新中國科技75年|“中國橋”——楊泗港長江大橋

    中國橋、中國路、中國隧、中國港、中國船、中國車、中國樓、中國高鐵、中國核彈、中國航天……新中國成立75周年，取得無數(shù)巨大成就，實現(xiàn)無數(shù)偉大工程。中國科技伴隨新中國的成長走過了艱辛而又不平凡的75年。讓我們共同回顧祖國科技輝煌的75年歷程！

　　楊泗港長江大橋是湖北省武漢市境內(nèi)連接漢陽區(qū)與武昌區(qū)的過江通道，位于長江水道之上，是武漢市第十座長江大橋。楊泗港長江大橋于2014年12月3日動工興建; 于2018年12月29日完成合龍工程，大橋全線貫通;于2019年10月8日通車運營。楊泗港長江大橋的建成在當(dāng)時創(chuàng)下多項世界紀(jì)錄：主橋1700米的跨度，使大橋成為世界上跨度最大的雙層懸索橋;主橋設(shè)置雙層雙向十二車道，是世界上通行能力最大的公路橋梁;大橋主纜設(shè)計張力6.5萬噸，采用世界上強(qiáng)度等級最高的主纜鋼絲;大橋設(shè)置機(jī)動車道、非機(jī)動車道、人行觀光道等，集過江交通與觀光于一體，是長江上功能最完備的橋梁。

　　見證中國懸索橋技術(shù)領(lǐng)跑全球

　　圖為：楊泗港長江大橋今日正式通車。

　　楊泗港大橋北起漢陽國博立交，止于武昌八坦立交，全長約4.13公里，是楊泗港快速通道的重要組成部分。大橋設(shè)計為主跨1700米的雙層雙向12車道公路懸索橋，是目前世界跨度最大的雙層橋梁、跨度第二大的橋梁，也是目前世界上通行能力最大、使用功能最完備的大跨懸索橋。

　　大橋上層是快車道，有雙向6車道，時速80公里，兩側(cè)各有一條人行觀光道，共有8處休息觀光區(qū)，并設(shè)有座椅;下層有雙向6車道，時速60公里。這一層在兩側(cè)還各設(shè)計了一條非機(jī)動車道和人行道，這也是長江大橋上首次設(shè)立非機(jī)動車道。

　　2016年8月，楊泗港長江大橋2號塔沉井下沉到位。(圖源；湖北日報)

　　為什么要建中間不設(shè)橋墩、“一跨過江”的懸索橋?

　　中鐵大橋局楊泗港長江大橋項目部經(jīng)理羅瑞華解釋，主要出于兩個方面的考慮，一是大橋地處“橋群”河段，橋址8.2公里范圍內(nèi)有武漢長江大橋、鸚鵡洲大橋、楊泗港大橋、白沙洲大橋等4座長江大橋，橋梁密度世界罕見。由于橋梁距離較近，每一座橋的橋墩間距不一致，通航船舶需要不停調(diào)整方向。楊泗港大橋不設(shè)橋墩，保障了白沙洲至鸚鵡洲大橋6公里內(nèi)無需調(diào)整方向，有利于船舶通航。

　　此外，在楊泗港長江大橋與鸚鵡洲長江大橋之間的江面下，有一處3公里多長用于治水的潛壩，在枯水期會露出水面。楊泗港大橋緊鄰潛壩的一端，如果設(shè)橋墩，就會改變水流方向和水沙比，影響潛壩功能?！翱梢哉f，1700米的‘世界第一跨’是被逼出來。”

　　羅瑞華坦言，改革開放后，隨著中國經(jīng)濟(jì)的騰飛，以中鐵大橋局等為代表的橋梁建設(shè)單位，在懸索橋技術(shù)上不斷突破，用40年時間完成了學(xué)習(xí)、跟隨到引領(lǐng)的過程。創(chuàng)造了多項“世界之最”的楊泗港長江大橋，代表了目前世界懸索橋最高技術(shù)水平。

2017年9月24日，楊泗港橋南錨碇完工。 (圖源；湖北日報)

　　武漢市城投集團(tuán)相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，楊泗港長江大橋通車后，將大大緩解武漢市的過江壓力。武昌的南湖、光谷等片區(qū)的居民駛?cè)霔钽舾劭焖偻ǖ?，通行楊泗港長江大橋，20分鐘便可抵達(dá)漢陽，全程高架連接月湖橋，30分鐘便可抵達(dá)漢口主城區(qū)。楊泗港大橋的通車，對完善武漢市快速路網(wǎng)、優(yōu)化城區(qū)交通格局將發(fā)揮重要作用。

　　2017年11月21日，封頂后的楊泗港長江大橋北主塔。(圖源；湖北日報)

　　克服決堤風(fēng)險，與洪水賽跑，穿過10.6米硬土

　　率先嘗鮮超硬黏土層應(yīng)用超大沉井技術(shù)

