貴州萬橋飛架蘊(yùn)含的科技力量

2023-08-18 23:15:36 來源: 騰訊網(wǎng)

貴州，典型的喀斯特地貌造就了山高谷深，“連峰際天，飛鳥不通”“對面喊得應(yīng)，握手要半天”是以前人們對貴州最直觀的印象。

黨的十八大以來，貴州交通人充分發(fā)揮“逢山開路、遇水架橋”的精神，推動(dòng)貴州交通取得歷史性成就，人民群眾出行條件得到根本改善，貴州交通格局實(shí)現(xiàn)歷史性重塑。

【資料圖】

牂牁江大橋。

“世界橋梁看中國，中國橋梁看貴州。”截至2022年底，貴州建成高速公路8331公里，橋梁超過2.8萬座，世界前100座高橋有近一半在貴州，前10座高橋有4座在貴州，15座橋梁共計(jì)獲25項(xiàng)國際國內(nèi)大獎(jiǎng)，其中4座橋梁獲有橋梁界諾貝爾獎(jiǎng)之稱的國際橋梁大會(huì)(IBC)古斯塔夫·林德撒爾獎(jiǎng)，贏得“世界橋梁博物館”美譽(yù)。這里面，從設(shè)計(jì)新理念、建造新工藝、應(yīng)用新材料，貴州交通科技創(chuàng)新讓喀斯特“低頭讓路”的同時(shí)，使17.6萬平方公里的山地貴州變成了“高速平原”。交通科技創(chuàng)新賦能貴州萬橋飛架，使貴州橋梁呈現(xiàn)出“高、大、新、美”的特質(zhì)，折射貴州交通基礎(chǔ)設(shè)施跨越發(fā)展實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。

科技創(chuàng)新成就橋之大

黔貴展新顏，大美貴州橋。在“地球裂縫”的花江大峽谷上，轟鳴的機(jī)器聲回響在峽谷中，一群群交通建設(shè)者正夜以繼日地緊張施工中，這里就是花江峽谷大橋施工現(xiàn)場。花江峽谷大橋，是六安高速的關(guān)鍵控制性工程，1420米的主橋跨徑和625米的橋面至水面高度，將讓這座巨大的鋼桁梁懸索橋刷新世界紀(jì)錄。

大橋在建設(shè)中，受到當(dāng)?shù)貜?fù)雜自然環(huán)境的影響，由于橋有625米高，受峽谷風(fēng)的影響特別嚴(yán)重，為破解這一難題，技術(shù)人員通過風(fēng)洞試驗(yàn)、數(shù)字仿真技術(shù)研究，在主梁上首次采用水平穩(wěn)定板抗風(fēng)，既節(jié)約造價(jià)，又可作為橋旅融合的空中競速跑道。大橋開建時(shí)就用上了專門觀測風(fēng)的設(shè)備——風(fēng)觀測激光雷達(dá)，雷達(dá)可觀測橋位風(fēng)場，經(jīng)數(shù)據(jù)處理與分析后，可獲知橋位風(fēng)速風(fēng)向等基本規(guī)律。

花江峽谷大橋(效果圖)。

超高的墩柱如何在強(qiáng)風(fēng)中巋然不動(dòng)？經(jīng)過一次次試驗(yàn)探索，項(xiàng)目管理團(tuán)隊(duì)研發(fā)出山區(qū)峽谷超高索塔豎向移動(dòng)工廠整體式爬模系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用BIM(建筑信息模型)與CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))三維模板體系精細(xì)化建模，以液壓系統(tǒng)為主動(dòng)力，構(gòu)筑“截面遞減爬升平臺(tái)+施工平臺(tái)頂架+內(nèi)掛平臺(tái)”的整體式造塔平臺(tái)。整個(gè)空間集設(shè)計(jì)研發(fā)、模架爬升、鋼筋部品調(diào)位、混凝土精準(zhǔn)布料、自動(dòng)振搗、峽谷風(fēng)環(huán)境監(jiān)測、智能養(yǎng)護(hù)、安全監(jiān)控、防雷避險(xiǎn)及逃生通道等集成控制于一體，同時(shí)配有智能塔吊、高強(qiáng)度抗風(fēng)電梯等一系列配套設(shè)施，不僅有力提升工程建造質(zhì)效，還可抵御15級(jí)大風(fēng)，確保施工安全。

