长虹飞架,高铁将上舟山群岛(产经观察)
正在施工的甬舟铁路西堠门公铁两用大桥。
郭少山摄
东海之滨,舟山群岛与浙江宁波隔海相望。连接两岸、跨越天堑的甬舟铁路建设如火如荼。
西堠门公铁两用大桥,甬舟铁路的控制性工程,主跨达1488米,是世界上跨度最大的公铁两用跨海桥,也是世界跨度最大的斜拉—悬索协作体系桥梁。通过智能化、信息化、数字化手段提升施工质量,工程稳步推进,高铁“上岛”即将在舟山群岛实现。
探索新结构
兼顾刚度与跨度,创造公铁两用桥跨度纪录
西堠门公铁两用大桥,连接舟山群岛的金塘岛与册子岛,所处海域风大、浪高、水深、流急,须同时满足高铁、汽车通行以及船舶通航要求。
“大桥处在进出宁波舟山港的海上黄金通道,每天过往200多艘3万吨级集装箱轮和多种散货轮,主跨必须超千米。”中铁大桥院总工程师肖海珠说,再结合水下地形特点,主跨需达到1500米级。
主跨1500米级的公铁两用大桥,在中国桥梁建设史上从未有过。我国已建成的最大跨度公铁两用桥为沪苏通长江公铁大桥,主跨为1092米;已合龙的最大跨度公铁两用桥为常泰长江大桥,主跨为1208米。这两座公铁两用桥,均采用斜拉桥体系。“对斜拉桥而言,跨度1200米级已到极限。”中铁大桥局西堠门公铁大桥总工程师王东辉说,随着跨度加大,构件规模、施工风险将呈几何式增长。
“目前,世界上的超大跨度桥梁普遍采用悬索桥体系。不过,大跨度悬索桥刚度较弱,难以满足动车组列车通行要求。”肖海珠告诉记者,为此,西堠门公铁两用大桥创新采用了斜拉—悬索协作体系。这种新的结构体系,兼具斜拉桥刚度大、悬索桥跨越能力强的优点,相较于单一结构桥型,在同等材料和工艺的情况下,更能保障施工安全、通行要求。
2017年,西堠门公铁两用大桥进入可行性研究阶段。经初步论证,中铁大桥院设计组提出了主跨1488米斜拉—悬索协作体系桥方案。“彼时,在我国即便是公路桥梁,都不曾有设计并建造过主跨超过300米斜拉—悬索协作体系桥的先例,但我们对方案底气十足。”肖海珠说。
底气源自10多年的研究积累。据介绍,中铁大桥院2003年即启动斜拉—悬索协作体系研究,10余年探索,终于成功完成斜拉—悬索协作体系的基础研究,摸清相关技术参数。随后,设计组与业主方积极沟通,经历了几十次研讨会以及三次方案评审会后,终于赢得专家和建设单位的认可。
解决了大跨度难题,西堠门公铁两用大桥还面临大风挑战。
大桥所处的西堠门海峡宽度仅约2700米,较窄的海峡形成狭管效应,再加上其处在沿海高风速带,每年6级及以上大风天超过100天。而大风,容易引发桥梁发生颤振现象,导致结构破坏。相关测算显示,西堠门公铁两用大桥须抵御的最大风速应达64米/秒,超过17级台风中心最大风力。
“为此,我们专门设计了三箱分离式钢箱梁结构,中间箱通行高铁,两侧边箱分幅通行公路。”肖海珠说,整个桥面形状就像倒过来的机翼,箱与箱之间的镂空帮助大桥获得良好的气动外形。经风洞试验验证,即使风速达到107米/秒时,主梁也不会出现颤振。
2022年10月31日,西堠门公铁两用大桥正式开工。目前,大桥主桥5号主墩、4号主墩已从海底拔地而起。
研发新装备
主墩在海底岩层中“生根”,稳稳立于大海之上
建桥先要建基础。支撑起跨海大桥的桥墩基础,是大桥建造成功的“重中之重”,也是支撑桥梁跨越天堑的“定海神针”。