7项世界第一!133万吨堪比13艘大型航母,五峰山大桥是如何建的?

南柯归海 2024-11-19 02:55:48

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【前言】

长江北岸镇江段曾是交通难以跨越的障碍,如今这里的两层跨江大桥,实现了普通车辆与高铁同时通行。

五峰山长江大桥建成之后不仅拿下了七个世界第一,甚至获得了中国建筑界的“奥斯卡奖”,而大桥最重要的部分,就是桥下重达133万吨的北锚碇,堪比13艘福特级航母的排水量。

中国是如何在湍急的长江之上建造如此庞然大物的?又是什么让这项工程创造出前所未有的突破?

技术创新的奇迹

中国疆域辽阔,自然也就有各种各样的地形,因此很多基础设施的建设,都需要跨过江河。

一般的跨江跨河大桥,承载普通车辆和行人的交通完全没问题,但要想在桥上通高铁,技术难度就不是一般的高了。

然而五峰山大桥却做到了,在最恶劣的环境里建造最顶尖的悬索桥,而要想在湍急的江河中让大桥屹立不倒,最关键的就是能够拉起整座大桥的沉井。

五峰山大桥的沉井长100.7米,宽72.1米,高56米,重量达133万吨。

要知道,美国的福特级航母,作为世界上最大的航母,满载时排水量也不过10万吨,五峰山大桥的北锚碇却达到了133万吨,相当于13艘满载的福特级航母。

这一巨大的“钢筋混凝土巨兽”需要精准地下沉到设计标高,不允许有丝毫偏差。

但这里的流塑状的淤泥层厚达8.4米,土质松软,几乎无法直接承受如此庞大的锚碇结构。

在如此恶劣的条件下,工程师们开创性地采用了数字化下沉技术,为全球桥梁建设树立了新标杆。

所谓数字化下沉技术,是通过精准控制沉井的逐层挖掘和下沉过程,确保沉井在松软的淤泥中能够安全稳定地沉降。

在施工中,工程团队通过搭载三维声呐探测技术,实时监测沉井下方的地质变化,确保每一寸下沉都在安全范围内。

空气幕技术的引入,更是减少了沉井下沉过程中的阻力和偏移,这种创新技术解决了复杂地质条件下的沉井施工难题。

此前的港珠澳大桥人工岛建设中,沉管隧道技术也面临过类似的地质挑战,而五峰山大桥则进一步提升了施工精准度。

五峰山大桥的沉井不仅需要克服地质问题,沉井外观宛如一个巨大的方形桶,内部分隔成多个独立舱室。

这样的结构能进一步加强结构的稳定性,不仅能承载巨大的主缆拉力,还能有效防止地基土壤的侵蚀。

施工过程中,采用了分段浇筑法,将沉井分为10次混凝土浇筑,逐层加高,并逐步下沉。

每一步操作都需密切关注沉井的平衡和地基状态,以避免沉井倾斜或发生不均匀沉降。

经过长达3个月的反复调整,这座世界最大的陆地沉井终于准确到位。

类似的案例还有美国旧金山金门大桥,其主缆锚碇虽同样承载巨大拉力,但却建立在坚固的花岗岩基上,地质条件相对优越。

五峰山大桥的北锚碇则完全依赖技术突破,将沉井打入松软地基,沉井与锚碇的成功结合,解决了桥梁的结构稳定性问题。

悬索桥是桥梁工程中跨度最大、结构最优美的类型,但同时也是最难以控制稳定性的桥型,五峰山大桥锚碇的建造,完全能够称得上刚柔平衡的艺术。

刚柔平衡的艺术

五峰山长江大桥作为世界首座高速铁路悬索桥,不仅承载着公路和铁路双重荷载,还需要在高速运行和自然环境的双重挑战下,确保长久的安全与稳定。

悬索桥具有柔性结构特点,桥面由主缆拉起,依赖悬索将荷载分散至锚碇和桥塔。

然而高铁的运行需要绝对的线路平顺性,一旦桥面形变过大,将直接威胁列车运行的安全。

五峰山大桥的设计团队必须确保桥面在风力、温度变化和高速车辆荷载下,既能承受外力又不失稳定性。

为此大桥采用了板桁结合的新型加劲梁结构,将传统平面加劲梁结构立体化,通过钢桁架和桥面板的巧妙组合,大幅提高了桥梁在高频振动中的稳定性。

悬索桥受自然环境影响极大,五峰山大桥位于长江下游最繁忙的航段,既要保证桥面通行,还需最大限度保护航道。

而长江的季节性水位变化、剧烈的风速以及高温与寒冷交替变化,都给大桥的稳定性带来了不小的考验。

为了应对这些挑战,大桥设计团队不仅采用了最粗的主缆,还研发了全球最大尺寸的鞍座索夹,增强了桥梁整体的抗拉力性能。