除了解決峽谷風(fēng)問題，大橋還通過科技自主創(chuàng)新攻克了許多難題。解決一根絲的問題，大橋的主纜采用貴州交通行業(yè)與貴州鋼繩集團(tuán)共同研發(fā)的1960兆帕級(jí)高強(qiáng)鋼絲。這根5.7毫米直徑的鋼絲是經(jīng)過“盤條→拉絲→表面處理→酸洗→水洗→漂洗→磷化→表面清洗→助鍍→熱鍍鋅→鍍鋅鋁鎂合金等11道工序完成，然后，91根絲組合為“一束索股”，再由217束索股組合成了直徑0.96米的主纜，其拉力高達(dá)10萬噸。如果把這座橋的鋼絲折算出總長度，可以達(dá)到近8000萬米，足以繞地球兩圈。解決一粒砂的問題，河砂是建造高標(biāo)號(hào)混凝土結(jié)構(gòu)物的必備原材料，以前建設(shè)橋梁需到省外購買河砂，運(yùn)輸成本高昂。為破解這個(gè)難題，貴州交通系統(tǒng)“因地制宜、就地取材”，就在工程建設(shè)中研究使用開采的山石加工為機(jī)制砂，配制混凝土。這個(gè)創(chuàng)新引領(lǐng)了國內(nèi)機(jī)制砂混凝土的發(fā)展方向。

貴州省交通運(yùn)輸廳總工程師許湘華表示，花江峽谷大橋結(jié)合產(chǎn)業(yè)布局、資源開發(fā)，把具有旅游功能的云渡服務(wù)區(qū)、200米觀光電梯、景觀文化長廊、攀巖、高空觀光水吧及玻璃棧橋式餐廳等橋旅融合項(xiàng)目納入橋梁的整體設(shè)計(jì)中。在大橋建成后，憑借著獨(dú)特的優(yōu)勢將牢牢抓住世人的目光，“橋梁觀光+橋梁運(yùn)動(dòng)體驗(yàn)+旅游服務(wù)”于一體的橋旅融合綜合體，將成為探索貴州橋旅融合3.0樣板。

科技創(chuàng)新造就橋之精

黔中有彩虹，精致動(dòng)心弦。美麗的紅楓湖上，一道美麗的彩虹橫跨兩岸，與毗鄰的紅楓湖大橋遙相呼應(yīng)，成為紅楓湖景區(qū)的一條靚麗風(fēng)景線，它就是榮獲古斯塔夫斯·林德撒爾金獎(jiǎng)的花魚洞大橋。

原來的花魚洞大橋?yàn)轭A(yù)應(yīng)力混凝土桁式組合拱橋，2014年經(jīng)檢測被評(píng)定為四類危橋，2015年檢測后大橋被評(píng)定為主要控制截面的承載能力、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及剛度已不能滿足原設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，2016年對該橋進(jìn)行拆除重建并在原址上建設(shè)新的花魚洞大橋。

由于花魚洞大橋地處5A級(jí)風(fēng)景區(qū)及水源保護(hù)區(qū)，環(huán)保要求極為嚴(yán)格，如何既有效保護(hù)環(huán)境資源，又有效節(jié)約建設(shè)成本，成為了貴州交通人在建設(shè)時(shí)鉆研的難題。經(jīng)過建設(shè)者們不斷的研究論證和實(shí)地勘察，最終創(chuàng)新地提出了“舊橋建新拱，新拱拆舊橋”設(shè)計(jì)思路。

