科技日报：桥的故事之铁路桥：大桥是怎么“拼”出来的

甬江左线特大桥全景 李旭 摄

 
预制构件吊装作业 韦黎明 摄

 
梁上运梁拼装作业 许国 摄

    文·本报记者 滕继濮

    宁波北，甬江岸。

    一座铁路桥看起来不甚特别，只有两列铁轨并行其上，论其宽度远不及紧临的清水浦大桥——那是一座宽56.7米、双向8车道的公路桥。但，这座设计时速120公里/小时的铁路桥可承受的冲击力却“相当于26车道的公路桥”！

    这就是宁波铁路货运北环线枢纽甬江特大桥的主桥（以下简称甬江左线特大桥主桥），目前亚洲最大跨度的铁路混合梁斜拉桥。

    主跨468米，一跨飞架甬江。两座近180米高的索塔隔江相望，自塔顶射出100对巨型钢索，牢牢将桥体勾住。这些漂亮的线条，使整座桥体远眺显得轻盈，近观又格外恢弘。

    采用大跨度钢混结合梁斜拉桥的结构，在国内铁路工程领域是第一次。也正因为此，几乎没有什么资料可供设计和施工人员借鉴，欲填补空白就意味着接受挑战。

    自2010年10月破土动工，大量新技术、新材料和新工艺得以应用，其成功修建必将为我国铁路桥的建设提供诸多先进经验。有关这座桥的技术创新，一本书也写不完，本文在其中仅选取了最核心的三个闪光点。

    时值2014年12月底，洪塘乡站至宝幢站区间即将通车，明年全线开通运营。届时，宁波港集装箱疏运的内地陆路通道就被打通，宁波港的辐射范围将由原来的长三角地区，扩展至大武汉中部经济圈。

    双塔脚下有“巨刺”

    如果说两座高塔是支撑起大桥的中流砥柱，那么索塔基础下的大直径钻孔灌注桩就是整座大桥根基所在。这些钻孔桩就像长在双塔脚下的根根铁刺，深深扎入地下，保证塔身和桥体风雨中屹立不倒。可你知道，这“铁刺”是什么样子吗？

    直径3米、深度132.5米，当站在这样一个黑洞前，你感受到的可能是寒意。当24个这样的黑洞灌满混凝土，就几乎是一座主塔的钻孔桩了。这样大尺寸的孔径，国内鲜见。“每一个巨孔，都需要总重200吨的钻机日夜无休地挖上一个月。”李鹏程告诉记者。他是中铁四局二公司副总经理兼任该公司宁波铁路枢纽新建北环线经理部经理，该公司是大桥施工方。

    瑰丽的甬江身边流过，可技术人员根本无意欣赏，因为这里的地质条件对于钻孔，可以说是场噩梦。横向紧邻滩涂与大堤，稍有不慎会引发水流倒灌；纵向结构更是复杂，从地面往下45米处，是流塑状淤泥质黏土，再往深走，却是玄武玢岩等各种硬石，总结起来就是先软后硬、交替变化。

    中铁四局二公司宁波铁路枢纽新建北环线二分部总工孙小猛介绍，针对复杂地况，他们在钻进过程中，加强了对地质条件、钻进速度、泥浆比重等参数的监控，并选用重型加强钻杆和设置稳定环保证钻孔垂直度。在穿过黏土层时，为防止塌方，他们还给钻头套上了套筒。钻出了这深不见底的“黑洞阵”，为灌桩做好了第一步的准备。

    超长钢筋笼分段生产再对接

    紧接着出场的是大直径超长钢筋笼。每个桩孔，都会放进去一个钢筋笼。灌注混凝土后，钢筋笼就好比是桩体的骨架。桩孔有多大，钢筋笼就有多大——每个孔桩钢筋笼重达110余吨。

    问题来了，这么大的钢筋笼是如何快速做出并顺利放进去的？这是大桥施工中一个非常重要的技术成果。

    首先，每个钢筋笼被分成11节同步加工制作成产。为此，技术人员设计制造了一种胎座式钢筋笼加工模具。这样做的好处是，可以边生产边下放，并能较好地控制钢筋笼轴线偏差，保证其精准地对接。

