常泰長(zhǎng)江大橋一瞥。

邵 旭攝

焊接機(jī)器人對(duì)U肋板單元進(jìn)行焊接。
張孝遠(yuǎn)攝

施工人員對(duì)沉井承臺(tái)進(jìn)行第二次混凝土澆筑。
孫 璐攝

大橋南主塔封頂。
邵 旭攝

大節(jié)段從碼頭滾裝上船。
陸嚴(yán)蘇攝

對(duì)大節(jié)段進(jìn)行吊裝。
陸嚴(yán)蘇攝

掃碼觀看視頻

在江蘇泰興七圩渡口，車輛排隊(duì)等待乘坐輪渡前往江對(duì)岸的常州。常州和泰興隔江相望，平均距離僅約3公里，但若不乘輪渡，只能繞行泰州大橋或江陰大橋。建橋，是當(dāng)?shù)匕傩盏恼媲衅谂巍?/p>

5年時(shí)間，長(zhǎng)江中下游，泰州大橋與江陰大橋之間，一條新的“鋼鐵巨龍”橫臥江面，蔚為壯觀。這條“巨龍”就是常泰長(zhǎng)江大橋。大橋全長(zhǎng)10.03公里，主航道橋采用主跨1208米斜拉橋，天星洲和錄安洲兩個(gè)專用航道橋采用主跨388米鋼桁梁拱橋，均刷新同類橋梁世界紀(jì)錄。目前，全橋合龍?jiān)诩矗髽蚪ǔ赏ㄜ嚭螅Ｖ葜撂┡d車程將縮短至半小時(shí)左右，對(duì)推進(jìn)“一帶一路”交匯點(diǎn)建設(shè)、服務(wù)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展和長(zhǎng)三角一體化發(fā)展戰(zhàn)略、促進(jìn)揚(yáng)子江城市群協(xié)調(diào)發(fā)展等具有重要意義。

常泰長(zhǎng)江大橋有何特殊之處？大橋設(shè)計(jì)與建設(shè)背后有哪些故事？日前，記者探訪了常泰長(zhǎng)江大橋建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)及相關(guān)工廠。

“焊接時(shí)要全神貫注”

在中鐵工業(yè)旗下的中鐵寶橋揚(yáng)州公司生產(chǎn)基地，兩塊鋼桁梁大節(jié)段靜置地面，等待從碼頭啟運(yùn)，拉往橋位吊裝。這一步驟后，常泰長(zhǎng)江大橋?qū)⒗_(kāi)全橋合龍序幕。

從下往上看大橋，并未覺(jué)察其中一塊節(jié)段有多大，但真正站在未出廠的節(jié)段面前，記者不禁被其龐大身軀所震撼。“建橋就像搭積木，對(duì)于常泰長(zhǎng)江大橋主航道橋來(lái)說(shuō)，就是把一塊塊大節(jié)段拼接起來(lái)。”中鐵寶橋揚(yáng)州公司常泰長(zhǎng)江大橋項(xiàng)目副經(jīng)理秦勛介紹，大節(jié)段好比積木，別小瞧這塊“積木”：標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度28米，寬35米，高15.5米，最大單重達(dá)1866噸。

大節(jié)段由板單元及不同類型桿件組成，板單元由板材切割后的零部件拼焊出來(lái)，大橋的質(zhì)量和安全與此直接相關(guān)。“跟做衣服類似，用什么料子，領(lǐng)子、袖子縫得結(jié)不結(jié)實(shí)，都會(huì)影響衣服的耐久性。”秦勛說(shuō)。

在基地鋼橋梁智能制造示范線，記者看到圍繞板單元加工制作的諸多工藝，目標(biāo)只有一個(gè)：焊得更牢固。“這叫‘U肋’，在板單元中扮演重要角色，是提高橋面強(qiáng)度的關(guān)鍵。”走到一塊船位焊的板單元旁，秦勛介紹，橋面板單元的一面過(guò)車，有車時(shí)就有壓力，車通過(guò)后壓力消失，這樣反復(fù)作用會(huì)導(dǎo)致疲勞載荷，路面易開(kāi)裂。這就需要在另一面焊上一根根U肋，在一定區(qū)域形成箱體結(jié)構(gòu)，大大提升路面承載力。

