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雛形已現!這座拿下三個“北京之最”的跨河大橋下月合龍

美国中文网 2019年06月12日 17:19:58    

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大橋初現美麗身姿。


“兔子逼急了會造橋。”這句網絡上的流行語,講的是有“新世界七大奇跡之一”之稱的港珠澳大橋。從2009年動工,到2018年竣工,整整9年的時間,一群死磕到底的大國工匠們,最終打造出了一座世界上最長的跨海大橋。


在北京的西五環外,也有一群“會造橋的兔子”,一支來自北京城建的工匠隊伍,正在建設著橫跨永定河的新首鋼大橋,也是全球首例雙塔斜拉鋼構組合體系橋。全橋長1350米、主橋長639米的新首鋼大橋,算不上橋梁界的“大塊頭”,遇到的卻都是奧數競賽般的難題,就連工程院院士都被請來作為“外腦”為大橋出謀劃策。


今年9月底,新首鋼大橋即將貫通,又一座兼具力與美的建築藝術品將呈現于世。本周,工人們正在高空小心翼翼地拆除鋼支架,為3個月後的圓滿收尾奮斗著。


如履薄冰


每聲巨響都擔心來自施工現場



大橋中心位置是即將合龍的地方。 北京城建道橋集團供圖


“639米長的主橋,我們一干就是4年,真的是像繡花一樣建橋。”說這話時,寇志強剛從一場方案論證會中“抽身”出來。離7月20日計劃主梁合龍的日子越來越近,他必須要確認好其間的每一處細節,“這就好比一場‘一錘定音’的買賣,一丁點兒都錯不得。”


寇志強的身份,是北京城建道橋集團新首鋼大橋項目的項目經理,是把控方向的“總舵手”和“大管家”。盡管已經同橋梁打了18年的交道,可在新首鋼大橋的每一天,寇志強仍覺得如履薄冰,“總覺得睡不踏實,每天早上4點就自動醒來,這些白頭發都是在項目上長出來的。”


最近,同樣睡不踏實的還有安全總監李根深。為了給邊跨橫梁和斜拉索施工騰出作業面,5月16日起,新首鋼大橋上開始進行鋼支架的拆除。這些鋼支架,是當初高矮塔施工時為了配合吊裝而特別設計的操作平台,支架最高點有130米,相當于43層樓高。“高空作業,最擔心的就是發生墜落。”


每天,只要沒有會,李根深都會緊盯在施工現場。早上6點20分工人們還沒上崗時,他就到了橋上,一直待到中午11點午休,一遍遍地確認大伙兒都用上了安全措施。“除了工地上常見的安全帶外,我們還用上了防墜器,工人只要上橋就得在安全帶上再系上它。”李根深指著一根長30米、如釣魚線一般的繩子介紹,一旦發生意外下墜,防墜器就會自動鎖死,拉著工人不往下墜落。“就像電影拍攝時吊的威亞,人從正面看不見它,但它卻是生命的保護器。”


李根深笑著說,自從做了安全總監,他最听不得的就是巨響,哪怕是坐在辦公室開會,只要听到遠處傳來“ ”的一聲,他都會不自主地緊張起來,然後立馬起身去確認聲音來自哪兒,“嘿嘿,有時候其實就是外面馬路上的車響。”



和力之門


雙斜鋼塔斜拉橋創下北京最難


站在新首鋼大橋上,可以眺望永定河美景,看“落霞與孤鶩齊飛,秋水共長天一色”。


在橋上眺望永定河的美景,看“落霞與孤鶩齊飛,秋水共長天一色。”這是新首鋼大橋的設計願景。


長安街是北京城的一條東西軸線,從西三環公主墳橋一路向西,跨過五環後,到達老首鋼東門,長街也就走到了頭。為了打通京西的交通,多年前,北京啟動了長安街西延方案,而跨越永定河的高架橋新首鋼大橋,就成為連接石景山和門頭溝的樞紐。


