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行業(yè)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(shè)計建造紀(jì)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(qū)發(fā)展規(guī)劃綱要》發(fā)布后,開工建設(shè)的首個規(guī)劃項目,承載著把粵西拉進(jìn)大灣區(qū)、實現(xiàn)躍升發(fā)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(qū)發(fā)展規(guī)劃綱要》發(fā)布后,開工建設(shè)的首個規(guī)劃項目,承載著把粵西拉進(jìn)大灣區(qū)、實現(xiàn)躍升發(fā)展的希望。


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


  “‘小蠻腰’是項目建設(shè)的關(guān)鍵重難點,它的創(chuàng)新設(shè)計和建造,讓700米大跨徑全漂浮橋的設(shè)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(shè)計:兼顧抗風(fēng)和通航


  接到黃茅海跨海通道建設(shè)任務(wù)后,潘放率領(lǐng)團(tuán)隊到這里進(jìn)行實地勘測。


  作為歷經(jīng)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?nèi)杂X得困難重重。


  臺風(fēng)強(qiáng)浪、高鹽腐蝕、船舶撞擊,多種風(fēng)險因素疊加。


  黃茅海地處珠江西部入海口,歷史最大風(fēng)力17級,同時也是繁忙的航運通道。要兼顧航道通行500米標(biāo)準(zhǔn)和抗風(fēng)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(tài)。“臺風(fēng)來了,大橋可隨風(fēng)‘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(shè)計,至關(guān)重要。


  既要少占航道,又能抗臺風(fēng),同時還能表達(dá)橋梁個性、塑造地標(biāo)景觀——綜合考慮多種需求,設(shè)計團(tuán)隊創(chuàng)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(wěn)固性強(qiáng),但在海中“生根”時占用面積大,會擠占航道。“小蠻腰”的獨柱設(shè)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(jié)構(gòu)更加抗風(fēng)。變化的結(jié)構(gòu)增加了對風(fēng)力的擾動,可使臺風(fēng)襲擊的影響減弱。


  從極簡美學(xué)角度,“小蠻腰”簡潔明快,又極具嶺南特色和東方美感。


  有人擔(dān)心,“小蠻腰”獨柱塔造型太復(fù)雜,施工無先例。而潘放和朱超卻認(rèn)為,大橋建造技術(shù)就是要更進(jìn)一步。“經(jīng)廣泛調(diào)研和探討,‘小蠻腰’獨柱塔建造雖難,但技術(shù)可行。”朱超說。


  數(shù)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(wù)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(guī),遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出施工單位的經(jīng)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(jīng)理劉宏達(dá)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(shù)突擊隊開展攻關(guān)。


  本著經(jīng)濟(jì)實用的目的,技術(shù)突擊隊選擇了傳統(tǒng)的木模板。他們將整座主塔分為43節(jié),分別制作外模。每節(jié)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(xiàn)主塔截面空間曲面線形變化。


  “不同規(guī)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(dá)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(shù)控雕刻機(jī)床進(jìn)入技術(shù)人員的視野。


  “我們將事先畫好的圖形轉(zhuǎn)化成坐標(biāo)數(shù)據(jù),導(dǎo)入到數(shù)控機(jī)床中,保證大小不同、弧度各異的每一片造型板精度達(dá)標(biāo)。”賈維君說。


  經(jīng)反復(fù)試驗,機(jī)床自動制作出的數(shù)控造型板,將誤差控制在設(shè)計范圍之內(nèi)。


  智能建造:防止混凝土失溫開裂


  走進(jìn)黃茅海項目施工現(xiàn)場,5座“小蠻腰”亭亭玉立,采用的清水混凝土,展現(xiàn)出精致的紋理和綿密的質(zhì)感。


  有施工經(jīng)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(tài);凝結(jié)過程中產(chǎn)生大量水化熱,使體積自由膨脹;到最高溫時基本固結(jié),隨后開始降溫并收縮,就會導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。


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


  “簡單來說,我們實時自動監(jiān)測混凝土溫度場,用數(shù)據(jù)分析自動控制溫度,精準(zhǔn)優(yōu)化冷卻水流量,有效減少混凝土裂縫產(chǎn)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(jiān)控系統(tǒng)。“基于實測數(shù)據(jù)進(jìn)行展示、預(yù)警、施工控制,對包括‘小蠻腰’在內(nèi)的大橋施工全過程,及施工裝備進(jìn)行監(jiān)控。”朱超介紹。


  黃茅海跨海通道計劃于2024年底建成通車,設(shè)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(qū)第三條重要跨海通道。屆時,大灣區(qū)主要城市間將實現(xiàn)1小時通達(dá)。


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


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