最高褒奖。

        完美对接

        北盘江大桥作为一座世界级桥梁,建设中面临山区大体积承台混凝土温控、超高索塔机制砂高性能混凝土泵送、山区超重钢锚梁整体吊装、边跨高墩无水平力的钢桁梁顶推、大跨钢桁梁斜拉桥合龙等五大技术难题。

        面对这些技术难题,中交二航局项目部发挥“争科技领先、创管理一流”的企业精神,以项目为依托,以创新为核心,通过“小课题解决大问题,小创新实现大效益”,成功攻克五大技术难题,在国内率先实现将机制砂混凝土泵送高度提升到269米,钢桁梁斜拉桥上应用步履式顶推、斜拉桥上采用先边跨后中跨的非对称施工、大桥两岸采用不同施工工艺架设加劲梁等四项技术创新,实现了大桥的完美对接。

        以边跨高墩无水平力的钢桁梁顶推为例,工程创新性采用模块化钢桁梁自动顶推为钢桁梁顶推开启双保险。北盘江大桥桥深墩高,承重能力强,但受弯受拉的能力有限,大桥辅助墩墩高84米,相当于28层楼高,对这样的大高个,上面如果稍有风吹草动都会引起下面的剧烈晃动。采用钢桁梁步履式顶推技术,会大大减轻墩身所受的水平力,从而控制辅助墩根部的弯矩,通过二航局武港院技术攻关,钢桁梁步履式顶推可以自动调节不同工位钢桁梁自重分配的不均匀性,实现了顶推过程中荷载转换、支撑系统往复移动、桥梁结构稳步前移的功能。通过循环“顶—推—降—缩”几个步骤逐步完成梁的顶推,实现钢桁梁的竖向、顺桥向的移动或调整,保证钢桁梁的坡度、全桥线形,最终完成重达6600吨的边跨钢桁梁顶推施工。该技术荣获第十七届中国专利奖金奖。

        作为杭瑞高速贵州境内毕节至都格(黔滇界)段的控制性重点工程,北盘江大桥的成功合龙,标志着以我国东部城市杭州为起点,贯穿浙江、安徽、江西、湖北、湖南、贵州至云南瑞丽口岸等7省3404公里的杭瑞高速公路打通“最后一公里”。今年底全面建成通车后,将有效改善云、贵、川、渝等地与外界的交通状况,提高区域路网服务水平,充分发挥高速公路的辐射带动效应,促进地方社会经济发展,为国家“一带一路”战略添上浓墨重彩的一笔。(经济日报记者齐慧)

        (原标题:北盘江大桥翻越技术新高峰)

        本文来源:中国经济网
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