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探訪世界首座雙層斜拉—懸索協(xié)作體系大橋(圖)

2024.09.02

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G3銅陵長江公鐵大橋合龍現(xiàn)場。新華社記者 周牧 攝


       合龍,紅色“長龍”飛躍長江!

       8月27日,長江銅陵段。隨著大橋兩側(cè)節(jié)段鋼梁焊接完成,主跨近千米的G3(京臺高速)銅陵長江公鐵大橋主橋順利合龍。這標志著世界首座雙層斜拉—懸索協(xié)作體系大橋主體完工,進入大橋附屬工程施工階段。

       作為《長江干線過江通道布局規(guī)劃(2020—2035年)》中規(guī)劃的過江通道之一,G3銅陵長江公鐵大橋兼具斜拉橋和懸索橋兩種橋型優(yōu)勢,具有高速公路、城際鐵路、貨運鐵路三種過江功能,擁有“四項首創(chuàng)”“八個工藝創(chuàng)新”和14項授權(quán)專利等成果。

       斜拉橋和懸索橋一剛一柔,如何連接在一起?大橋主塔約80層樓高,是怎樣建成的?三種過江功能,如何集于一橋?讓我們一起探訪這一“超級工程”。

     剛?cè)岵眱?yōu)勢疊加

        跨度更大、經(jīng)濟性更好、行車安全性更高

        G3銅陵長江公鐵大橋起于安徽省銅陵市陳瑤湖鎮(zhèn)花園村,跨越長江,經(jīng)過羊山磯,止于銅陵市大通鎮(zhèn)民主村,全長11.88公里。

        藍天白云下,G3銅陵長江公鐵大橋宛若長虹臥波,紅色的鋼鐵橋身格外醒目。

        大橋中段,鋼梁架設(shè)采用的是懸索橋的架梁工藝,兩端采用的則是斜拉橋的架梁工藝。

        斜拉橋和懸索橋各有所長。一般來說,同等條件下,二者相比,斜拉橋在重壓的情況下更不容易變形,車輛通過的平順性更好;懸索橋跨越性更好,跨度更容易做大。

        斜拉—懸索協(xié)作體系橋梁結(jié)合了斜拉橋剛度大和懸索橋柔度好的優(yōu)勢,具有跨度大、荷載重等特點。

        G3銅陵長江公鐵大橋總設(shè)計師、中鐵大橋院總工程師肖海珠介紹:“這種新結(jié)構(gòu)不僅能滿足大橋的功能需求,而且與同等規(guī)模單一結(jié)構(gòu)的斜拉橋和懸索橋相比,經(jīng)濟性更好、行車安全性更高。”

        此次主橋合龍的兩個合龍口分別位于兩側(cè)斜拉索與懸索的交叉區(qū)。如何將這一剛一柔結(jié)構(gòu)連接到一起,并呈現(xiàn)出大橋的設(shè)計線形,這是項目團隊面臨的一大難題,難題里還環(huán)環(huán)套難題。解決之道,卻無先例可依。

        首先要解決的是溫度對不同結(jié)構(gòu)的影響,給施工帶來的困難。

      “斜拉段結(jié)構(gòu)對溫度影響不太敏感,但懸索段結(jié)構(gòu)對溫度影響非常敏感。合龍前期,我們發(fā)現(xiàn)與懸索連接的鋼梁受溫度影響高差最大達40厘米?!敝需F大橋局G3銅陵長江公鐵大橋項目總工程師姚森說。

        針對這一情況,在合龍段鋼梁安裝過程中,項目團隊選擇在相對恒定的溫度下快速完成施工。同時,結(jié)合主纜吊裝受力不斷變化等情況,施工人員采用了懸臂段調(diào)索、懸吊段配重、合龍口反壓、移動配載以及斜拉段縱向主動頂推等措施,以此來保證合龍口的高差和轉(zhuǎn)角滿足合龍要求,最終實現(xiàn)了毫米級精準合龍。

        說來容易做來難。要充分發(fā)揮斜拉橋的剛度優(yōu)勢、懸索橋的跨度優(yōu)勢,實現(xiàn)“剛?cè)岵薄?yōu)勢疊加,意味著施工難度的成倍增加。

        中鐵大橋局G3銅陵長江公鐵大橋項目部一分部主塔技術(shù)負責(zé)人潘萌對此深有體會:由于懸索橋與斜拉橋施工工藝本身就不同,因此斜拉—懸索協(xié)作體系橋梁對他們提出了更高要求;在鋼梁架設(shè)階段,南北兩岸、斜拉橋部分和懸索橋部分“難舍難分”的受力體系,需要他們對鋼梁線形控制有更全面的考慮;施工速度、工藝轉(zhuǎn)換等方面的多重要求,需要他們在施工方案制定、技術(shù)交底、人員物資設(shè)備調(diào)配等方面進行更充分的準備。

      “就拿鋼梁吊裝工藝來說,因航道通航需要,我們在吊裝節(jié)段鋼梁時,必須把拋錨艇、警戒船等提前準備好,和海事等部門協(xié)商順暢,確保鋼梁起吊控制在兩小時以內(nèi),同時前前后后多道測量工序必須跟上?!迸嗣日f。

