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行業新聞
黃茅海立起“小蠻腰”——世界最大跨徑公路三塔斜拉橋承力塔設計建造紀實
時間:2023-07-14    來源:科技日報    分享:
近日,世界最大跨徑公路三塔斜拉橋——黃茅海大橋拉開架梁序幕。大橋是連接廣東珠海和江門的超級工程——黃茅海跨海通道的重要組成部分。這一通道是2019年《粵港澳大灣區發展規劃綱要》發布后,開工建設的首個規劃項目,承載著把粵西拉進大灣區、實現躍升發展的希望。

近日,世界最大跨徑公路三塔斜拉橋——黃茅海大橋拉開架梁序幕。


大橋是連接廣東珠海和江門的超級工程——黃茅海跨海通道的重要組成部分。這一通道是2019年《粵港澳大灣區發展規劃綱要》發布后,開工建設的首個規劃項目,承載著把粵西拉進大灣區、實現躍升發展的希望。


  海天之間,已封頂的5座跨海大橋承力塔巍然矗立。因造型酷似著名地標性建筑廣州塔,它們被喻為海上“小蠻腰”。


  “‘小蠻腰’是項目建設的關鍵重難點,它的創新設計和建造,讓700米大跨徑全漂浮橋的設想成為可能!”黃茅海跨海通道管理中心主任潘放告訴科技日報記者。


  異形設計:兼顧抗風和通航


  接到黃茅海跨海通道建設任務后,潘放率領團隊到這里進行實地勘測。


  作為歷經深中通道等超級工程錘煉的精兵悍將,站在黃茅海岸邊,潘放和同事們仍覺得困難重重。


  臺風強浪、高鹽腐蝕、船舶撞擊,多種風險因素疊加。


  黃茅海地處珠江西部入海口,歷史最大風力17級,同時也是繁忙的航運通道。要兼顧航道通行500米標準和抗風條件,建造跨徑700米左右的全漂浮斜拉橋是唯一選擇。


  全漂浮斜拉橋,就是完全依靠塔柱與斜拉索的拉力,使橋處于全懸浮狀態。“臺風來了,大橋可隨風‘蕩秋千’,不被吹垮。”黃茅海跨海通道管理中心總工程師朱超說。


  大橋的塔柱如何設計,至關重要。


  既要少占航道,又能抗臺風,同時還能表達橋梁個性、塑造地標景觀——綜合考慮多種需求,設計團隊創新采用了圓截面漸變收腰的“小蠻腰”造型。


  一般的懸索斜拉橋塔柱多選用“H”形或“A”形,穩固性強,但在海中“生根”時占用面積大,會擠占航道。“小蠻腰”的獨柱設計,則能最大限度減少對巨輪通航的影響。


  同時,相比上下一致的圓柱塔和四方塔,“小蠻腰”的異形結構更加抗風。變化的結構增加了對風力的擾動,可使臺風襲擊的影響減弱。


  從極簡美學角度,“小蠻腰”簡潔明快,又極具嶺南特色和東方美感。


  有人擔心,“小蠻腰”獨柱塔造型太復雜,施工無先例。而潘放和朱超卻認為,大橋建造技術就是要更進一步。“經廣泛調研和探討,‘小蠻腰’獨柱塔建造雖難,但技術可行。”朱超說。


  數控雕刻:保證異形截面拼接精度


  面對“小蠻腰”獨柱塔造型,中鐵大橋局黃茅海跨海通道項目總工程師賈維君深感建造任務艱巨。


  “圓截面直徑從20米,漸變至收腰處9米,接近塔頂時又逐漸變大。”賈維君說,“這種異形漸變獨柱塔,造型打破常規,遠遠超出施工單位的經驗范疇。”


  “‘小蠻腰’高約260米,上下沒一個截面相同。按已有異形獨柱塔施工方法,每個截面都需一個鋼模板,260米就需要260個,成本太高。”中鐵大橋局黃茅海跨海通道項目經理劉宏達說。


  為建造“小蠻腰”塔身,黃茅海跨海通道項目組建了“曲面塔柱造型”技術突擊隊開展攻關。


  本著經濟實用的目的,技術突擊隊選擇了傳統的木模板。他們將整座主塔分為43節,分別制作外模。每節外模由24片弧形板片組成,弧形板片再由多塊造型板拼接而成,以實現主塔截面空間曲面線形變化。


  “不同規格的造型板,每個截面間的拼接精度,哪怕有1毫米超出范圍,整座塔都將報廢。”劉宏達介紹。


  失之毫厘,謬以千里。為解決拼接精度,木家具制造用的數控雕刻機床進入技術人員的視野。


  “我們將事先畫好的圖形轉化成坐標數據,導入到數控機床中,保證大小不同、弧度各異的每一片造型板精度達標。”賈維君說。


  經反復試驗,機床自動制作出的數控造型板,將誤差控制在設計范圍之內。


  智能建造:防止混凝土失溫開裂


  走進黃茅海項目施工現場,5座“小蠻腰”亭亭玉立,采用的清水混凝土,展現出精致的紋理和綿密的質感。


  有施工經驗的人知道,混凝土失溫開裂,是一個很難解決的問題。剛澆筑的混凝土,為流動態;凝結過程中產生大量水化熱,使體積自由膨脹;到最高溫時基本固結,隨后開始降溫并收縮,就會導致裂縫產生。


  “‘小蠻腰’在海洋高腐蝕環境下,需要加大混凝土用量,增厚保護層,這又大大增加了主塔開裂的風險。”賈維君告訴記者,為解決這一難題,建設者們利用智能技術,自主研發了智能化溫度控制系統。


  “簡單來說,我們實時自動監測混凝土溫度場,用數據分析自動控制溫度,精準優化冷卻水流量,有效減少混凝土裂縫產生。”賈維君說。


  同時,黃茅海跨海通道項目還使用建筑信息模型,建立起智慧云平臺施工監控系統。“基于實測數據進行展示、預警、施工控制,對包括‘小蠻腰’在內的大橋施工全過程,及施工裝備進行監控。”朱超介紹。


  黃茅海跨海通道計劃于2024年底建成通車,設計時速100公里,雙向六車道。建成后,它將是繼港珠澳大橋、深中通道后,粵港澳大灣區第三條重要跨海通道。屆時,大灣區主要城市間將實現1小時通達。


  “黨的二十大報告專門提出,推進粵港澳大灣區建設。”望著緊張施工的大橋現場,潘放信心滿懷地說,“我們將繼續以實干刷新‘黃茅海速度’,奮力書寫大灣區建設新篇章!”(記者 矯陽)


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