　　由于大橋跨度大、車道多，作為“挑夫”的南北岸主塔至關(guān)重要。為了讓主塔基礎(chǔ)更加牢固，大橋采用了沉井施工方案。

　　“與樁基相比，沉井性價比高、結(jié)構(gòu)剛度大、整體性強(qiáng)、穩(wěn)定性好。”中鐵大橋局副總工程師、楊泗港長江大橋總工程師李興華說，沉井基礎(chǔ)通常在含沙為主的地質(zhì)條件下采用，而楊泗港大橋覆兩個主塔墩基礎(chǔ)位于深厚黏土層上，國際工程領(lǐng)域沒有實踐經(jīng)驗，其下沉施工存在風(fēng)險和挑戰(zhàn)。尤其是2號塔沉井長77.2米、寬40米，面積相當(dāng)于8個籃球場大小，沉井總高50米，其中鋼殼沉井高28米，沉井需要穿過硬塑黏土層10.6米進(jìn)入穩(wěn)定土層。

　　2018年11月，楊泗港橋架設(shè)首片梁。 (圖源；湖北日報)

　　這是世界上首次在超厚超硬黏土層地質(zhì)條件下應(yīng)用超大沉井技術(shù)，需要克服很多技術(shù)難題。

　　沉井施工面臨的首要難題就是大堤安全風(fēng)險。

　　由于沉井體積龐大，無法在江中直接加工，項目部設(shè)計出在橋址附近船廠先加工23米高沉井后，下河浮運至橋址精確定位后再接高、下沉。1號主塔沉井離長江大堤最近直線距離僅有不足20米，且大堤為土制大堤，高38米、8個籃球場大小的“龐然大物”下沉，稍有不慎，極易引起大堤下沉、開裂，甚至潰堤。

　　為此，中鐵大橋局首創(chuàng)“C”字形排樁防護(hù)結(jié)構(gòu)，在沉井與大堤間構(gòu)筑了一道防護(hù)墻，比傳統(tǒng)的“一”字形排樁結(jié)構(gòu)防護(hù)力更強(qiáng)，解決了臨邊基礎(chǔ)施工，防護(hù)結(jié)構(gòu)不易設(shè)置內(nèi)支撐的難題。經(jīng)觀測，大堤防護(hù)樁在沉井下沉過程中，變形控制在厘米級，最大程度保障了大堤和沉井周圍建筑的安全。據(jù)悉，中鐵大橋局創(chuàng)造的“江河臨邊施工防護(hù)方法”榮獲了國家發(fā)明專利。

　　2018年12月29日，楊泗港長江大橋合龍。

　　為了解決穿過超硬黏土層10.6米的世界級難題，項目部積極組織技術(shù)攻關(guān)，克服重重困難，創(chuàng)造性地應(yīng)用了空氣吸泥、水下爆破、單繩四瓣機(jī)械抓斗取土、高壓射水、彎頭射水吸泥、空氣幕等一系列技術(shù)。例如，在沉井過程中，江底發(fā)現(xiàn)了大量枯木、漂石，其中最長的枯木有8米，最大的孤石直徑達(dá)0.4米，常規(guī)機(jī)械根本無法取出。項目部經(jīng)過反復(fù)試驗，成功研發(fā)出了一款適用于超厚黏土層的攪吸式吸泥機(jī)，射水壓力可達(dá)到25兆帕，是普通吸泥機(jī)的25倍，最終才使得沉井平穩(wěn)順利下沉到位。

　　李興華介紹，沉井施工還遭遇到了洪水的巨大挑戰(zhàn)。2016年6月底，長江迎來汛期，水位暴漲，而此時沉井正處于封底的關(guān)鍵時期。如果接著干，一旦被洪水淹沒，功虧一簣;如果停工，至少要耽誤工期1至2個月，大橋無法按期建成通車。

　　項目部經(jīng)過反復(fù)討論，科學(xué)研判，決定與“洪水賽跑”，爭分奪秒施工，采取在周圍堆放沙袋等防護(hù)措施，最終搶占最高水位達(dá)到之前實現(xiàn)了封底，

　　中鐵大橋局相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，楊泗港大橋主塔沉井的成功實施，為世界橋梁深水基礎(chǔ)在超厚黏土層中采用沉井基礎(chǔ)提供了寶貴的經(jīng)驗。

　　圖為：2019年3月7日，主纜涂裝。

　　自主研發(fā)世界“最硬”鋼絲

　　主纜可吊起大型航空母艦

　　主纜是懸索橋的重要承載構(gòu)件，只要有一根主纜出現(xiàn)質(zhì)量問題，大橋就要報廢。懸索橋的主纜由索股組成，索股則是由一根根平行排列的鋼絲捆綁而成，鋼絲決定著橋梁的跨越能力和受力安全水平。一般而言，橋梁荷載越大，需要的索股數(shù)量越多。

　　然而，像武漢楊泗港長江大橋這樣的超級工程，荷載量巨大，若單純依靠增加索股數(shù)量，則會增加主纜體積和重量，給施工帶來極大的難度和挑戰(zhàn)。唯一的辦法就是增加索股鋼絲的強(qiáng)度。

