長虹飛架，高鐵將上舟山羣島（產經觀察）
本文轉自：人民日報
探訪世界上跨度最大的公鐵兩用跨海橋甬舟鐵路西堠門公鐵兩用大橋
長虹飛架，高鐵將上舟山羣島（產經觀察）
本報記者 李心萍
《 人民日報 》（ 2024年09月25日 第 18 版）
正在施工的甬舟鐵路西堠門公鐵兩用大橋。 郭少山攝
東海之濱，舟山羣島與浙江寧波隔海相望。連接兩岸、跨越天塹的甬舟鐵路建設如火如荼。
西堠門公鐵兩用大橋，甬舟鐵路的控制性工程，主跨達1488米，是世界上跨度最大的公鐵兩用跨海橋，也是世界跨度最大的斜拉—懸索協作體系橋樑。通過智能化、信息化、數字化手段提升施工質量，工程穩步推進，高鐵“上島”即將在舟山羣島實現。
探索新結構
兼顧剛度與跨度，創造公鐵兩用橋跨度紀錄
西堠門公鐵兩用大橋，連接舟山羣島的金塘島與冊子島，所處海域風大、浪高、水深、流急，須同時滿足高鐵、汽車通行以及船舶通航要求。
“大橋處在進出寧波舟山港的海上黃金通道，每天過往200多艘3萬噸級集裝箱輪和多種散貨輪，主跨必須超千米。”中鐵大橋院總工程師肖海珠說，再結合水下地形特點，主跨需達到1500米級。
主跨1500米級的公鐵兩用大橋，在中國橋樑建設史上從未有過。我國已建成的最大跨度公鐵兩用橋爲滬蘇通長江公鐵大橋，主跨爲1092米；已合龍的最大跨度公鐵兩用橋爲常泰長江大橋，主跨爲1208米。這兩座公鐵兩用橋，均採用斜拉橋體系。“對斜拉橋而言，跨度1200米級已到極限。”中鐵大橋局西堠門公鐵大橋總工程師王東輝說，隨着跨度加大，構件規模、施工風險將呈幾何式增長。
“目前，世界上的超大跨度橋樑普遍採用懸索橋體系。不過，大跨度懸索橋剛度較弱，難以滿足動車組列車通行要求。”肖海珠告訴記者，爲此，西堠門公鐵兩用大橋創新採用了斜拉—懸索協作體系。這種新的結構體系，兼具斜拉橋剛度大、懸索橋跨越能力強的優點，相較於單一結構橋型，在同等材料和工藝的情況下，更能保障施工安全、通行要求。
2017年，西堠門公鐵兩用大橋進入可行性研究階段。經初步論證，中鐵大橋院設計組提出了主跨1488米斜拉—懸索協作體系橋方案。“彼時，在我國即便是公路橋樑，都不曾有設計並建造過主跨超過300米斜拉—懸索協作體系橋的先例，但我們對方案底氣十足。”肖海珠說。
底氣源自10多年的研究積累。據介紹，中鐵大橋院2003年即啓動斜拉—懸索協作體系研究，10餘年探索，終於成功完成斜拉—懸索協作體系的基礎研究，摸清相關技術參數。隨後，設計組與業主方積極溝通，經歷了幾十次研討會以及三次方案評審會後，終於贏得專家和建設單位的認可。
解決了大跨度難題，西堠門公鐵兩用大橋還面臨大風挑戰。
大橋所處的西堠門海峽寬度僅約2700米，較窄的海峽形成狹管效應，再加上其處在沿海高風速帶，每年6級及以上大風天超過100天。而大風，容易引發橋樑發生顫振現象，導致結構破壞。相關測算顯示，西堠門公鐵兩用大橋須抵禦的最大風速應達64米/秒，超過17級颱風中心最大風力。
“爲此，我們專門設計了三箱分離式鋼箱梁結構，中間箱通行高鐵，兩側邊箱分幅通行公路。”肖海珠說，整個橋面形狀就像倒過來的機翼，箱與箱之間的鏤空幫助大橋獲得良好的氣動外形。經風洞試驗驗證，即使風速達到107米/秒時，主樑也不會出現顫振。
2022年10月31日，西堠門公鐵兩用大橋正式開工。目前，大橋主橋5號主墩、4號主墩已從海底拔地而起。
研發新裝備
主墩在海底岩層中“生根”，穩穩立於大海之上
建橋先要建基礎。支撐起跨海大橋的橋墩基礎，是大橋建造成功的“重中之重”，也是支撐橋樑跨越天塹的“定海神針”。