根據設計方案,新首鋼大橋為全鋼結構倒“u”形雙斜鋼塔斜拉橋,主橋長639米,主跨跨徑280米,斜鋼塔高124.93米,橋面最寬處54.9米。由于兩個倒“u”形鋼塔分別向東西兩側傾斜,從高空俯瞰,仿佛兩個面對面席地而坐的拔河健兒,腳抵著腳,手拉著手,各自向後用力拉伸,故而在設計之初也被昵稱為“和力之門”。


“這是全球首例雙塔斜拉鋼構組合體系橋,也將是北京地區跨徑最大、高度最高、難度最大的跨河大橋。”寇志強向記者解釋道,為了順應永定河的河道走向,以盡量減少阻水率,新首鋼大橋南北橋墩的排布是“錯步”的,前後錯出25.1米。也因此,“架”在橋墩上的兩個鋼塔采用的也是傾斜空間形式,特別是高塔,傾斜角度就達到57度。


同樣呈現傾斜形式的還有橋上的拉索,112根斜拉索呈豎琴狀布局,將梁和橋面的重量傳遞到斜塔上。


采訪的當天,永定河仍在進行著生態補水工作,潺潺的流水從北向南穿橋而過,一條臨時搭建的便道成為施工人員往返現場的通道。記者順著便道“跨”過永定河,攀爬了約10層樓高的腳手架後,就來到正在施工的橋面上,只見白色的斜塔沿著兩個方向伸向天際,流暢的線條極富張力。人如果站在高度較低的矮塔之下向另一邊遠眺,感覺就像是透過一個景框看向另一個景框,景框之外是美麗的城市景觀。



大橋合龍在即。


高塔之下,仍殘留一部分的便是正在拆除中的鋼支架,大橋中心位置則是7月即將“牽手”合龍的地方。


扭身之難


620噸全國最重鋼節段預制而成


“從低空仰望,兩個鋼塔似乎只是輕輕一扭,可你知道,正是這一扭,給施工帶來好多難度。”回述當初的施工過程,寇志強連呼不易,處處是難題。



大橋用鋼量超過鳥巢。


第一道難關,便是鋼構件的加工。新首鋼大橋的主橋用鋼量達4.3萬噸,超過了鳥巢的總用鋼量,而其中約90%的鋼構件都是通過預制加工的方式先在工廠加工好,然後運輸到現場拼裝。


“因為有傾斜,尋常軟件已繪制不出單元板塊的平面圖。怎麼辦?我們引入了三維設計軟件,先建出三維模型,再從三維模型拆解出一個個單元板塊,把它放樣成二維平面圖,最後進行加工。”寇志強揭秘,為了驗證加工工藝是否可行,在江甦揚州的加工廠,工作人員特意選取了接近塔頂合龍位置最彎扭的一個節段,從中取出1/4塊體進行足尺試驗後,通過逆向建模,去和原先的設計模型做擬合對比,檢驗偏差,“最彎扭的一段通過驗收後,才進入大批量加工。”


單元板塊到達現場後,還要在現場的加工廠進行二次加工。“為了吊裝的需要,我們將高塔分為31個鋼節段,矮塔分為21個鋼節段,這52個鋼節段都得通過二次加工,由單元板塊組裝而成。”寇志強告訴記者,52個鋼節段中,有6個節段的重量都超過了500噸,最重的有620噸,絕對算得上是中國最重的鋼節段。


“重量大之外,更關鍵的是,每個鋼節段都是不規則的,如何保證節段和節段之間也能最完美的契合?”為此,項目部又想出了“2+1”的三段預拼法,每三個節段組成一個小組,驗證與設計100%相符後,拉走小組中的第一個節段,再加入一個新節段重新組成一個小組,如此循環,確保52個節段均能滿足高矮塔的線形要求。


71.5度傾斜


52個鋼節段全部“一吊成功”


“像搭積木一樣蓋房子。”每每提到預制構件,人們最愛使用的形容詞便是“搭積木”,以凸顯其簡便的優點。然而,在新首鋼大橋,“像搭積木一樣建大橋”,卻絕非一件易事。


“還是因為斜塔的造型,鋼節段也多是不規則的形狀,僅憑老工人的經驗去設置吊索、尋找重心,就不好使了。”項目的bim負責人劉長宇告訴記者,唯一的方法就是通過bim建模,在計算機上求出重心,把吊裝姿態確定好,現場直接起吊。


