在毫厘間“搭積木”

　　常泰長江大橋主航道橋施工現場。

　　常泰長江大橋泰州側鋼桁拱橋施工現場。陳瑤 攝

　　主塔沉井基礎內井孔蓋板安裝作業。

　　施工人員下放鋼筋籠。

　　“鋼—混”混合結構空間鉆石型主塔施工作業。 圖為常泰長江大橋建設指揮部提供

　　3月15日一早，陽光才透過云層灑下幾道亮光，江面云屯霧集，常泰長江大橋宛若一條鋼鐵巨龍，若隱若現。當記者以為這條巨龍還未“蘇醒”時，遠處已經傳來陣陣機械轟鳴。

　　常泰長江大橋位于泰州大橋與江陰大橋之間，連接江蘇常州與泰州，是長江上首座集高速公路、城際鐵路、普通公路于一體的過江通道。

　　“常泰長江大橋于2019年10月正式開工建設，計劃2025年上半年建成通車。”江蘇省交通工程建設局常泰長江大橋建設指揮部現場指揮長李鎮向記者介紹，“作為長江經濟帶綜合立體交通走廊的重要項目，大橋建成后將對推進‘一帶一路’交匯點建設、更好服務長三角一體化發展和長江經濟帶發展戰略，完善區域路網布局，促進揚子江城市群協調發展等具有重要意義。”

　　修建這樣一條過江通道面臨哪些難題，設計者和建設者們又是如何攻堅克難的？記者就此來到大橋建設現場實地采訪。

　　1 “超級工程”刷新多項世界紀錄

　　常泰長江大橋監控指揮中心臨江而建，距離大橋的直線距離不足百米。站在二層的露臺，記者最直觀的感受就是大橋“這么近又那么遠”。

　　“常泰長江大橋全長10.03公里，其中公鐵合建段長5299.2米，由一座主跨1208米的鋼桁梁斜拉橋、兩座主跨388米的鋼桁拱橋和一座3×124米的連續鋼桁梁橋組成。”中鐵大橋勘測設計院集團有限公司常泰長江大橋設計代表周子明告訴記者，大橋刷新了在建最大跨度斜拉橋、最大跨度公鐵兩用鋼桁拱橋以及最大連續長度鋼桁梁的世界紀錄，“如此設計是要在滿足通航需求的同時，最大限度降低項目施工對周圍環境的影響。”

　　常泰長江大橋地處長江下游，這里既是長江大保護的重要區域，也是航運交通要道，往來航船如織，深水航道寬度達900米。“為了保障通航安全，橋梁主跨要一跨跨過通航水域才行。結合對水文環境和通航能力的影響，最終選擇了斜拉橋作為跨越通航水域的橋型方案。”周子明說。

　　橋型選擇不是常泰長江大橋設計者唯一一次“自我加壓”。修建一座橋需要占用一定岸線資源，如果建多個橋梁就需要更多的岸線資源，這對長江兩岸保護和開發的影響可想而知。為了節約資源、保護環境，設計者繼續“上難度”，把高速公路、城際鐵路、普通公路三種路型集中在這一座橋上：上層橋面為雙向六車道高速公路，下層橋面分別布置兩線城際鐵路和四車道普通公路，使其成為規模最大的多功能荷載非對稱布置橋梁。

　　公路與鐵路的恒載差異大，如果處理不好荷載不平衡問題，橋梁主梁就會發生橫偏變形，造成橋面一邊高一邊低，結構不穩，威脅行車安全。周子明說，為了解決荷載非對稱的問題，一方面在設計上做“減法”，嘗試采用輕型化鐵路橋面系結構，減輕鐵路側重量；另一方面，通過增大上游側斜拉索索力，使得上下游橋面高度保持一致。