大橋冊子島側主墩（5號主墩），所處位置水深達60米，海下地形起伏不平，最大高差可達8米，基岩裸露且海牀面傾斜。“大風、急流、裸岩、深水，在這種條件下打樁難度極大。”中鐵大橋局西堠門公鐵大橋常務副經理李永旗說。經過多輪討論協商，中鐵大橋局與中鐵大橋院最終決定：由18根直徑6.3米的超大直徑鑽孔灌注樁來組成主墩樁基。
確定了施工方案，各類智能裝備相繼進場——
首先登場的是自浮式鋼桁架鑽孔平臺。這是一個重7600噸、相當於31個標準籃球場大小的施工平臺。爲了將平臺運至墩位處，施工單位出動了5艘拖船。
再登場的是大型動力頭鑽機。要想往海底岩石裡打樁，離不開“金剛鑽”的助力。爲此，中鐵大橋局聯合國內廠家成功研製出了ZJD7000大型動力頭鑽機。這臺“金剛鑽”不僅“力大無窮”，還“聰明伶俐”，配備先進智能化、視頻監控和遠程傳輸系統，具有無線遙控操作、多點監控、故障報警、遠程故障診斷等功能。在一系列智能設備的加持下，大橋5號主墩18根6.3米鑽孔樁順利完成。
另一側，金塘島側主墩（4號主墩）則採用了截然不同的工藝——設置沉井基礎。
“這是世界首座嵌入式設置沉井基礎，此前從未有過先例。”中鐵四局項目部總工程師李勇海介紹，整個鋼沉井重達1萬噸，是個外徑達58米、內徑36米、高37米的“大傢伙”。目前，沉井已順利精準沉放到位，正在緊張有序推進沉井封底混凝土澆築施工。
採用新技術
讓大橋施工“耳聰目明”，更好應對天氣影響
風速儀、波浪儀、海流計、潮位計、溫溼度儀……走進大橋施工現場，一系列監測設備琳琅滿目，如同走進了海邊氣象站。
這一切，都是爲了摸清海洋氣候，儘量減少風浪對精準施工的影響。“風浪衝擊會帶來施工誤差、安全風險。通過智能系統實時監測風、浪、潮、流等信息，可以提高對風、雨、霧、氣溫的預報精準度和預報效率，以便我們及時針對惡劣天氣快速響應。”中鐵大橋科學研究院技術員徐有良說。
目前，中鐵大橋局技術團隊已研發出“複雜海洋環境下風、浪、流實時監測系統”，可精準預測未來7天風速、潮位、水流速等氣象信息。
2022年，颱風軒嵐諾和梅花經過舟山區域，施工區域瞬時實測最大風速34.75米/秒，最大浪高3.04米。“正是得益於這套系統，我們提前組織對設備進行保護、人員有序撤離，極大降低了損失。”徐有良說。
施工過程，既要“耳聰目明”，也要“心中有數”，數字孿生系統發揮了重要作用。
例如，在自浮式鋼桁架鑽孔平臺的安全過程中，施工團隊在平臺上裝配了傾角儀、北斗傳感器、錨索計等傳感器。這些數據實時傳輸到後臺，在電腦內生成自浮式鋼桁架鑽孔平臺的“數字分身”。
“數字孿生系統真實模擬了現場實景，我們通過‘孿生體’反饋的結構狀態和調索指令，對施工平臺進行調控，指導平臺精準定位。”中鐵大橋局橋科院總經理王波說。
再比如，在5號主墩的混凝土澆築過程中，施工團隊利用三維激光掃描儀，獲取了鋼結構件的“身材數據”，並進行雲端“彩排”。
“雲端‘彩排’，不佔用場地資源、省時省力，幫助我們及時瞭解拼裝過程可能出現的問題，及時對誤差、位置關係、碰撞等進行調整，保證實際施工高效進行。”中鐵大橋局橋科院總工程師彭旭民說。
鷗鷺眠沙，漁樵唱晚，蔚藍的海域養育了依海而居的人們，施工過程更需踐行綠色理念。
這一點，智能系統再次發揮重要作用。在整個大橋施工工地，PM2.5、PM10、風速、溫度、噪聲等監測設備隨時可見，實時採集環境參數。
“系統一旦發現超閾值指標，便會自動預警，拌和站噴淋降塵系統自動開啓，砂石料倉噴霧設施也會自動噴霧降塵。”王波說。
放眼舟山羣島，一座座橋樑連通島嶼。作爲國家中長期鐵路網規劃中的重大項目，甬舟鐵路建成通車後，將結束舟山羣島不通鐵路的歷史，爲“軌道上的長三角”作出新貢獻。