原標題:創(chuàng)多項“世界之最” 滬蘇通長江大橋刻下“江蘇烙印”
7月1日,世界上首座跨度超千米的公鐵兩用斜拉橋——主跨1092米的滬蘇通長江公鐵大橋通車運營,這也標志著世界公鐵兩用斜拉橋主跨將邁入“千米級”時代。
滬蘇通長江公鐵大橋創(chuàng)下多項“世界之最”,這其中,我省企業(yè)和高校廣泛參與,刻下“江蘇烙印”。大橋建設中用了大量的新材料、新技術、新裝備和新工藝,擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)。這座橋成為一座創(chuàng)新之橋、科技之橋,更成為一座檢驗江蘇智造的實力之橋。
超高強度斜拉索堪比全球“最硬的鱗”
滬蘇通長江公鐵大橋南起蘇州市張家港市、北至南通市通州區(qū),橋址處靠近長江入海口,江面寬達6公里。
縱觀滬蘇通長江公鐵大橋,首先映入眼簾的是一根根纜索組成的斜拉索,每一根纜索都在牢牢地“拉”住混凝土橋面。“大橋的跨度大,荷載重量大,對鋼梁和斜拉索的要求非常之高。”法爾勝泓昇集團有限公司副總裁、總工程師劉禮華告訴記者,法爾勝泓昇集團聯(lián)合合作單位,經(jīng)過長達4年的研發(fā),找到了最佳材料配方和工藝,最終生產(chǎn)出了直徑7毫米的“最硬”鋼絲,單根鋼絲可吊起5輛家用汽車,為大橋提供了2000兆帕的超高強度斜拉索,刷新了國內(nèi)斜拉索承載力紀錄。
“2000兆帕的鋼絲我們從未生產(chǎn)過,這種直徑為7毫米的超高強度鋼絲在世界上還是首次應用,充滿挑戰(zhàn)性。”劉禮華說,單根鋼絲需要同時保證扭轉(zhuǎn)、纏繞等16項指標全部滿足要求,在當時國內(nèi)沒有任何經(jīng)驗可借鑒。強難之下,法爾勝泓昇集團利用江蘇的制造業(yè)優(yōu)勢,聯(lián)合在江陰的企業(yè)“興澄特鋼”做原料,先做鋼絲后做纜索。
“鋼絲強度有一個理論極限,達到2000兆帕基本接近理論相對高度。”劉禮華表示,鋼絲從1770兆帕變成1860兆帕,僅僅是工藝上的突破;而1860兆帕到2000兆帕,則是原則性的技術包括煉鋼技術、拉拔技術及專利上的突破。通過一次次試制、試驗、檢測及分析,不斷地反饋問題、解決問題,通過對上百項工藝參數(shù)進行調(diào)整、摸索、驗證,一步步提高各項性能指標,經(jīng)過長達6年的努力,法爾勝泓昇集團最終開發(fā)出滿足滬蘇通長江大橋的超高強度鋼絲。
世界最高強度纜索的使用,使整個大橋在同樣載荷的情況下,減少了用鋼量和用索量。除此之外,這些纜索還有多項自主創(chuàng)新,據(jù)劉禮華介紹,纜索的涂層采用鍍鋅鋁稀土,耐腐蝕壽命長,單根纜索長度達到了576米,在世界上排名第一;全球首創(chuàng)智能索技術,在纜索內(nèi)部放置光纖24小時監(jiān)測纜索受力;在纜索領域已做到全球領跑。
主塔最高沉井最大,創(chuàng)下兩項世界紀錄
斜拉索拉起橋面,最終需要通過大橋的索塔承壓受力。斜拉橋跨度越大就要求索塔建筑高度越高。滬蘇通長江公鐵大橋主跨為1092米,主塔高度就隨之攀升到330米,相當于110層高樓,為世界最高公鐵橋主塔。
高聳入云的主塔給施工帶來了不少難題。對于混凝土而言,強度越大,標號越高,意味著黏度越大,就像很稠的粥,流動性差,難以泵送至高空;在普通的工程環(huán)境,混凝土灑水養(yǎng)護、保溫、保濕相對容易,混凝土抗裂容易得到保證,但這些在330米的高空中難以實現(xiàn)。
為提高主塔的穩(wěn)定性及塔柱的抗扭剛度,施工人員通過調(diào)整配合比,研究出了一種新型混凝土,一舉解決了泵送難、不抗裂等難題。但如何將大體積的混凝土泵送到百米高空,又怎樣提高混凝土的抗裂性能,也需要技術上的突破。江蘇蘇博特新材料股份有限公司工作人員介紹,他們通過數(shù)百次的試驗,創(chuàng)新研發(fā)出減小收縮的功能型混凝土外加劑,攻克了“高強大”體積混凝土收縮開裂的國際難題,為超高主塔的建造提供了有力的保障。