這個(gè)設(shè)計(jì)思路是結(jié)合本橋原橋桁式組合拱受力特點(diǎn)，采用新橋拆舊橋的拆除方案，利用新建橋梁主拱圈強(qiáng)大的承載能力，將其作為拆除舊橋的支撐架，在新建主拱圈上設(shè)置吊索連接舊橋拱圈，施工預(yù)加力以支撐舊橋部分重力，以“拼裝逆過程”思路逐段拆除舊橋，并通過調(diào)整吊索索力控制舊橋主拱圈受力，保證拆除施工順利進(jìn)行。

花魚洞大橋。

在建設(shè)過程中，貴州交通建設(shè)者用實(shí)際行動(dòng)踐行牢牢守住生態(tài)環(huán)保底線的誓言。針對舊橋拆除的各個(gè)施工階段作業(yè)污水，項(xiàng)目建設(shè)者們通過科技創(chuàng)新，自主設(shè)計(jì)了一套污水收集系統(tǒng)將作業(yè)污水，即在切割作業(yè)部位下方設(shè)置流水槽，通過流水槽將作業(yè)污水引流至沉淀池中，經(jīng)過收集、沉淀、隔油等處理，達(dá)標(biāo)后按要求進(jìn)行排放。同時(shí)，為有效防止拆除的廢石料掉入湖中，建設(shè)者們充分借助新建好的提籃拱肋作為支撐，在新建拱橋上布設(shè)若干用于扣掛的臨時(shí)扣鎖，將舊橋的下弦吊起，把切割的廢石料用纜索吊裝的方式運(yùn)送到湖岸邊。通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新，整座大橋的建設(shè)成功實(shí)現(xiàn)“水源零污染、景區(qū)零干擾”的目標(biāo)。

新的花魚洞大橋已于2021年6月29日建成通車，全長270米，成為貴州首座公路提籃式拱橋，它依托精巧的設(shè)計(jì)獲得贊譽(yù)，獲得11項(xiàng)國家專利技術(shù)、1項(xiàng)省級(jí)工法，為處于環(huán)境敏感區(qū)的舊橋改造，提供了一種新的實(shí)施方案，為同類型橋梁的建設(shè)提供了范例，積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

科技創(chuàng)新鑄就橋之美

橋于山水間，美如畫中游。在悠悠的烏江畔，一座嶄新的紅色大橋宛若長虹臥波，跨越烏江兩岸，這便是——德余高速烏江大橋。該橋全長1834米，鋼結(jié)構(gòu)的紅色主橋跨度475米，為目前世界最大跨度上承式鋼管混凝土拱橋。這座擁有“鋼脊梁”的大橋，涉及1.3萬多噸鋼結(jié)構(gòu)，為保證這些鋼結(jié)構(gòu)在高空精準(zhǔn)拼接、精確安裝，烏江大橋的建設(shè)者們在結(jié)構(gòu)體系、施工控制、高新材料方面進(jìn)行了大量創(chuàng)新，探索形成了“新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算原理研究、制造線形控制、智能調(diào)控安裝”成套技術(shù)，在國內(nèi)首創(chuàng)運(yùn)用拱、柱、梁全固結(jié)無支座整體式受力體系，實(shí)行“全栓接”，即全橋主拱、立柱和橋面梁等鋼結(jié)構(gòu)全部通過高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行連接。全橋22萬顆螺栓孔的位置在連接時(shí)不能有絲毫錯(cuò)位，項(xiàng)目建設(shè)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新提出“廠內(nèi)臥拼+現(xiàn)場立拼”雙拼工藝及原形復(fù)位安裝控制方法，完美的實(shí)現(xiàn)了螺栓嚴(yán)密連接。