　　據(jù)介紹，楊泗港長江大橋有271根股組成，單根索股又由91根直徑6.2毫米的1960兆帕平行超高強(qiáng)度鋼絲組成。每根主纜設(shè)計張力6.5萬噸，相當(dāng)于可吊起一艘大型航空母艦，為世界最大。

　　“1960兆帕是當(dāng)時世界上抗拉強(qiáng)度最大的鋼絲?！崩钆d華介紹。

　　大國重器，一定要掌握在自己手中!2014年底，中鐵大橋局組建研發(fā)團(tuán)隊，聯(lián)合相關(guān)鋼鐵廠家共同開展技術(shù)研發(fā)。

　　細(xì)細(xì)的鋼絲難度在哪里?據(jù)介紹，它直徑6.2毫米，強(qiáng)度極高，外表則“脆弱”“敏感”，在拉拔過程中要應(yīng)對變形，同時須保證表面屬性不受損。就好比拉拉面，要足夠長，還不能斷。

　　圖為：2018年5月，楊泗港橋貓道施工。(蔡維祥 攝)

　　研發(fā)中，聯(lián)合團(tuán)隊先用30噸鋼試制，在樣品中抽出數(shù)百個樣品，分別進(jìn)行扭轉(zhuǎn)、抗拉強(qiáng)度測試，找出最優(yōu)參數(shù)。接著試制200噸、800噸小批量，又通過萬余次試驗不斷優(yōu)化工藝、參數(shù)，使得細(xì)細(xì)的鋼絲變得剛強(qiáng)、精致。經(jīng)過近2年的努力，聯(lián)合團(tuán)隊成功打破了國際技術(shù)壟斷，生產(chǎn)出了1960兆帕的鋼絲。最終，該大橋主纜共計使用了該型號鋼絲3.3萬噸。

　　為確保主纜索股架設(shè)系統(tǒng)高效運轉(zhuǎn)，大橋采用“雙線往復(fù)式牽引系統(tǒng)和門架式拽拉工藝”“索股預(yù)整形”等核心技術(shù)。雙線往復(fù)式牽引系統(tǒng)的效率約為單線系統(tǒng)的2倍，主纜索股以日平均5根速度推進(jìn)，并創(chuàng)下了上下游單日11次6根的最高記錄，僅用82天就完成主纜架設(shè)。每一根索股的線型調(diào)整與控制是主纜架設(shè)的關(guān)鍵工序，施工采取“白天牽引、夜間調(diào)索”，利用每日凌晨2點至6點恒溫時段精細(xì)施工，進(jìn)行索股線型精準(zhǔn)調(diào)整，控制相鄰索股間隙及絕對高程，確保施工精度“零誤差”。

　　李興華介紹，由于主纜無法更換，為確保鋼絲100年不生銹，項目部在主纜上安裝了除濕系統(tǒng)，在鋼絲上設(shè)置了多個監(jiān)測點，一旦主纜內(nèi)的濕度高于設(shè)定濕度，系統(tǒng)自動作業(yè)，將濕空氣抽出，吹入干空氣，保持鋼絲干燥不生銹。

　　楊泗港長江大橋全貌 圖源：人民日報

　　一跨過江，令世界驚嘆?！皸钽舾鄞髽蛭惶帯畼蛉骸佣?，橋址8.2公里范圍內(nèi)就有武漢長江大橋、鸚鵡洲大橋、楊泗港大橋、白沙洲大橋4座橋?！敝需F大橋勘測設(shè)計院副總工程師、楊泗港長江大橋總設(shè)計師徐恭義說，考慮通航和交通量等因素，大橋設(shè)計主跨1700米，飛跨長江，這個跨度居世界第二，在雙層橋梁結(jié)構(gòu)中則是世界第一。

　　除“世界跨度最大的雙層懸索橋”標(biāo)簽外，楊泗港長江大橋還拿下了多項“世界之最”。主橋設(shè)置雙層雙向12車道，是世界上通行能力最大的公路橋梁;大橋主纜設(shè)計張力6.5萬噸，吊索設(shè)計拉力500噸，主纜鋼絲強(qiáng)度等級世界最高、設(shè)計荷載世界最大;錨碇基礎(chǔ)采用直徑98米的圓形地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)，是世界上最大的圓形橋梁基礎(chǔ)。

　　同時，楊泗港長江大橋設(shè)置有機(jī)動車道、非機(jī)動車道、人行觀光道等，集過江交通與觀光于一體，是長江上功能最完備的橋梁。不僅如此，中鐵大橋局副總經(jīng)濟(jì)師、楊泗港長江大橋項目經(jīng)理羅瑞華介紹，楊泗港長江大橋還具有結(jié)構(gòu)設(shè)計新、建筑材料新、使用功能新和建造技術(shù)新四大特點，在建設(shè)過程中創(chuàng)下多項紀(jì)錄。（綜合：中新網(wǎng)、湖北省政府網(wǎng)站、武漢市文化和旅游局）