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跨越黃河的“世界級工程”——世界最大跨度三塔自錨式懸索橋在建紀實

2021-05-18 13:39:20來源:中華建筑報網作者:屈興鋒 周璇責任編輯:黃靜

跨越黃河的“世界級工程”——世界最大跨度三塔自錨式懸索橋在建紀實 

  近日,由中交二航局承建的濟南鳳凰黃河大橋主纜架設全部完成,這是世界最大跨度三塔自錨式懸索橋,也是目前黃河上最寬的大橋。

  山東濟南鳳凰黃河大橋全長3.7公里,主橋長1332米,設計采用三塔(鋼塔)自錨式懸索橋結構,兩個主跨均為428米,整幅全寬61.7米,其橋梁跨徑及梁寬均居同類型橋梁世界之最。

  中塔封頂攻堅克難

  大橋建設之初,中交二航局項目團隊便面臨四大施工難題:一是在黃河非通航水域進行超大體量鋼結構施工。全橋鋼結構約11.4萬噸,由于黃河不通航,無大型水上起重設備,施工難度大,風險高;二是水中深埋式承臺施工,水中主墩承臺底埋深8米,最大水頭差12米,地質復雜;三是超長、超重、大懸臂、長距離、曲線鋼箱梁頂推施工;四是在非通航水域進行上部鋼塔柱大節段吊裝施工。

  大橋中塔高126米,采用全鋼結構,位于黃河水上,鋼結構重量達4900余噸。“水中中塔是主橋施工的關鍵節點之一,施工難度大,曾面臨承臺深基坑施工安全度汛、鋼塔柱大節段運輸及吊裝三大難題。”中交二航局項目部技術負責人吳在雄介紹。

  大橋中塔采用的是35根直徑2米、長度100米的群樁基礎,承臺的長寬高分別為33.2米、23.2米和5米,封底埋深約10.5米。建設之初,中塔基礎及下部結構施工中面臨著嚴峻的安全度汛風險。2018年11月,黃河已經進入枯水季節,但水中主墩施工所需的棧橋及平臺仍未搭建完成。如果不能在來年5月底汛期之前完成承臺施工,不僅耽誤一年的工期,而且極有可能導致安全和施工質量上的風險。

  水中主墩施工局面尚未打開、6個月時間、多次工序轉換,形勢非常緊急。項目團隊集中優勢資源,最多同時投入5臺鉆機24小時連續作業。60天內完成了主墩35根直徑2米、樁長100米的鉆孔樁施工,快速解決了21米超長拉森鋼板樁施工,以及復雜的主墩承臺鋼混結合段施工等難題,成功實現了主墩的安全度汛。

  下部結構的完成僅僅只是中塔(主墩)進度的一半。由于黃河不通航,且現場附近無大型水上起重設備,上部的塔柱節段無法進行水上運輸及吊裝。項目部多次組織內外部專家進行方案比選及論證,通過優化設計,重新劃分塔柱節段長度,將最大重量476噸優化為90.5噸,大大降低了安全風險。同時,由于鋼塔柱壁體板厚最大60毫米,焊接變形控制難度大。項目部針對性設計匹配連接裝置,優化焊接順序及焊接工藝,有效控制了焊接變形。

  箱梁施工“化整為零”

  大跨徑、超寬的橋面也給施工帶來了極大的挑戰。“黃河非通航水域超大體量鋼結構施工是我們面臨的另一大難題。”中交二航局項目部負責人韓景磊表示:“我們主橋鋼箱梁共計4.7萬噸,最大節段重量約380噸,由于黃河不通航,無大型水上起重設備,鋼箱梁重量大、幅面寬,現場施工難度大、風險高。”

  針對這一難題,中交二航局項目部采用“螞蟻搬家”的方式,主橋鋼箱梁施工以化零為整的原則,采用了“三地”建造模式,即:鋼結構制造基地制作單元件、濟南拼裝場地總拼、橋位處提梁焊接這三種施工方式。

  “我們在主橋南北兩端各設計了1座提梁站,通過提梁站將鋼箱梁調運至橋面,并相向頂推至中塔合龍。”韓景磊解釋,“頂推合龍時最多104臺千斤頂同時工作,相當于104條‘腿’支撐著4萬多噸的‘軀干’協同移動,難度可想而知。我們通過優化同步程序、增加預頂受力、實現位移升降同步、增加每個動作到位信號顯示與自動判斷識別,實現了頂推過程的自動化和無人化,且一個頂推循環周期由600秒減少到300秒左右,大大提高了施工的安全性和同步性。”

  頂推作業時,濟南晝夜溫差能達到20℃之多,主橋鋼箱梁在晝夜溫差影響下熱脹冷縮的變化高達二十多厘米。“我們在合龍口位置鎖定鋼箱梁,借助臨時墩頂設置的縱向滑移裝置,克服了溫度應力影響下的大跨徑鋼箱梁伸縮這一難題,最終實現了毫米級的高精度合龍。”韓景磊說。

  導梁之上引鳥筑巢

  鋼箱梁頂推采用智能無人步履式頂推系統,安全穩定,施工速度快,無噪音污染。黃河兩岸經過多年綠化和景觀提升,有不少鳥類在此棲息。

  據現場施工負責人講述,在頂推過程中,他們發現鋼箱梁前探的導梁上竟然筑起了鳥窩,不時有鳥兒在上面喂食,要知道,主橋鋼箱梁總重4.7萬噸,節段最大重量約380噸,單邊頂推距離670米,如此龐然大物在前進過程中,鳥兒竟然絲毫沒有察覺。

  “這說明整個頂推過程非常平穩和平順,噪音污染比較小。在頂推的過程中,我們在橫橋方向,誤差必須控制在兩公分以內??v橋向在同一個水平面上,基本上不會有高差的區別。所以小鳥才能在我們的鋼箱梁上安穩地筑一個家。”吳在雄說。

  據了解,鳳凰黃河大橋按照雙向八車道一級公路標準建設,兼顧城市主干道功能,設計時速60公里每小時。大橋目前已完成主橋合龍、三塔封頂和主纜架設等關鍵節點,今年年內將實現通車。

  大橋建成后,將直接聯系南岸新東站與北岸崔寨地區中心,完善區域規劃路網、提高路網運輸能力、改善區域交通出行環境,推動區域經濟社會快速發展,滿足交通量快速增長,提高運輸效益,為濟南市的快速協調發展提供便捷、舒適、安全的交通運輸環境,有力地促進濟南市社會經濟的可持續發展,具有良好的社會效益。

  該工程是濟南市北跨發展建設黃河新區的重要組成部分,也是實現濟南“攜河北跨”戰略的一項關鍵性工程。(屈興鋒 周璇)

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