“這個(gè)焊縫焊得光滑，外觀好，內(nèi)部也沒(méi)啥缺陷。”中鐵寶橋揚(yáng)州公司常泰長(zhǎng)江大橋項(xiàng)目副總工曹林說(shuō)，以前U肋焊到板上主要靠人工，常泰長(zhǎng)江大橋建設(shè)過(guò)程則采用了焊接機(jī)器人。激光傳感器就像“眼睛”，掃一下就知道點(diǎn)焊位置在哪兒，精度和效率明顯提升。

來(lái)自河北的曹林是90后，大學(xué)畢業(yè)就來(lái)到中鐵寶橋揚(yáng)州公司技術(shù)研發(fā)部工作。常泰長(zhǎng)江大橋?qū)α悴考鹊淖非蠛桶芽兀o他留下深刻印象。“橋面板單元U肋的熔深必須控制在80%。換句話說(shuō)，U肋厚度8毫米，單面焊接的坡口部分熔透角焊縫焊根未熔透的最大尺寸不超1.6毫米。”曹林說(shuō)，“焊接時(shí)要全神貫注，熔深低于80%達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，可如果電流電壓稍微大一點(diǎn)或設(shè)備抖動(dòng)一下，就會(huì)直接焊穿，因此必須格外精準(zhǔn)。”

“我們還引入了破壞性試驗(yàn)。”曹林介紹，項(xiàng)目隨機(jī)抽取板單元成品，將其焊縫切割來(lái)驗(yàn)證焊接質(zhì)量，為提高板單元疲勞性能及耐久性提供可靠保障。

中鐵工業(yè)旗下的中鐵山橋南通公司也承擔(dān)了常泰長(zhǎng)江大橋鋼桁梁大節(jié)段的制作。老家安徽的馬浩鵬是公司工程技術(shù)部部長(zhǎng)，雖為95后，卻是工作9年、參建20余座大橋的“老司機(jī)”。現(xiàn)在，他的腦海里仍不時(shí)浮現(xiàn)當(dāng)時(shí)大節(jié)段裝船發(fā)運(yùn)的場(chǎng)景。

“大節(jié)段尺寸大、重量大，碼頭的吊機(jī)根本吊不動(dòng)，只能采用滾裝上船的方式。發(fā)運(yùn)要密切關(guān)注當(dāng)天水位，那時(shí)江面水位較低，經(jīng)常凌晨啟運(yùn)，把大節(jié)段從廠區(qū)運(yùn)往船上的時(shí)間很緊張。節(jié)段一上船，船一邊就翹起來(lái)，然后趕快往另一邊船艙注水，保持船的平衡，整個(gè)過(guò)程需要各方緊密配合。”馬浩鵬說(shuō)，“一塊大節(jié)段，從板材運(yùn)來(lái)，經(jīng)下料、組焊、涂裝，再到發(fā)運(yùn)，周期約半年。眼瞅著一個(gè)個(gè)節(jié)段被拎上去，那叫一個(gè)激動(dòng)！”

“兩側(cè)同位置孔的圓心間距偏差不超過(guò)0.5毫米”

常泰長(zhǎng)江大橋所處位置，深水航道寬900米，往來(lái)航船如織。繁忙的航道如一條車輛川流不息的高速路。為了減少對(duì)航道通航影響，大橋設(shè)計(jì)者選擇了斜拉橋橋型，并將跨度做到極大。

走在下層橋面，工人正加緊安裝防拋網(wǎng)、防撞護(hù)欄等附屬設(shè)施。“上層橋面為雙向六車道高速公路，咱們?cè)诘倪@層，這邊是兩線城際鐵路，那邊是四車道普通公路。”中鐵大橋局常泰長(zhǎng)江大橋項(xiàng)目副經(jīng)理趙政說(shuō)，這是大橋最特殊的地方之一。

