世界最大斜拉橋如何架梁?中國基建無與倫比!
10月9日,剛剛刷新世界斜拉橋主塔最高紀錄的滬通長江公鐵兩用大橋再傳捷報。大橋28號主墩南北兩側大節段鋼桁梁在70米高空完成吊裝,標志著大橋主航道橋大節段鋼桁梁雙懸臂架設正式開始。今天,超級建筑結合滬通長江大橋這一在建超級工程,給大家深度揭秘基建狂魔領先世界的鋼橋架設神奇技藝。本文有大量震撼大圖及專業知識,敬請細細閱覽。
一、擎天主塔長出鋼鐵臂膀
前幾天,超級建筑剛剛給大家介紹過,滬通長江大橋北側主塔于9月28日成功封頂。這座高達330米的大橋主塔,相當于110層樓的高度,是世界最高公鐵兩用大橋主塔,已如高大威猛的擎天柱一般矗立在滾滾長江之中,成為中國橋梁建設的最新豐碑。希望閱讀的朋友可以查閱我前兩天的歷史文章。

大橋28號主塔封頂后,隨即進入到鋼梁架設和斜拉索掛設的施工階段。這也是滬通長江大橋建設的另一個關鍵階段。大家從下面的圖片中可以看到,巨大的主塔下部有藍色和紅色的鋼鐵構件,那里就是大橋主塔正在快速生長的鋼鐵翅膀。接下來,這鋼鐵翅膀將快速地向兩側延展,在某一天,與主航道橋兩側的邊跨連在一起,一座驚艷世界的公鐵兩用斜拉橋將正式建成。

下圖是10月9日大橋28號主墩大節段鋼桁梁吊裝作業現場。寬闊的江面,摩天主塔直插云霄,鋼筋鐵骨混凝土的世界,美與震撼渾然一體。圖中此刻,正在吊裝的是大橋28號主墩第8節和第9節鋼桁梁。紅色的架梁吊機和藍色的大節段鋼桁梁,就是大橋建設和今天文章的主角。

二、鋼梁架設的獨門神器
滬通長江大橋主航道橋采用雙塔五跨連續鋼桁梁斜拉橋布置,主跨1092米,采用三主桁結構,主梁桁高16米,桁寬35米,節間距14米。全橋共164個節間鋼梁,在工廠整體制造、下河、運輸,其中標準雙節段(大節段)長28米,重1500噸—1750噸。
那么,滬通長江大橋為什么要采用鋼桁梁斜拉橋的設計方案呢?這1700噸的鋼桁梁巨無霸又是如何架設的呢?
梁式體系的大橋根據梁的形式可以分為:板梁橋、桁梁橋、箱梁橋、結合梁橋等。滬通長江大橋主航道橋采用鋼桁梁形式,這也是特大型橋梁的一種主要形式。鋼箱梁比較輕盈,一般的公路橋更多使用鋼箱梁形式。鋼桁梁結構剛度大,鐵路橋和公鐵兩用橋更多采用鋼桁梁的形式。尤其是公鐵兩用大橋,由于上下層都要行車,一般只適合使用鋼桁梁形式。滬通長江大橋為世界最大跨度的公鐵兩用大橋,因此,中鐵大橋院設計專家將其設計為雙塔五跨連續鋼桁梁斜拉橋。
要想在長江江面70米高的上空,架設重達1500噸—1750噸的鋼桁梁,還不能影響長江航運,這可絕非易事。承擔滬通長江大橋的中鐵大橋局建設者和相關單位,專門為此研發制造發明了一系列獨門神器和神秘武功。接下來,超級建筑按照大橋施工的時間線,給大家進行圖文分析。

滬通長江大橋28號主塔的塔座、下塔柱、下橫梁施工完畢后,等中塔柱施工到一定高度時,就要提前為鋼桁梁的架設安裝做準備了。從2017年11月8日拍攝的上圖可以看到,塔座緊貼著下塔柱到下橫梁的空間,已經架設起了橘黃色的施工膺架(俗稱腳手架)。