　　2 “四項首創技術”破解橋梁建設難題

　　采訪期間記者看到，為實現年中跨中合龍的目標，常泰長江大橋各建設單位正在有序推進主航道橋鋼梁架設和斜拉索安裝等作業。目前，大橋的恢宏身姿已初步顯現，“鉆石型”主塔聳立于長江之中，蔚為壯觀。

　　“兩座主塔的高度均為350米，分為上、中、下塔柱三部分，是目前世界最高斜拉橋橋塔，也是整個橋梁的核心工程。”周子明告訴記者，“鋼—混”混合結構空間鉆石型橋塔和“鋼箱—核芯混凝土”組合索塔錨固結構，是在設計初期針對最大限度滿足使用需求所帶來的挑戰提出的兩項首創技術。

　　一般而言，斜拉橋多采用平面橋塔設計方案，而常泰長江大橋主塔的中、下塔柱則設計成了四塔肢、正八邊形截面的形式。“主塔自身豎向壓力和由斜拉索傳遞而來的‘壓力’將由塔肢傳遞至橋塔底部基礎。因此，主塔截面越大，受力越穩?？梢坏┙孛娉鎏囟ǔ叨扔謺龃蠡炷灵_裂風險，影響橋塔乃至橋梁安全。”周子明解釋，通過縮小單個塔肢截面尺寸，在保證主塔承載能力的基礎上，降低塔肢在施工期和運營期的開裂風險，同時提高了鋼梁整體剛度和行車舒適性，美化主塔空間立體造型。

　　從外觀上看，主塔上塔柱和下塔柱都做了收窄設計，作用卻各不相同。記者了解到，下塔柱使用混凝土材質，結構內收是兼顧了減小塔肢底部基礎總面積和美觀因素。上塔柱收窄后似“一柱擎天”，作用是為斜拉索提供固定支撐力，同時為承受住壓力和彎矩的雙重考驗，首創了“鋼箱—核芯混凝土”組合索塔錨固結構。

　　“鋼箱—核芯混凝土”組合索塔錨固結構利用的是鋼和混凝土兩種不同材料的力學性能差異。從周子明向記者展示的一張截面圖可以清楚看到，上塔柱的設計是一個中空、由鋼材質包裹形成的八邊形鋼箱，中間嵌著矩形混凝土芯。“從材料角度而言，混凝土抗壓性能良好，但抵抗彎矩產生的拉應力能力較弱，而鋼結構抗拉、壓性能均較好。我們充分發揮兩種材料的優勢，將混凝土布置在上塔柱中性軸附近、鋼結構布置在遠離中性軸的外圍，這種結構構造可充分利用鋼與混凝土兩種不同材料的力學性能差異，實現索塔錨固體系局部受力和整體受力的協調統一，大大提升橋梁整體景觀效果。”

　　如果把兩座主塔比作雙臂，撐起大橋的高度和跨度。那么底部的沉井就是雙腳，讓橋塔得以穩穩地立于水中。

　　常泰長江大橋主航道橋橋塔基礎沉井主要采用鋼沉井結構，沉井底面尺寸橫橋向長95米，縱橋向寬57.8米，面積相當于13個籃球場大小，總高72米，足有24層樓高，用鋼量達到1.8萬噸，是目前世界在建最大水中鋼沉井基礎。

　　“沉井既要承擔主跨超千米的橋梁荷載，又要承擔自身重量，若采用上下同寬的常規沉井基礎，則沉井底口需下沉至水下92米才能保證結構安全，這無疑加大了下沉施工的風險。”周子明說，項目團隊提出的第三項首創技術——減沖刷減自重臺階型沉井基礎就能解決這一問題。通過“上小下大”的結構讓沉井“降高減重”，減輕自身重量的同時又有效限制水流對沉井周邊河床土體的沖蝕，減少沖刷深度，將沉井底標高提至水下65米。