有啥特殊？趙政介紹，按照傳統(tǒng)做法，一般將兩線鐵路放中間，兩邊各布置兩條公路車道，這樣結(jié)構(gòu)是對(duì)稱的。而現(xiàn)在鐵路和公路分列橋梁兩側(cè)，是一座“偏心橋”，這對(duì)于設(shè)計(jì)者和建設(shè)者而言，是亮點(diǎn)，也是難點(diǎn)。

據(jù)介紹，鐵路與公路的恒載差異很大。荷載不平衡，將導(dǎo)致主梁橫偏變形，橋面一邊高一邊低，威脅行車安全。為了解決荷載非對(duì)稱問(wèn)題，大橋設(shè)計(jì)者一方面嘗試采用輕型化鐵路橋面系結(jié)構(gòu)，減輕鐵路側(cè)重量；同時(shí)，調(diào)整斜拉索索力，使鐵路側(cè)的張力大于公路側(cè)，保證兩側(cè)橋面一樣高。

曹林告訴記者，兩側(cè)腳下踩的路面材質(zhì)也不同。鐵路側(cè)是更厚的復(fù)合鋼板，由碳鋼和不銹鋼采用爆炸工藝結(jié)合而成，之后放道岔；而公路側(cè)使用的只有碳鋼，上面將鋪瀝青。

大橋兩側(cè)的弦桿上，分布著密密麻麻的螺栓與孔群。從工廠運(yùn)來(lái)的大節(jié)段，正是采取先栓后焊的方式拼接起來(lái)。中鐵山橋常泰長(zhǎng)江大橋項(xiàng)目經(jīng)理李福生帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，連續(xù)幾天在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量鋼桁梁的拼裝精度，其中就包括弦桿箱口栓孔的同心度。

“螺栓孔群的精度決定了大節(jié)段能否順利拼接、大橋能否成功合龍。兩個(gè)節(jié)段吊上來(lái)后，在弦桿間放置拼接板，打上螺栓固定，下一步就是焊接了。如果連栓孔都對(duì)不齊，節(jié)段根本拼不起來(lái)。”李福生說(shuō)，“我們使用了大型雙龍門三維數(shù)控鉆床，實(shí)現(xiàn)雙機(jī)精密聯(lián)動(dòng)，一次性完成桿件兩端栓孔的鉆制，同時(shí)在實(shí)體拼裝前，進(jìn)行模擬預(yù)拼，保證栓孔精度。”

在中鐵山橋南通公司的工廠，記者見(jiàn)到了李福生說(shuō)的鉆孔設(shè)備，鉆床正在進(jìn)行下一座橋梁的弦桿作業(yè)。

“常泰長(zhǎng)江大橋的栓孔就是這臺(tái)機(jī)器打出來(lái)的，我們先打定位孔。3個(gè)定位孔，能控制這一區(qū)域的孔群位置。”馬浩鵬介紹，“兩側(cè)同位置孔的圓心間距偏差不超過(guò)0.5毫米”。

定位孔鉆制后，工人將一塊樣板放到弦桿位置，和3個(gè)定位孔重合，操作搖臂鉆床開(kāi)始鉆其余位置的栓孔。“樣板是特殊材質(zhì)做的，鉆頭鉆上去也不會(huì)損壞。”馬浩鵬介紹，孔群鉆好后由質(zhì)檢工程師對(duì)栓孔直徑、極邊孔距、螺栓孔間距等項(xiàng)點(diǎn)進(jìn)行檢查，合格后方可進(jìn)入下道工序。

“只有控制好總體傾斜度，塔頂才不會(huì)偏”