1092米的跨度和330米的主塔高度為大橋的建設帶來不少難題,要想“跨得穩(wěn)”,就要“立得住”,主墩鋼沉井就是這一“跨”的關鍵所在,必須沉的很深。中鐵大橋局副總經(jīng)理、滬蘇通長江公鐵大橋項目部經(jīng)理羅兵介紹,滬蘇通長江公鐵大橋沉井基礎長86.9米,寬58.7米,高約110米,平面面積相當于12個籃球場,是目前世界上體積最大的水中沉井基礎,要將這些“定江神針”精確地沉入江底絕非易事。
施工過程中,大橋項目部請來無錫研究深水探測的中國船舶第七〇二研究所,利用水下機器人進行沉井封底前的基底探測。中國船舶第七〇二研究所所長何春榮表示,基底探測在沉井施工過程中可判斷下一步施工是否達到要求;通過水下機器人的視頻探測和聲吶掃描,施工方可直觀地看到水底情況,準確測量出淤泥的高度、厚度,發(fā)現(xiàn)水底障礙物,為井孔內(nèi)精確抓泥、高壓射水,清除沉積江底數(shù)百米的障礙物提供了科學的數(shù)據(jù)支撐。
東大自創(chuàng)自平衡測樁技術“四兩撥千斤”
萬丈高樓始于壘土,橋梁建設也是如此,滬蘇通長江公鐵大橋同樣少不了穩(wěn)固的地基基礎。滬蘇通長江公鐵大橋樁基礎承載性能以及設計參數(shù)指標的確定也是應用的“江蘇技術”,東南大學土木工程學院龔維明教授團隊早在2014年就前往大橋選址處,通過其自主研發(fā)的“深基礎自平衡法承載力測試成套技術”,成功解決了滬蘇通大橋樁基礎建設過程中所面臨的超高噸位、超大尺寸、超長埋深、復雜環(huán)境下承載力測試難題。
“滬蘇通長江公鐵大橋全線地基土體偏軟,樁基礎打到什么深度,既經(jīng)濟又安全,很考驗我們的技術。”龔維明告訴記者,現(xiàn)場地下200多米處才出現(xiàn)巖層,樁基礎合適的持力層選擇不僅關系到基礎建造成本和施工難易程度,更直接決定了樁基承載安全性能。通過團隊研發(fā)的“自平衡測樁技術”,將自主知識產(chǎn)權(quán)的“荷載箱”埋設在樁身一定深度的“平衡點”位置處,實現(xiàn)大噸位樁基承載力“四兩撥千斤”式的精確測試,并進一步得到樁基礎設計所需的參數(shù)指標。
龔維明介紹,應用該項技術,還可使承載力測試時間由傳統(tǒng)的一個多月縮短到幾天。據(jù)悉,該技術已被國內(nèi)外500多家企業(yè)應用于國內(nèi)32個省市以及15個“一帶一路”沿線國家的12000多個工程,解決了重大工程深基礎承載力測試的技術難題,并創(chuàng)造了多項世界測試紀錄,目前在建的南京五橋等橋梁工程也應用了這一技術。
通車后,滬蘇通長江公鐵大橋已實現(xiàn)5G信號全覆蓋,這也是全國首座使用5G漏纜實現(xiàn)信號覆蓋的高鐵大橋。據(jù)介紹,大橋公路面將采用華為5G新型微站覆蓋,鐵路面采用中天新型5G泄漏電纜覆蓋,引橋部分采用南通鐵塔建設多座超高鐵塔站點進行補充覆蓋。相比公路面,鐵路面無線通信的覆蓋更難更復雜,中天科技通信產(chǎn)業(yè)集團總裁沈一春介紹,高鐵車體損耗大,對漏纜系統(tǒng)損耗、頻率兼容性能提出了更高的要求。為此,中國鐵塔—中天科技聯(lián)合實驗室對大橋覆蓋要求和漏纜整體系統(tǒng)損耗做了詳盡分析,采用漸變分頻技術,使整體信號覆蓋均勻,創(chuàng)新開發(fā)了新型5G漏纜。
中鐵大橋局滬蘇通長江公鐵大橋項目部常務副經(jīng)理查道宏表示,目前5G信號全覆蓋的大橋能滿足用戶高速上網(wǎng)、高清語音通話、VR/AR等5G應用,同時可升級SA網(wǎng)絡,實現(xiàn)低時延、大連接等工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用,屆時,大橋?qū)⒊蔀橐蛔嬲闹悄芑瘶蛄骸?張宣 王夢然)