圖①:杭州灣跨海鐵路大橋示意圖。
圖②:杭州灣跨海鐵路大橋施工現場,工人們操作大型施工機械開始施工。
圖③:正在施工中的杭州灣跨海鐵路大橋。
圖④:杭州灣跨海鐵路大橋中航道橋效果圖。 中鐵大橋局 供圖
近日,在浙江省強潮海灣杭州灣的上方,一座世界長度最長、建設標準最高的高速鐵路橋梁集群工程——杭州灣跨海鐵路大橋正在建設當中。大橋八號墩主墩平臺鋼護筒插打于日前全部完成,為后續工程推進打下了堅實基礎。
杭州灣跨海鐵路大橋是江蘇南通至浙江寧波高速鐵路(以下簡稱“通蘇嘉甬高鐵”)的關鍵控制性工程。15年前,杭州灣跨海公路大橋正式通車,成為中國基建史上一個奇跡。15年后,杭州灣跨海鐵路大橋一架凌云、飛馳入海,乘著高鐵10分鐘左右跨越杭州灣指日可待。
杭州灣跨海鐵路大橋也是一座世界級超級工程。大橋由北、中、南三座航道橋和跨大堤、海中、淺灘區引橋幾部分組成,建成后,主跨450米的北航道橋和雙主跨448米的中航道橋將雙雙刷新世界紀錄,分別成為世界上跨度最大的無砟軌道雙塔雙索面鋼箱—鋼桁組合梁斜拉橋,以及世界上跨度最大的無砟軌道三塔雙索面鋼桁梁斜拉橋,海中引橋部分將擁有世界上最大主跨、最大聯長的高速鐵路曲線連續梁。
克服世界級強潮海灣帶來的挑戰——
多措并舉提升結構安全性
7月11日,浙江省杭嘉湖地區正式入伏,盛夏熱浪來襲。在嘉興市嘉善縣陶莊鎮汾湖畔,通蘇嘉甬高鐵的“陶莊境內江蘇界至汾湖隧道出口段”即汾湖隧道(浙江段)項目工地上,多臺大型機械和數十名工人正有序配合,避開高溫時段抓緊施工。地下連續墻、三軸攪拌樁等工序穩步推進,一派火熱建設景象。
汾湖隧道(浙江段)項目全長2.22公里,是通蘇嘉甬高鐵的重要組成部分?!敖衲?月份項目進場施工,目前臨建及場地平整工作已完成,進入盾構始發井端頭加固三軸攪拌樁施工?!蓖ㄌK嘉甬高鐵(浙江段)Ⅱ標段一分部項目總工程師楊振鵬介紹道。
從汾湖隧道(浙江段)向南約55公里,一條起自嘉興市海鹽縣、經杭州灣跨至寧波市前灣新區,全長29.2公里的“鋼鐵飛龍”正穿云破霧、跨海而生。
要穿越杭州灣建高鐵,并不容易。杭州灣是世界三大強潮海灣之一,海域寬、風大、流急,尤其是“天下奇觀”錢塘潮,潮差最大可達9米,且灣底海相淤泥質土層較厚,質地松軟,水深較淺。復雜的環境給大橋設計和施工帶來了巨大挑戰。
想象一下,在風大浪高的環境下修建將近30千米的橋,還要盡可能地減小對錢塘江涌潮的影響,保護錢塘江涌潮這一天下聞名的奇觀,挑戰何其艱巨?!斑@就對杭州灣跨海鐵路大橋的跨度布置和橋墩尺寸提出了極高要求?!贝髽虺薪ǚ街需F大橋局杭州灣跨海鐵路大橋設計部工程師唐超表示。
為此,早在建設之初,大橋設計項目組便開展專題研究,“針對海中引橋,當時我們比選了80米、96米、112米跨混凝土簡支梁、結合梁以及簡支鋼桁梁等多種方案,最終創新提出了采用經濟性好、施工方便、運維工作量少、聯長約1.8千米大跨超長聯混凝土連續梁方案?!贝髽蛟O計師汪奔表示。
據杭州灣跨海鐵路大橋設計負責人別業山介紹,這種創新設計,減小了橋梁尺寸、減輕了橋梁自重,最大限度地減少大橋對錢塘江涌潮等水文環境的影響。同時,海上引橋還采用多墩固定、設置減隔震措施,以減小梁端位移,使大跨長聯連續梁結構受力更加合理,提高了橋梁剛度,有利于保障大橋行車平順性及地震作用下結構安全性。
堅持“繡花針”般精準化施工要求——
無砟軌道設計建造精度達毫米級
為滿足海域通航需求,杭州灣跨海鐵路大橋的最大主跨要做到450米。要通過時速350千米/小時高鐵,需要橋梁剛度大,變形小,才能保證列車高速通行時舒適、安全、平穩。
“因此,杭州灣跨海鐵路大橋全程采用無砟軌道設計,這種設計對大跨度橋梁的線形要求極高,橋梁建造的精度需要控制在毫米級?!敝需F大橋局新建南通至寧波高速鐵路站前Ⅲ標項目部工程部部長王寅峰介紹,“對我們承建單位而言,意味著會面臨更多施工難題?!?/p>
