5月27日,中铁大桥院设计、监理及健康监测,中铁大桥局施工的温州瓯江北口大桥正式建成通车,标志着连接粤闽浙三省的甬莞高速公路全线通车。
温州瓯江北口大桥是目前我国乃至世界技术难度最大、建造工艺最为复杂的桥梁之一,拥有“世界首座三塔四跨双层钢桁梁悬索桥”“世界首次在多塔连跨采用大刚度混凝土中塔”“世界首例强潮河口深厚软土超大沉井”三个世界级首创,被列入交通运输部首批“绿色公路”、浙江省交通运输厅“品质工程”和“钢结构桥梁推广应用”重点示范工程。
大胆设计开创“世界第一”
温州瓯江北口大桥作为国内目前通行力排名前列的公路桥之一,采用了“两桥合建”设计,即“上层通高速,下层通国道,一桥当做两桥用”,通行能力约为每天可通过汽车10.7万辆,是目前温州大桥的两倍以上。其中,上层高速公路长约7.9公里,采用双向六车道高速公路标准,设计速度100公里/小时;下层路线长约3.9公里,采用双向六车道一级公路标准,设计速度80公里/小时。
设计过程中,面临大桥航空限高、通航净空、岸边码头、水文多变、特殊地质等诸多外部限制条件,技术团队大胆设想,小心求证,创新提出了“三塔四跨双层钢桁梁悬索桥”的主桥设计方案,采用跨径为2×800米的双主跨悬索桥跨越瓯江,江中仅设两个主墩,使主通航净空尺寸达474米×53.5米,可满足3万吨级集装箱船舶单孔双向通行。该项创新不仅合理解决了通航和航空限高问题,开创了大桥第一项“世界第一”。
由于瓯江北口大桥处于入海口区域,海洋环境对大桥影响较大,且考虑到后期桥梁养护、主桥行车舒适度等因素,项目部不断开展技术攻关和研究创新,在主桥中塔设计方案中,采用A形框架混凝土中塔结构,使大桥至少可抵御17级台风,也由此开创了瓯江北口大桥第二项“世界第一”。该项技术创新使得多塔连跨悬索桥的所有中塔都可以采用刚性混凝土塔,而无需在水中建造超大型锚碇基础,为世界各国跨海桥梁工程提供了一种经济有效的解决方案。
初步设计方案一经送审,马上得到业主单位一致认可,成为最终方案。
以“绣花功夫”雕琢百年工程
瓯江北口大桥沉井所处地质为深厚淤泥层,软土层厚度达40余米。然而,沉井基础规模约等于9个标准篮球场20层楼高,仅中塔钢壳沉井重量就达到1.8万吨。沉井下沉过程,就如同把一座巨型“秤砣”,稳固在一块“豆腐”或“奶油蛋糕”中一样。此外,沉井过程还要经历2个完整台风期,施工难度远超预期。
参建单位迎难而上,精益求精,在如何调整下沉姿态、提高出泥效率、优化施工方案等关键问题上反复推敲,创造性地提出了采用钻机搅散井孔内淤泥质黏土,并结合空气吸泥机取土,大大提高了沉井井孔内取土效率,最终使中塔沉井安全下沉到位,成为首例强潮河口深厚软土地层中修建的超大型沉井基础,也开创了瓯江北口大桥第三项“世界第一”。
实际施工中,难的不止有沉井,还有主桥钢桁梁吊装。由于大桥紧邻龙湾机场,塔高受限,导致上部结构两个主跨约300米范围存在缆梁相交区,传统的缆载吊机不能直接将梁段提升到位。该项目提出了特殊吊装工艺,即“缆载吊机+分体式缆载吊机”接力吊装方案。由于该工艺为国内首创,加上桥址区域航运繁忙、水文条件复杂,110片梁段需要密集运输、定位、安装,施工难度非常大。
2021年7月7日,大桥开始吊装第一片钢桁梁。参建单位提前进行了详细的交底,明确各工序管控要求,加强工序检查验收,最终确保了6个合拢口依次顺利合龙。
“私人医生”为大桥保驾护航
随着桥梁的跨度日益增长、结构形式日趋复杂,如何保证大跨度桥梁的安全性、耐久性与正常使用功能,成为当下行业热点。
除负责大桥设计外,中铁大桥院也负责瓯江北口大桥健康监测系统项目,主要包括系统深化设计、硬件设备采购、现场安装调试、监测系统开发、数据处理分析、系统维护等。
中铁大桥院桥隧技术公司曹建鹏介绍,大桥健康监测系统覆盖4个监测类型,包含环境风荷载、地震、结构温度、结构应力等,共计353个监测测点,并设立3个数据采集站和1个监控中心。结合大桥运营环境和结构特点,大桥健康监测系统区别于以往的悬索桥监测系统,该系统从加强桥位处风荷载、悬索桥索夹滑移及短吊索运营状态等三个方面进行监测与分析,
在给出大桥监测内容预警和安全评估信息的同时,也能够满足大桥管养单位的维管信息需求。 曹雪 王梦宇