封面新聞記者 苟春
在四川盆地至青藏高原爬升段,在大渡河深切峽谷巍然屹立着一座超大跨度懸索橋——雅康高速公路泸定大渡河大橋。這是一座建在高地震烈度區、複雜風場環境下的超大跨度懸索橋,創新攻克了多項世界級技術難題,被譽為“川藏第一橋”。近期,泸定大渡河大橋以照片的形式登上“奮進新時代”主題成就展,再度引發關注。
泸定大渡河大橋為主跨1100米、全長1411米的懸索橋,位于四川省泸定縣泸橋鎮咱裡村,是雅康高速公路的控制性工程。“泸定縣是川藏南線走廊的重要節點,泸定大渡河大橋是四川盆地進入青藏高原的第一座千米級橋梁。”作為該項目設計的主審人,四川省公路規劃勘察設計研究院有限公司副總經理蔣勁松告訴記者,設計采用了大跨橋梁跨越大渡河河谷,避免了路線的起伏攀升,并使得雅安到康定的總裡程最短,實現通行效率最大化。
泸定大渡河大橋位于四川省泸定縣泸橋鎮咱裡村
“在這裡建橋絕非易事,面臨極其複雜的地形、地質、氣候條件的巨大挑戰。”蔣勁松介紹,橋梁設計需要面對地震烈度高、地形地質複雜、風場環境複雜、橋隧相互幹擾、施工風險高等因素帶來的巨大挑戰,最終,在各單位的支持下,他們進行了一系列技術攻關并成功解決了這些難題。
勘察
爬山開路 肩挑手扛完成3560米地質鑽孔
泸定大渡河大橋于2011年6月啟動初步設計,2014年4月獲得初步設計批複,2015年7月獲得施工圖設計批複,2015年9月開工建設。曆時7年,大橋于2018年12月31日正式建成通車。
“初步設計、施工圖設計前後花了四年多的時間。”蔣勁松說,在方案研究階段,設計團隊從泸定縣城沿大渡河上下30公裡,踏勘了約100平方公裡的範圍,大規模開展橋位比選工作,共計拟定了10個大渡河橋位方案開展研究。經過反複的地質調查、比選研究,最終确定了現在這個1100米懸索橋的橋位,即采用咱裡高橋位。
泸定大渡河大橋架設橋梁纜索
比選内容則主要包括了路線運營安全、工程規模、工程造價、橋梁防災減災、與其他道路互通互聯等。“其中就要做很多方面的工作,包括地質調查等。”蔣勁松回憶,當時在勘察咱裡橋位時,設計團隊如果要抵達地勘點位就要翻過五裡溝到橋位中間的一座山。“為了摸清橋位處錨碇、索塔位置的地質情況,大家就要爬山。一開始還有小路,後來沒有路了,我們就自己找路,路陡的地方就抓着山上的灌木接力往上爬,有的同事腳受傷了也沒有停下腳步”。
不止如此,設計需要首先解決地質問題,需要開展大範圍的地調地勘工作。“具體到工點地質,就需要去做鑽探,就需要使用到鑽機。”蔣勁松說,當時因為沒有路,地勘工作人員就隻能肩挑手扛将鑽機運到對應點位上,他們将幾噸重的鑽機拆分開運上去。最終依靠這樣的方式完成了3560米的鑽孔,相當于主橋橋長的三倍多,為橋位論證提供了紮實的基礎數據。
抗震
創新研發 設計地震動峰值加速度0.49g
泸定縣位于地震活動區域,根據地震安全性評價報告,工程場地的地震基本烈度為Ⅷ度,設計采用的地表50年超越概率2%的地震動峰值加速度為0.49g,為我國千米級大跨橋梁中地震動參數最高者。
在高地震烈度區,橋塔如果采用鋼筋混凝土橫梁,它的抗剪能力無法滿足要求;如果采用鋼橫梁,連接構造複雜,塔梁節點抗彎也不滿足要求。于是,設計團隊通過多次試驗、探索,選擇采用波形鋼腹闆與預應力混凝土頂底闆的鋼混組合結構,大大減小了索塔及橫梁的橫向地震力。
除了塔上的組合橫梁提升索塔自身的抗震能力,能不能讓主梁再幫點忙分擔點兒地震力?“我們研發了耗能型中央扣,它是由防屈曲鋼支撐作為中央扣主體構件,通過與主梁巧妙的鉸接設計,既能耗散地震能量,又能避免地震力導緻主梁破壞。”蔣勁松介紹。
泸定大渡河大橋架設橋梁纜索
中央扣應用在懸索橋中已經有很多年,但之前隻有剛性中央扣和柔性中央扣兩種形式。蔣勁松介紹:“這次研發的耗能型中央扣是我們的首創,主要是為了解決抗震問題。在小地震作用下,它就相當于剛性中央扣;但是在遇到大地震時,它就變成了一個保險絲,保險絲先壞掉,而其他橋梁結構不被破壞。同時,整個主梁的位移響應也會降低,解決了縱向抗震的問題”。
波形鋼腹闆組合橫梁和耗能型中央扣兩大關鍵技術的研發,與傳統懸索橋體系相比,索塔縱向地震動響應降低20%,橫向地震動響應降低25%,梁體縱向位移減小70%,科學地解決了高烈度地震區大跨度懸索橋抗震需求的技術難題,推動了大跨懸索橋抗震技術的進步,實現了鋼筋混凝土索塔在高烈度地震區的應用,保障了大橋在強震作用下的安全性。