比較有意思的是,隨著斜塔高度的上升,鋼節段的重量也隨之減少,從最重的620噸到最輕的只有150噸。但同時,傾斜角度也隨之加大,最大的傾斜角度有71.5度。“簡言之,就是高而輕、重而矮。但無論高矮輕重,我們都是一吊成功。”劉長宇頗為自豪地說。


寇志強回憶,首個鋼節段的吊裝是在2017年的冬季,北京的室外溫度在-8℃,這對于具有“熱脹冷縮”性的鋼來說,是極為不利的。為了讓環境溫度能達到5℃到8℃,項目部在547噸的鋼節段外罩上了一個30米×30米的保溫棚,保溫棚里放置了30組電暖器,持續為環境加溫。


溫度問題解決了,還有和底部混凝土基座的連接問題。由于鋼結構和混凝土基座的平整度相差四倍,吊裝過程中無法直接將鋼節段放置在基座上,只能在兩者中間預留出5厘米的空隙,再通過灌漿的方法將空隙灌密實。


“厚5厘米、面積240平方米的灌漿,這可是全國最難了。”寇志強介紹,在邀請國內的頂尖專家支招後,項目部做了兩次試驗。一次是1比1的足尺試驗,在試驗場地上建起一個240平方米的灌漿平台,平台上放置一塊240平方米的鋼板,以驗證一次灌漿的效果。另一次是平行試驗,現場灌漿的同時,在旁邊又搭建了一個12米×2.5米的試驗平台,保證在同樣的溫度和光照條件下,由同一撥工人按照完全相同的工藝進行灌漿,“然後,我們把試驗平台上的鋼板揭開,去測量它的氣泡、空鼓的比率,驗證灌漿效果。”


主梁合龍


7月20日凌晨5點啟動


寇志強告訴記者,大橋預計將于7月20日進行主梁合龍。由于鋼結構對溫度較為敏感,常會隨著溫度的改變而發生伸縮,“由于矮塔是臨時鎖定,會隨著主梁的伸縮而發生位移,夏天要脹出來25厘米,冬天要縮進去25厘米,這25厘米就直接影響了合龍難度。”


按照項目部的初步方案,計劃把主梁的合龍定在當天凌晨5點,這個室外氣溫最低的時刻,為的是合龍口最大,主梁最容易吊裝就位。緊接著,在早上7點太陽完全升起、氣溫升高前,完成對矮塔臨時鎖定的解鎖工作,以防止鋼結構因熱脹而“推”壞鋼梁。最後,還要在傍晚太陽落山前將合龍部位滿焊到位,以實現整座橋的正常伸縮。


“這是黃金的二十四小時,只許成功,不許失敗。”每場論證會,寇志強都會和管理人員反復強調。


按照計劃,在完成主梁的合龍後,新首鋼大橋就將進入斜拉索調索、人行道等附屬工程施工階段,預計將于2019年9月30日實現貫通。


“如果算上7年前完工的園博會園博大道跨永定河的橋梁,這是我第二次參與到跨永定河的橋梁的建設中了,冥冥之中,我和這座城市和這條河充滿了緣分。”在寇志強的想象中,當嶄新的大橋與古老的永定河相映成趣時,人們就能同時領略一座城市的過去與現在,領略千年古都的豐富底蘊與美好未來。


鏈接


借力外腦


頂尖專家為大橋出謀劃策


記者注意到,在新首鋼大橋的建設過程中,項目部主動邀請由中國工程院院士、清華大學教授、國內橋梁專家等組成的頂尖專家團隊,作為“外腦”和“智囊團”,共同為大橋出謀劃策。


高塔第九段開始無法懸拼了怎麼辦?專家團隊幫著設計出了130米高、與斜塔線形相吻合的鋼支架,以支撐高空中鋼節段的重心。由于彎扭度較高而只能平躺著運輸到現場的鋼節段,如何豎著到高空吊裝?專家團隊幫著把關論證,先用兩個履帶吊將鋼節段“翻身”,然後再提到高空。


“下一個難題,就是主梁合龍了,這可直接關系到全橋的成敗,我們還想請專家幫著把把關。”

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