2017年12月拍攝的上面照片也可以看到,下橫梁兩側都搭建了腳手架,高度與下橫梁持平。這里還將安裝托盤平臺和滑道,用來承載即將安裝的首片及接下來的2、3、4、5片鋼桁梁。等墩頂的鋼桁梁安裝完畢后,腳手架將被拆除。
萬事開頭難。2018年5月11日,滬通長江大橋主航道橋迎來首節鋼梁安裝的緊張時刻。
滬通長江大橋主航道橋的鋼桁梁由中鐵山橋集團制造,采用整節段焊接的工法在如皋基地生產,制造工藝十分復雜,生產要求很高、難度極大。以后的文章中,超級建筑再就鋼桁梁的生產制造做專門介紹,本文主要聚焦鋼桁梁的安裝環節。精彩呈現,請往下看。

2018年5月11日上午,為滬通長江大橋主航道橋制造的首節段鋼梁(Z45節段)整節裝運抵達大橋28號墩下方。這是一個藍色的鋼鐵巨無霸,長度14米、桁寬35米、桁高16米、重達907噸。這相當于600輛家用小轎車的重量或者200多頭成年大象的重量。藍色鋼桁梁下方的綠色的浮運船只名字叫做“金馬331”萬噸輪。
不過,這個重量對于承擔滬通長江大橋水上吊裝任務的“穩強8號”非自航起重船來講,卻算是小菜一碟。“穩強8號”起重船又稱大型浮吊,就是上圖右側帶著紅色長長的起重臂的船型巨物,它的最大起重能力是1800噸,起吊高度達110米,號稱“水上大力士”。

此次的吊裝任務是,把907噸的鋼梁吊裝到70多米的高度。盡管這難度很大,但“穩強8號”卻感覺有些不過癮。因為,它的能力還遠非如此。

首節段鋼梁被“穩強8號”的神鉤輕松地提到主塔下橫梁以上的高度,放置在腳手架頂部的墩旁托架的鋼梁滑道上。然后,建設者啟動早已準備好的采用千斤頂加鋼絞線牽引系統,連續拖拽將鋼梁縱向滑移至設計位置。

滬通長江大橋主航道橋首節鋼梁架設順利完成,標志著世界首個全焊接節段箱桁組合結構鋼梁吊裝取得成功。在高達330米的世界最高斜拉橋塔的對比下,首節段鋼梁看起來比較小巧,似乎沒有600輛小轎車那么震撼。好吧,我們爬到大橋下橫梁作業平臺上再看一下吧。

站在首節段鋼梁前面,橋梁建設者猶如一只只勤勞智慧又可愛的小螞蟻。大橋建好后,這個位置下層位為四線鐵路,上層是六車高速公路。條幅上的字定格了這一珍貴的歷史瞬間。

此后的兩周時間里,滬通長江大橋建設者又用浮吊先后安裝了28號墩下橫梁附近的另外4個節段的鋼梁。其中,5月28日,重達826.72噸的Z41節段鋼梁穩穩落在滬通長江大橋主航道橋28號墩主塔下橫梁既定位置,與已安裝的Z42節段實現精準對接,標志著28號墩墩頂5個節間的鋼桁梁全部架設完成!滬通長江大橋主航道鋼梁安裝又進入了新階段。
三、讓鋼梁起飛
建設者與水上大力士“穩強8號”一起,開始了一項新任務,他們要為滬通長江大橋北主塔插上一對飛翔的翅膀。7月18日,全球首臺1800噸架梁吊機成功吊裝至滬通長江大橋28號主墩墩頂預定位置。8月22日28號主墩第二臺1800噸架梁吊機安裝完畢。大橋施工轉入雙懸臂鋼梁架設的新階段。

全球首臺1800噸的橋梁吊機由我國自主研制,未來這兩個鋼鐵大力士就承擔起大橋主航道橋大節段鋼梁的架設重任。這一為滬通長江大橋量身定制的“架梁神器”,整機自重1033噸,額定起重量1800噸,最大起吊幅度22.15米,在全球也是首次制作和應用。

