9月21日,鄂黄第二过江通道的关键工程燕矶长江大桥及接线项目顺利通过交工验收。这座由湖北交投投资、中交二航局与中铁大桥局承建的超级工程,至此完成了全部建设任务,进入通车筹备阶段。它被业内关注,不是因为又一座长江大桥通车,而是因为它把两件在全球范围都属首次的事,做成了。
一、先把这座桥的基本参数摆清楚
项目线路全长26.344公里,起于黄冈市黄州区接G45大广高速,跨越长江后抵达鄂州临空区燕矶镇,终点接武鄂高速。控制性工程燕矶长江大桥为主跨1860米的双层钢桁梁悬索桥,上层布设双向六车道高速公路,设计时速100公里;下层为双向四车道城市快速路,设计时速80公里。
它是目前世界最大跨径的不同垂度四主缆双层悬索桥。全线设互通式立交3处、收费站3处,同步配套服务区、大桥管理所等设施。作为花湖国际机场的配套工程,通车后黄冈到花湖机场的通行时间将从40分钟缩短到15分钟。
二、为什么这座桥,一开始就注定难
同样是千米级悬索桥,燕矶的难点不是单一维度的,而是几重约束叠在一起。
- 南岸主塔地处襄广断裂带边缘,地质条件复杂,桥位同时受航道限宽、断裂限位、航空限高三重制约,桥型和跨径不能随心所欲地选。
- 跨度大、垂跨比小、荷载重。垂跨比小,意味着主缆能提供的竖向刚度相对有限,荷载一重,主缆和梁的受力就更紧张。
- 它是双层桥面。上下两层都要行车,恒载和活载比单层桥更重,对主缆、吊索、索夹、加劲梁的要求都上一个台阶。
把这几条放在一起看,常规的双主缆双层悬索桥方案就很难同时满足限高、限位和受力要求。真正的破题点,落在了主缆的布置方式上。
三、全球首次:不同垂度四主缆体系
传统悬索桥是两根主缆,一左一右、垂度相同。燕矶的做法是把主缆分成四根:内侧两根吊得高,外侧两根放得低,形成不同垂度的四主缆体系。
这里的力学逻辑,一句话就能说清,垂度越大,受力越小。主缆垂度越大,它分担的荷载越小;垂度越小,受力越大。四根主缆如果垂度相同,受力集中,单根直径会做得很大。项目团队把这四根缆分开、给出不同垂度,就是让四根缆的受力尽量均匀,每根主缆的直径都控制在1米左右。
这个思路对工程师有几点启发。
- 多主缆不是为了好看,是为了受力分配。当跨径、荷载、限高把方案逼到墙角时,调整结构体系本身,比一味加大构件更有效。
- 不同垂度意味着四根主缆的线形、索力、索夹布置都不一样。架设时的索股调整、索夹放样、线形控制,工作量比双主缆桥成倍增加,对测量和计算的精度要求也更高。
- 双层桥面的恒载、活载差异,要靠体系本身消化。四主缆给双层悬索桥提供了一条新的技术路径,对后续同类项目有直接参考价值。
四、全球首次:全桥大规模采用全焊式索夹
第二项首次,藏在细节里。燕矶在全桥大规模采用了全焊式索夹。
索夹是夹住主缆、连接吊索的关键节点。传统做法是铸造式索夹,靠铸造工艺成型。铸件为了满足铸造工艺和缺陷控制的要求,壁厚往往偏大,自重也大。全焊式索夹用钢板焊接成型,相较传统铸造式索夹,重量减少约17%。
减重的意义,不只是省了钢。
- 索夹安装在主缆上,属于恒载的一部分。索夹轻一点,主缆承受的附加恒载就小一点,对本身就受垂跨比限制的这座桥,是实打实的减负。
- 焊接件比铸件的尺寸精度更容易控制。安装精度提高,索夹在主缆上抱得更贴合,吊索受力的均匀性也更好。
- 高空安装作业的风险随之下降。构件更轻、更好装,人爬上主缆去干的活,风险和强度都会降低。
需要说清楚的是,全焊式索夹不是简单的把铸造改成焊接。焊接节点的设计、焊接工艺评定、焊缝的疲劳性能、无损检测,这些环节一样都不能少。它的成立,前提是焊接制造工艺和检测标准的成熟。这几年国内桥梁钢结构制造能力整体提升,才让这条路走得通。
五、对做桥的人意味着什么
燕矶长江大桥给同行的启发,可以归结为三条。
第一,跨度被各种限制卡住的时候,先动体系,再动构件。限高、限位、限宽,很多时候不是靠把主缆加粗、把梁加厚能解决的,而是靠改变主缆的根数和垂度分布去重新分配受力。看方案的时候,多问一句体系还能怎么调。
第二,细节里的创新同样值钱。四主缆是体系创新,全焊式索夹是节点创新,后者看起来小,却带来减重、精度、安全三方面收益。一线工程师最容易接触到的,往往正是这类节点级的改进空间。
第三,任何一项首次,背后都是成套的验证。新体系要算准、新节点要检透,图纸落地之前,计算、试验、工艺评定缺一不可。做成世界第一不难,难的是把它做成能长期安全服役的桥。
燕矶长江大桥已通过交工验收,接下来进入通车冲刺。它留下的四主缆体系和全焊索夹这两条经验,对后续的大跨双层悬索桥,是一份可以直接研究的样本。
快讯
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结语
燕矶长江大桥的价值,不在于它又多了一项世界纪录,而在于它用四主缆和全焊索夹这两条路径,回答了被限高、限位和大跨度同时逼住的难题。对做桥的人来说,越是约束多的工程,越考验对结构体系和节点细节的理解。把体系算清楚,把节点做扎实,世界级难题往往就是这样一点点拆开的。