    做好一节，放入桩孔，然后挂在洞口，再接着安装另一节。说着很轻松，但在实际安装时，每一节都是重达10吨的大家伙。因此，快速准确地定位对接尤为关键。

    技术人员研制了一种新型钢筋笼下放定位系统，提出了包括“十”字形吊具、定位支撑平台、吊挂定位环等装置的自由吊挂式定位方法，解决了超大钢筋笼快速安装定位的难题。另外，他们还研究出采用双筋直螺纹套筒错位对拧连接法，大大缩短了钢筋笼与安装时间，每孔钢筋笼安装时间由85个小时缩短为36个小时。

    值得一提的是，《大直径超长大钢筋笼自由吊挂定位系统》《大直径超长大钢筋笼错位对拧法》都已取得国家技术专利。

    钢筋笼安装完毕，通过预埋在桩身的注浆管形成循环回路，利用压力作用，向桩端底层均匀地注入水泥浆。这叫做桩端循环后压浆技术。施工时必须很小心，要保证灌一部分水泥浆，然后将管子往上提一段，始终保持管口在水泥浆液面之下。“一旦露出来，那就是重大事故了，这个装口就要废弃，重新再打了。”一分部总工陈平说。

    关键部件分块吊装

    距离地面38米的上空，在两边主跨和边跨的结合处，都有一段长14.05米的钢混结合段。这个重达384.1吨的家伙，是整个桥体质量的关键点，也是施工技术中的一大创新点。

    由于大桥的主梁由两种不同材料组成——边跨的梁体为混凝土梁，其它部分梁体为钢梁。这就造成了必有一段是钢梁和混凝土梁结合的过渡段。

    据介绍，这样的结构既有混凝土“梁自重大、锚固作用强、经济性优良”的优点，又有钢梁“跨越能力大”的优势，当然成本也比全钢梁节省不少，被广泛应用于国内外公路大跨度斜拉桥。但难点也在这里。不同于汽车，火车轨道固定、荷载更高，这对其整体刚度、疲劳性能要求更高，所以这对该结构的应用来说，是一次非常严峻的考验。

    钢混结合段是一个非常复杂的部件，这个庞然大物由钢箱梁壳体、传剪板及回形件围成的钢格室、纵横向预应力筋、剪力键、剪力钉等构成，其中钢箱梁底板上盖板及顶板上有混凝土浇筑孔和出气孔。

    由于钢混结合段所在位置距离旁边的清水浦大桥仅20米，且上跨热力管道、沿江河道及沿江公路，所以施工场地狭窄，吊车占位受限，采用一次吊装定位难度大。因此，技术人员创造性地采用模块吊装组拼方法，将钢混结合梁段分为5块，在拼装场地采用模块化加工后，用长挂车运至施工现场，然后用履带吊机分块吊装。

    “这种方法具有一定普适性，可以解决市政桥梁、临近既有线等复杂环境下的同类施工难题。”孙小猛说。

    梁上运梁保障通航

    主跨以468米钢箱混合梁一跨飞架甬江南北，中跨419米全为钢箱梁。这么大的跨度当然也是由“拼积木”拼出来的。钢箱梁的标准节段长9米，标准节段的最大重量约为181.2吨。

    那这一块块的巨型积木是怎么从两头向中间靠拢的？“钢梁箱提梁运梁及转体悬拼施工”关键技术在此背景下诞生。简而言之，就是“梁上运梁”。

    陈平告诉记者，按照常规方法，这些节段钢梁会通过海上运输、然后江面船舶上提升钢梁、最后悬拼架设。但主桥钢箱梁结构自重大、定位精度要求严，且在江边有100多米的滩涂区，再加上桥位临近码头，夜通航量较大，无法用船舶将钢箱梁节段运输至拼装位置，就更不用说江水急浪大、涨落潮时流速流向多变产生的影响了。

    于是他们提出了“梁上运梁”的方法，大致过程是，将钢箱梁节段在桥尾提升至混凝土箱梁梁面，然后放置在运梁小车上，再由小车运至桥面上的悬臂提梁机，悬臂提梁机接梁后前移、旋转、后移、拼装。

    “所有操作都在已施工梁面上完成，既避免了跨江作业占用航道，又降低施工安全风险。”陈平说。

    如今“可调型轮轨式梁上运梁车”和“HMF—200悬臂提梁机”，都已取得国家专利。随着桥梁结构不断向大跨度方向发展，运梁车和提梁机的成功应用，必将为其它类似大型结构物的拼装提供参考。