據王寅峰介紹,自今年3月份杭州灣跨海鐵路大橋首根樁基在海鹽縣開鉆、大橋正式開工建設以來,中鐵大橋局已完成了項目駐地、標準化拌和站、試驗室等臨建設施以及個別墩位的樁基建設?!皩嶋H施工中,我們面臨著大跨度無砟軌道鋼梁線形施工控制難度大問題,并遇到了航道橋主塔墩160米孔深大直徑鉆孔樁、大跨度鋼箱—鋼桁組合梁斜拉橋先箱后桁、超長聯大跨度預制混凝土箱梁智能化建造等多項施工難關和技術難題”。
為解決這些難題,中鐵大橋局專門成立了以項目總工程師為組長的科研攻關小組,對包括基于數字孿生的大跨度無砟軌道鋼梁線形施工控制技術、軌道精調施工測量技術等課題進行技術攻關,逐一破解問題。
“比如,我們通過研究不同環境、不同溫度下鋼梁的變形規律,結合實時測量數據,建立橋梁線形同步控制模型,為無砟軌道精調工作提供依據,通過實現大跨度無砟軌道鋼梁線形施工控制技術的破難提升,確保大跨度鋼梁線形滿足要求,保障大橋未來的安全性、平穩性?!蓖跻逭f。
一項項技術難關的攻克,有效解決了復雜環境下大橋建設的一系列施工難題,也為今后世界級高速鐵路橋梁建設提供可靠的借鑒經驗。
以在世界上首次采用雙主跨448米三塔鋼桁梁斜拉橋結構的大橋中航道橋為例,中鐵大橋局專門針對杭州灣海域強涌潮、大流速特點,結合施工實際對航道橋主塔墩160米孔深大直徑鉆孔樁施工工藝進行了提升。得益于此,杭州灣跨海鐵路大橋中航道橋以最大樁長131米直徑2.5米的鉆孔樁作為主墩,以最大樁長120米直徑2.5米的鉆孔樁作為邊、輔助墩,它們牢牢插入海底孔洞,形成堅固的橋塔基礎,成為承托起大橋的一個個“超級底座”。未來,凈寬344米的主通航孔將“輕松”滿足萬噸級輪船雙向通航需求。
踐行“綠水青山就是金山銀山”理念——
專業方案將高鐵對環境影響降至最低
在杭州灣跨海鐵路大橋的南岸,有一處觀鳥勝地——杭州灣國家濕地公園。作為西伯利亞、東亞、澳大利亞候鳥遷徙路線上的重要節點,杭州灣國家濕地公園不僅是中國八大鹽堿濕地之一,也是候鳥遷徙途中極為重要的中轉與休憩場所。每年五、六月份,成千上萬的候鳥遠道而來,在這里棲息、繁衍。
為最大程度地減少杭州灣跨海鐵路大橋建設對野生鳥類的影響,設計團隊進行了大量的無障礙穿越專題研究工作。為了減少鳥類與橋梁構筑物的撞擊風險,大橋的主塔、橋墩、橋身等將采用區別于環境背景顏色的色彩搭配,施工單位還將在大橋上設置鳥類自動監控系統,開展對飛經橋面和大橋兩側鳥類的識別、監控和預警。
“大橋穿越錢塘江河口海洋生態紅線區。為滿足生態環保要求,作為施工單位,我們在樁基施工設置專門泥漿池,現場設置鉆渣存儲箱,采用泥沙分離器分離鉆渣,對泥漿循環利用,減少造漿量?!蓖跻灞硎?,施工方在拌和站將洗車廢水經三級沉淀后循環利用,對攪拌車洗車后的砂石經振動砂石分離系統處理后,回收制作便道防撞墩,真正做到節能減排,降低能源消耗。
此外,杭州灣跨海鐵路大橋施工所需的大型機械設備、工程船舶眾多。針對海上施工船舶供油產生的油污水,以及固廢垃圾、生活污水等問題,中鐵大橋局按照相關規定制定作業方案及應急措施,油污水和生活污水聯系專業單位進行回收,防止施工期間對海上生態環境產生影響。
值得一提的是,不僅是杭州灣跨海鐵路大橋,作為國家“八縱八橫”高速鐵路網沿海高鐵通道的通蘇嘉甬高鐵,整線建設都堅持綠色理念。該線路從嘉善汾湖入浙,原定方案是在湖中建橋,但考慮到汾湖建有國家級水上運動中心,下游的太浦河是重要水源保護地,在長三角生態綠色一體化發展示范區總體方案指導下,嘉興市提出了隧道下穿方式,將高鐵對環境的影響降至最低。
這樣一條綠色的鐵路建成通車后,沿線群眾坐上高鐵不到10分鐘就能飛馳過海。途經通蘇嘉甬高鐵的列車呼嘯而過,跨越大海,串聯起寧波、嘉興、蘇州等地,成為沿線城市向上海、杭州等中心城市融合發展的快速通道,長三角城市群將實現真正意義上的“一小時交通圈”。
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