抗風
取平衡點 同時滿足結構抗風和行車防風
大渡河峽谷氣象多變、風場紊亂,瞬時風速能達到32.6m/s,相當于12級台風風速。加之受局部地形地貌的影響,其大風特性和常規平原地區有顯著區别,強來流風常伴随大風攻角出現。蔣勁松介紹:“從2012年開始,我們就利用了現場實測、風洞試驗、數值模拟三大手段,開展了抗風專項研究”。
那設計的基準風速究竟該取多少?蔣勁松說:“除了在現場設置測風塔之外,還開展多點位同步測量,得到了初步數據。還開展了地形模型風洞試驗,就是把橋位附近的地形做成模型放進風洞裡試驗,測量橋位所在位置風速有多大”。
泸定大渡河大橋首根主纜索架設成功
設計基準風速确定之後還要解決抗風問題。蔣勁松介紹,抗風需要解決兩個方面問題,首先是結構抗風,也就是在風場作用下,橋梁自身的安全問題。為了解決橋梁抗顫振問題,他們試驗了很多措施,比如目前橋上應用的上下穩定闆、封閉中央開槽等設計,但這些都不是一開始就知道是否可行,而是通過一次次試驗,不斷測試得出的結論。
其次就是行車防風,“行車時車輛從隧道裡開到橋上,隧道裡是沒有橫向風的,車輛開得很平穩,但是一走到橋上,如果有大風吹來,就會影響駕駛安全”。蔣勁松介紹,基于此,橋上設計了一些風障,改善橫向風對車輛行駛的影響。但如果把行車防風做到極緻又會和結構抗風産生沖突,因此就需要選取一個平衡點,既滿足結構抗風,又滿足行車防風。
對話
建設順利 “我們能夠建好超級工程”
封面新聞記者:泸定大渡河大橋在總體設計時遇到了什麼困難?
蔣勁松:泸定大渡河大橋在雅安岸采用隧道錨,與泸定隧道相接,隧道錨與公路隧道空間位置存在沖突。這需盡量壓縮公路隧道左右線的間距,甚至不得不采用連拱隧道等特殊形式,緻使隧道施工難度大、風險高;同時懸索橋主纜還需要向外偏轉,使得塔頂主索鞍必須橫向平彎,增大制造複雜程度,對索塔也會産生不利的橫向力。
蔣勁松和泸定大渡河大橋的合影。受訪者供圖
封面新聞記者:如何解決上述困難?
蔣勁松:我們在設計總體布局時首次采用2個轉向相反的平曲線将泸定隧道按分離式隧道接大橋分離式引橋,大橋隧道錨設置于左右線分離式隧道之間,加大了隧道錨與隧道之間的淨距,将公路隧道與錨碇間的近接體系受力相互影響降至最低。這使主纜和隧道錨的布置完全不受相連公路隧道的影響,為山區橋隧相連的懸索橋總體布置提供了一條嶄新思路。同時,橫通道可作為隧道錨施工期的運輸通道,利用先期完工的泸定公路隧道作為施工場地,不受風雨影響,極大地方便了施工,節約了工期,受到施工單位的歡迎。
封面新聞記者:您從事橋梁設計工作30多年,你認為泸定大渡河大橋特别之處是什麼?
蔣勁松:建設過程非常的順利,這個是我最大的感受。因為我們設計完成後還要做後期服務,所謂後期服務就是協調解決施工期出現的技術問題,以幫助這個項目順利建成。然而這座橋在後期服務過程中非常順利,沒有出現任何較大的技術問題就修建完成了,所以這個就是我們作為從業人員心裡面最欣慰的一點。而針對技術創新方面,每座橋特别是針對這種大型工程我們都會開展很多研究,都可能會産生一些創新成果,這個是自豪的一個方面,但是我覺得對我的感受來說就是施工單位也是非常給力,整個後期服務非常順利。
泸定大渡河大橋為主跨1100米、全長1411米的懸索橋
封面新聞記者:您覺得泸定大渡河大橋的意義何在?
蔣勁松:泸定大渡河大橋從2015年9月修建,到2018年12月31日通車。其間建設者克服了種種困難,優質、高效地完成建設,為新川藏路交上一份滿意答卷。大橋建設的意義,我覺得有4個方面。一是雅康高速公路是輻射帶動涉藏地區的經濟大動脈,這對完善國家高速公路網,改善民族地區交通條件等均具有重要意義;二是展現了四川交通人的責任擔當,不斷地刻苦鑽研、勇于創新,不斷推進從“蜀道難”到“蜀道通”再到“蜀道暢”;三是取得的一系列技術創新成果,促進了橋梁專業本身的技術進步,也對後續川藏高速公路、川藏鐵路建設提供了堅實技術儲備;四是大渡河大橋獲得了各種獎項,證明我們可以建設超級工程,我們能夠建好超級工程,也說明了中國正逐漸從“橋梁大國”走向“橋梁強國”。
(文中圖片由四川雅康高速公路有限責任公司提供)
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