烏江上風(fēng)向風(fēng)速變化較快，給大橋的拱肋合龍帶來了不少難題。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新應(yīng)用了徠卡TS60全自動(dòng)測量機(jī)器人，研發(fā)了首節(jié)段多點(diǎn)約束精調(diào)支架及拱肋安裝三維姿態(tài)精調(diào)技術(shù)，在拱肋弦管上布設(shè)三維姿態(tài)監(jiān)測棱鏡，對拱肋的三維姿態(tài)、拱肋線形、橫向偏位等進(jìn)行全天候自動(dòng)監(jiān)測。同時(shí)，采用數(shù)字預(yù)拼裝技術(shù)對三維姿態(tài)進(jìn)行自動(dòng)分析，對控制點(diǎn)目標(biāo)坐標(biāo)進(jìn)行精調(diào)，并運(yùn)用全自動(dòng)單點(diǎn)掃描機(jī)器人，實(shí)時(shí)監(jiān)測、動(dòng)態(tài)調(diào)整三維姿態(tài)，用三維激光掃描儀給拱肋進(jìn)行深度“體檢”，覆蓋50萬個(gè)掃描點(diǎn)，建立起高精模型構(gòu)件，用以直觀、快速地檢查出鋼結(jié)構(gòu)件在制造、安裝中存在的誤差，為拱肋的高精度安裝、定位提供了寶貴的數(shù)據(jù)支撐。

德余高速烏江大橋。

為更好地完成大橋拼裝，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)還首創(chuàng)全栓接鋼管混凝土拱橋數(shù)字化預(yù)拼裝成套技術(shù)，在拱肋立拼完成后，現(xiàn)場掃描實(shí)際鋼結(jié)構(gòu)加工線形數(shù)據(jù)，利用獨(dú)有的算法及處理方式，將安裝模型、加工模型、理論模型進(jìn)行高精度匹配組合分析，提前預(yù)判后續(xù)加工、安裝可能遇到的問題。在制造線形控制、拱肋吊裝首節(jié)段姿態(tài)精調(diào)、主拱封鉸及合龍時(shí)機(jī)確定、鋼梁制造誤差檢驗(yàn)、立柱制造及安裝位置確定等過程中，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)均采用了這一技術(shù)，攻克多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)難題。

現(xiàn)在，蘊(yùn)含眾多科技含量的德余高速烏江大橋順利建成通車，成為了烏江上游一道美麗的風(fēng)景，它將進(jìn)一步提高區(qū)域交通通行能力和服務(wù)水平，對促進(jìn)沿線產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)、資源開發(fā)利用、旅游產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。

長虹跨山巔，大道通中原。萬橋飛架助力貴州經(jīng)濟(jì)騰飛，駕車游走在黔中大地，科技賦能貴州橋梁的場景隨處可見。你看，水盤高速北盤江大橋首創(chuàng)預(yù)應(yīng)力混凝土空腹式剛構(gòu)新橋型，納晴高速烏蒙山大橋首創(chuàng)上承式鋼桁——混凝土組合拱橋新結(jié)構(gòu)，最美橋塔平塘大橋主塔造型融入少數(shù)民族服飾和舞蹈元素，牂牁江大橋采用高強(qiáng)度鍍鋅鋁稀土合金密封鋼絲繩吊索，貴金古高速金烽烏江大橋首次采用“北斗定位系統(tǒng)+三維空間激光掃描”等科技智能化技術(shù)，為貴州橋梁帶來了眾多榮譽(yù)，近10年來，該橋梁獲得了國際橋梁大會(huì)(IBC)“古斯塔夫·林德撒爾”金獎(jiǎng)4項(xiàng)、詹天佑獎(jiǎng)2項(xiàng)、魯班獎(jiǎng)5項(xiàng)、李春獎(jiǎng)10項(xiàng)，以及省部級(jí)重大科技專項(xiàng)8項(xiàng)，省部級(jí)(含)以上科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)73項(xiàng)……滿滿的收獲，讓我們見證科技為貴州成為“世界橋梁博物館”注入了靈魂。(文/吳傳金圖/劉葉琳)

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