滬通長江大橋1800噸架梁吊機由機架結構、走行系統、頂升系統、卷揚機、起升系統、吊點縱移系統、電氣液壓系統、走道欄桿組成。1800噸的橋梁吊機有多大?我們還是用人做個參照物來看一下吧。上圖是發運時的照片,你能看到地面的工人么?
中鐵大橋局為滬通長江大橋主橋量身定制了4臺同樣型號的1800噸專用架梁吊機,將分別安裝于28、29號主墩。下圖為“穩強8號”吊裝28號墩的一個橋梁吊機的瞬間。隨后,橋梁吊機被穩穩地安裝到墩頂鋼桁梁上。
橋梁架設的施工方案可以分為支架施工、懸臂施工和整體架設三類。滬通長江大橋主航道橋采用雙懸臂鋼梁架設技術。1800噸橋梁吊機安裝好后,大橋施工就逐步轉入到鋼梁懸拼的階段。

滬通長江大橋主橋鋼梁采用整體焊接的箱桁組合結構,首次采用主橋鋼梁兩節間全焊接、橋位整體吊裝施工工藝,突破了單根桿件制作和安裝的傳統工藝,減少了吊裝次數,提高了施工工效,體現了世界鋼橋結構發展的“工廠化、裝配化”發展方向,實現了鋼梁架設的技術突破,提升了建橋技術和水平。

9月14日,兩部“巨無霸”架梁機首次投入“實戰”,對Z40、Z46兩個單節段進行對稱吊裝,其中Z40節段重842.3噸,Z46節段重842.9噸。南北兩側單節段鋼桁梁及吊具等構件由運梁船一起發運停靠至架梁吊機正下方,通過調整位置, 待架梁吊機“C”型框架下降后安裝連接。兩側的空中“大吊車”將整節段鋼桁梁安全、精準地同步起吊,并最終到達70余米高空的設計位置。

不過,事實上,這一次還屬于1800噸橋梁吊機安裝后的試吊。1800噸架梁吊機完成起升、變幅試驗后,將鋼桁梁安裝就位,完成高栓及工地焊接施工,然后準備1800噸架梁吊機向前走行14米試驗。建設者根據試吊數據,對吊機參數進行精細調整后,將迎來主橋鋼桁梁的正式懸拼階段。

在鋼梁懸拼架設作業中,28號主墩兩側的兩臺國內吊重最大的1800噸架梁吊機同時大顯神威,進行對稱懸臂吊裝節段鋼梁。上圖為鋼梁試吊對稱懸臂拼裝順利完成。大橋吊機正式開啟“南征北戰”的新征程。

2018年10月9日,大橋主航道橋大節段鋼桁梁雙懸臂架設正式開始。19點30分,28號主墩南北兩側的1800噸架梁吊機順利將兩節重約1620噸的大節段鋼桁梁安全、準確地同步起吊至70余米高空設計位置,與已架設的墩頂7個單節段鋼梁完成精準對接。
細心的朋友一定注意到了,這一次正式架設的鋼桁梁與試吊的并不一樣。試吊的鋼梁長14米,重840噸。而正式吊裝的是標準雙節段(大節段)鋼梁,長28米,重1620噸。從上面照片中鋼梁的形狀和大小一看便知,其實是兩個焊接在一起的試吊鋼梁,不過其實這才是標準節段。吊裝的難度當然也隨之翻倍。

1800噸架梁吊機自重達1033噸,起吊重約1620噸的大節段鋼桁梁后總重量超過2600多噸,這對架梁吊機和已架設好的鋼桁梁真是重大考驗。不過,克服一切困難早已成為基建狂魔的行為習慣。

截止到今天,滬通長江大橋主航道橋的28號主塔已經封頂,29號主塔正在加快建設,164個節段鋼梁已經完成了11個節間架設。此后,將一邊架梁一邊同步掛設斜拉索,直至輔助跨、邊跨合龍,最后中跨合龍。屆時,擁有全球最高主塔的世界最大跨度公鐵兩用斜拉橋將橫空出世。
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