　　記者了解到，在常泰長江大橋順利合龍后，第四項首創技術——溫度自適應塔梁縱向約束體系也將在工程中應用。該體系將用數根碳纖維復合材料拉索連接主梁跨中與主塔下橫梁，從而建立塔梁之間的約束，同時利用碳纖維復合材料的溫度特性，使得該體系能夠自動適應結構體系升降溫的變形，不增加結構附加內力，同時改變了縱向荷載的傳力路徑，相比半漂浮體系，可有效降低主塔內力和梁端位移30%以上，提高了梁端伸縮裝置的耐久性。

　　3 匠心“智”造確保毫米級精度

　　對于設計者、建設者來說，常泰長江大橋無疑是個超級工程，不僅因為它有“多個之最”“四個首創”，更在于各環節參與者對精度的追求與把控。

　　如何在復雜的水文環境下建起偌大一座橋？“就像搭積木一樣，把不同類型的桿件逐個、逐層拼接。”接受采訪時，中鐵寶橋常泰長江大橋CT-A5標項目副經理朱斌強答道。

　　看似簡單的操作，實則需要嚴格把控精度。

　　主航道橋兩側鋼桁拱橋的拼裝，需要分步進行。談起弧形拱肋的施工合龍，朱斌強印象深刻。“拱肋與橋面設置了800多根不同長度、不同類型的桿件，桿桿相連，一絲偏差都會影響下一步拼裝。為此，我們每拼接一段，就要對整個梁的長度、軸線角度進行測控，以確保達到毫米級合龍精度。”

　　記者發現，隨著人工智能與制造業的深度融合，在現代化、智能化裝備的輔助下，對工程質量更精細化的追求體現在不同細節中。

　　目前，智能化技術已經成功運用至預制構件流水線生產、桿件制造、總拼、涂裝、檢測等各環節。中交二航局常泰長江大橋CT-A3標項目副總工厲勇輝以索塔鋼筋搭建為例介紹道，以往主要靠人工作業把鋼筋一根根綁起來，質量監控和安裝精度的把控都是難點。“如今，我們通過部品鋼筋智能建造技術，形成集裝配化設計、自動化下料、工廠化制作、快速化安裝、智能化控制于一體的部品鋼筋智能制造自動化生產線，實現鋼筋部品成型精度毫米級控制，加強源頭把控、流程監督，提高了橋塔鋼筋施工質量，保障了工程品質。”

　　對于超大型沉井，將其平穩下沉是一個巨大的挑戰。常泰長江大橋橋址處以黏土與砂土為主，沉井下沉區域分布著不同厚度的硬塑粉質黏土。“這類地層土質硬、黏性強，給水下施工取土增加不少難度。”常泰長江大橋監控中心負責人蔣凡介紹，要保證沉井“姿態”平穩、可視可控，建設團隊淘汰了以往人工測量泥面高程的傳統工藝，取而代之的是在沉井主體結構內部安裝300多個監控元器件，利用智能傳感器自動采集沉井姿態和結構受力數據。同時，還研發了適用于粉質黏土層的電動雙頭鉸刀、氣水混合沖射破土設備、水下機械臂取土機器人等專用裝備，實現取土深度的精確控制及沿預設路徑自動化取土行走作業。

　　為了實時監測橋梁施工情況，建設團隊還建立了基于BIM的數字孿生施工場景，可以實時跟進施工進展，全方位對施工控制數據進行分析和預警，并根據算法提供下一步最優的解決方案，來控制現場的精度。

　　后方有人工智能加持，前方有大國重器護航。在常泰長江大橋的建設工地上，代表中國高度的12000噸·米和15000噸·米塔式起重機守護并見證了橋塔從無到有。據了解，塔式起重機最大起重量600噸，最大起升高度400米，相當于可以一次將300輛小轎車起吊至130層樓的高度。其內部搭載的智控系統，可實現塔機極限過程的數字化安全管控。配備的多面多缸同步頂升，能夠將頂升誤差控制在毫米級。（本報記者 陳瑤 自江蘇報道）