同时在桥梁铺轨过程中,进行多轮“联调联试”,测试列车在桥上以250公里/小时的时速运行,甚至进一步提升至275公里/小时,以验证桥面的抗振动和抗形变能力。

而长江下游是世界上最繁忙的内河航道之一,每日有大量货轮、客船穿梭其间。

五峰山长江大桥选址在镇江境内,这里地势复杂、水文条件多变,是桥梁建设的高难度区域。

为了最大限度保护这条水上运输的黄金通道,大桥采用了单跨悬索桥设计,主跨达1092米,为长江航运提供了充足的通航空间,同时满足了公铁双用的高通行需求。

黄金水道上的跨越之举

五峰山长江大桥不仅以单跨1092米的惊人成绩登上世界纪录,还创下了多项“世界之最”。

这座桥梁拥有世界最大直径的主缆,世界最大平面面积的陆地沉井,以及世界最大尺寸的鞍座索夹。

主缆单根承重能力达18万吨,为了制造这根“巨人绳索”,工程团队自主研发了大型紧缆机和缠丝机,不仅确保了缆索的精度和强度,也推动了钢缆制造领域的技术突破。

在大桥建成之前,中国已完成港珠澳大桥等超级工程,五峰山大桥承袭了技术优势,同时实现了多项自主创新。

五峰山长江大桥作为世界首座高速铁路悬索桥,它以多项世界纪录成为国际桥梁工程的里程碑,许多国家的桥梁专家来到这里参观学习,希望借鉴中国的技术经验。

大桥的建成让长江经济带的资源流通更为畅通,从连云港到上海,交通时间由原来的11小时缩短至3小时。

五峰山长江大桥的多项世界纪录,并不仅仅是数字上的突破,更是技术的突飞猛进,而如今在五峰山长江大桥上,5G基站已经成为智能桥梁的核心设施。

通过高速率、低延迟的5G网络,大桥能够实时监控桥体状态,进行数据采集与分析。

相比传统桥梁运维需要大量人力定期检测,5G技术的应用大大降低了检测成本和安全风险。

当遇到大风、暴雨等极端天气时,传统检测手段可能无法到达桥体关键部位,而5G智能系统可以随时随地提供精确数据,为决策者提供可靠依据。

五峰山大桥还搭载了一套全面的智能监测平台,形成了“线-桥一体化”管理模式。

平台涵盖轨道周期检测、桥梁健康监测、限速报警等功能,铁路列车通过桥梁时,轨道状态、行车速度、振动幅度都会被实时记录。

这种监测系统类似于人体的“心电图”,能够持续监控桥梁的健康状况,并记录下长期变化趋势。

一旦桥梁出现异常数据,系统会立即发出预警,提示维护人员进行针对性检查。

智能化技术在桥梁运维中的应用并非首次,但五峰山大桥无疑是全球桥梁智能化的标杆案例。

类似的技术在日本新干线系统中也有所应用,但侧重于轨道检测,而非桥梁本体。

相比之下,五峰山大桥整合了铁路与桥梁的双重监控需求,形成了更全面的智能管理模式。

美国的塔科马海峡大桥曾因风灾发生过桥体倒塌,因此在重建时引入了先进的风力监测与桥梁振动检测技术。

然而这些技术更多是局部监控,并未达到五峰山大桥这种全面覆盖的智能化水平。

五峰山大桥的智能化管理不仅服务于桥梁本身,在不久的未来,这种监测技术还可推广至其他基础设施,如城市高架、地下隧道等,形成全方位的智能交通体系。

智能桥梁不仅是技术的创新,更是一种面向未来的尝试,不仅要经得住岁月的考验,更要为更多人提供便利与保障。

结语

中国逢山开路遇水搭桥,让无数天堑成为坦途,更让中国境内拥有了四通八达的交通网络。

而堪称奇迹的五峰山长江大桥,不仅是一座连接南北的桥梁,更为世界基建提供了新的可能。

从沉井的数字化下沉到悬索桥的刚柔平衡,从交通的便利化到智能管理的领先性,每一个环节都展示了中国桥梁建设的技术实力与创新精神。

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参考资料

江苏省交通运输厅在2017年11月13日《【现代快报】五峰山长江特大桥北锚碇超大沉井下沉到位》的报道

中国江苏网在2024年10月15日《奋进历程·铁路经典︱ 五峰山长江大桥,以创新硬实力支撑高铁奔驰越江》的报道

金山网在2021年7月1日《在茅以升家乡,架起10个“世界之最”——访五峰山大桥总设计师徐恭义》的报道

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