整座常泰長(zhǎng)江大橋，最引人矚目的要數(shù)橋塔。南北兩座“鉆石型”主塔聳立長(zhǎng)江，直指藍(lán)天。

兩座主塔高度均為350米，分上、中、下塔柱三部分。橋塔采取分節(jié)段施工，建塔的過(guò)程就像串糖葫蘆。此時(shí)，南塔已封頂，北塔封頂在即。“常泰長(zhǎng)江大橋橋塔是目前世界最高斜拉橋橋塔，也是整個(gè)橋梁的核心工程。”中鐵大橋局副總工程師于祥君介紹，一般橋塔是兩塔肢，而這座橋的中、下塔柱設(shè)計(jì)成四塔肢、正八邊形截面的形式，且塔肢尺寸不固定，做了收窄、內(nèi)傾設(shè)計(jì)，“這對(duì)精度要求很嚴(yán)格，只有控制好總體傾斜度，塔頂才不會(huì)偏”。

換乘兩趟施工升降機(jī)，記者來(lái)到北塔頂部，一部分工人正在吊裝斜拉索。往下看，寬闊的江面上，偌大的船只也變得渺小。接著，記者進(jìn)入橋塔內(nèi)部，一排排孔洞映入眼簾。

“這是斜拉索的一個(gè)錨固端，另外一個(gè)位于鋼桁梁的錨箱上。”曹林介紹，大橋首創(chuàng)了“鋼箱—核芯混凝土”組合索塔錨固結(jié)構(gòu)，利用的正是鋼和混凝土兩種不同材料的力學(xué)性能差異。混凝土抗壓性能好，但抵抗彎矩產(chǎn)生的拉應(yīng)力能力較弱，而鋼結(jié)構(gòu)抗拉、壓性能均較好。將混凝土布置在上塔柱中性軸附近，鋼結(jié)構(gòu)布置在遠(yuǎn)離中性軸的外圍，便能實(shí)現(xiàn)索塔錨固體系局部受力和整體受力的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

兩座橋塔如人之兩腿，穩(wěn)立江中，靠雙腳有力。雙腳就是在水下的“沉井”。常泰長(zhǎng)江大橋主航道橋橋塔基礎(chǔ)沉井采用鋼結(jié)構(gòu)，一個(gè)沉井的面積相當(dāng)于13個(gè)籃球場(chǎng)大小，高度差不多有24層樓高。將這樣的“大塊頭”平穩(wěn)放入江中，不是一件容易事。

“我們將沉井基礎(chǔ)在船塢內(nèi)整體制造，然后用拖輪浮運(yùn)至橋位。施工期間，接高兩次，下沉分了三次。”于祥君介紹，為了減少下沉施工風(fēng)險(xiǎn)，團(tuán)隊(duì)采取了“上小下大”結(jié)構(gòu)，讓沉井減輕自重的同時(shí)又有效限制了水流對(duì)沉井周邊河床土體的沖蝕，減少?zèng)_刷深度。

沉井的每次下沉，都意味著向下不斷取土，然而特殊的地質(zhì)情況讓施工人員犯了難。“沉井下沉區(qū)域分布著不同厚度的粉質(zhì)黏土，這種黏土黏度極高，在水下好似橡皮泥，一旦把鉆頭糊住就很難把土吸出來(lái)。”于祥君告訴記者，建設(shè)團(tuán)隊(duì)研發(fā)了雙頭絞吸機(jī)、履帶式絞吸機(jī)器人、龍門絞吸機(jī)器人、高壓射噴鉆機(jī)等“利器”對(duì)付黏土。同時(shí)，在沉井安裝土壓力傳感器，在關(guān)鍵點(diǎn)監(jiān)測(cè)應(yīng)力，自動(dòng)采集沉井姿態(tài)和結(jié)構(gòu)受力數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)取土的精準(zhǔn)控制。

看著即將合龍的大橋，曹林很感慨。“越到最后，越懷念大家一起攻堅(jiān)克難的日子。大橋就像我們的小孩，一點(diǎn)點(diǎn)長(zhǎng)大，能參與這個(gè)超級(jí)工程本身就是一種幸福。”曹林說(shuō)，“等大橋通車后，我一定帶家人來(lái)跑一圈，向他們講講造橋的故事。”