        對大跨度公鐵橋而言,成橋線形是影響鐵路行車安全和舒適性的重要因素。

        G3銅陵長江公鐵大橋建設(shè)中,項目團隊創(chuàng)新采用了一系列線形主動調(diào)整措施,包括加大斜拉索張拉端錨杯長度,使得可調(diào)節(jié)范圍更大,線形調(diào)整更有保證;吊索張拉端采用承壓可調(diào)式結(jié)構(gòu),通過特殊設(shè)計的張拉裝置,可實現(xiàn)15厘米左右的調(diào)節(jié)范圍,等等。

        9米爬模自動“打印”

       較傳統(tǒng)方式減少主塔施工12輪次、工期120天

       從2022年1月開工,到2024年8月鋼梁合龍,用時不到32個月。G3銅陵長江公鐵大橋刷新了長江中下游公鐵橋梁施工進度的紀錄。

       既要保施工質(zhì)量,又要搶施工進度,讓大橋兩端順利提前成功“牽手”,為早日建成通車奠定堅實基礎(chǔ),離不開各項技術(shù)創(chuàng)新、工藝創(chuàng)新、設(shè)備創(chuàng)新。

       據(jù)中鐵大橋局G3銅陵長江公鐵大橋項目經(jīng)理劉幸福介紹,項目團隊在大橋建設(shè)中取得了一系列成果——擁有“首創(chuàng)雙層鋼桁梁斜拉—懸索協(xié)作體系”等“四項首創(chuàng)”,擁有世界首創(chuàng)的9米全自動智能液壓爬模工藝等“八個工藝創(chuàng)新”。該橋的建設(shè)成果,將為今后同類型橋梁施工提供重要的參考依據(jù)。

       大橋南北兩座主塔均為210米,約80層樓高。要完成如此巨大的工程量,世界首個9米全自動智能液壓爬模(簡稱“9米爬模”)功不可沒。

       爬升模板給建設(shè)者提供了空中的“落腳地”,可以隨主塔長高而爬升,是高塔施工的常用工藝。而應(yīng)用于這座大橋的9米爬模實現(xiàn)智能化,可自動化控制,讓既有工藝實現(xiàn)了重大突破。

     “它具備自動液壓脫模、智能液壓頂升、智能混凝土養(yǎng)護等功能,如一臺精密的‘3D打印機’,能在指令下完成橋塔各個環(huán)節(jié)的施工?!币ι@樣形容。

       在9米爬??刂乒竦娘@示屏上,各個面的位移值、位移差值、液壓系統(tǒng)壓力值以及風(fēng)速值清晰可見;打開手機,通過云終端,用戶可以遠程看到運行數(shù)據(jù)及監(jiān)控視頻,進行實時監(jiān)測。

       除了遠程實時監(jiān)測,9米爬模還能自動化建造。以其全自動液壓脫模系統(tǒng)為例,混凝土的成型需借助模板,并在形成一定強度后拆除模板。以往脫模需要手搖、棍撬,而在全液壓自動脫模系統(tǒng)中,只需指尖輕點按鈕,下達指令便可完成。

       9米爬模還會“養(yǎng)生”。大橋主塔的施工穿越冬夏,如果環(huán)境與混凝土溫差過大或濕度不足,就會導(dǎo)致出現(xiàn)混凝土開裂等問題。9米爬模配置的智能混凝土養(yǎng)護系統(tǒng)就像“加濕器”,既能保證濕度,也可以控制溫度。通過布設(shè)溫濕度監(jiān)測元件,可以進行實時測溫,自動調(diào)整指令,確?;炷羶?nèi)外溫差在20℃以內(nèi)。

        智能化、數(shù)字化賦能,節(jié)節(jié)塔柱春筍般升高,巍峨的橋塔被逐漸“打印”而出。

        劉幸福介紹,運用9米爬模,大橋主塔柱的單次澆筑高度從傳統(tǒng)的6米一節(jié)躍升至9米一節(jié)。與傳統(tǒng)施工方式相比,這一施工方式可減少12個施工輪次,在同等帶模養(yǎng)護條件下可減少工期約120天。

         雙層大橋三種功能

        完善過江通道布局、促進區(qū)域交通優(yōu)化發(fā)展

         江上百舸爭流。

      “這里上下游都有好幾個碼頭,加之銅陵礦產(chǎn)資源豐富,附近的多家基建原材料企業(yè)對運輸需求也較高?!迸嗣鹊倪@番話,間接闡釋了大橋建設(shè)對于不影響通航等方面的要求。

        G3銅陵長江公鐵大橋主跨達988米,其斜拉—懸索協(xié)作體系為千米級大跨度鋼桁梁橋世界范圍內(nèi)首次采用,其跨度也位居公鐵分層布置的同類橋型世界之首。它既利用懸索橋“一跨過江”的優(yōu)勢,不影響通航,可充分發(fā)揮黃金水道作用,又利用斜拉橋承重強的優(yōu)勢,將主塔建在岸邊避開防洪堤壩,有力保障防洪安全。

        這座雙層的超級大橋具有高速公路、城際鐵路、貨運鐵路三種過江功能,其中公鐵合建段長約2.68公里。

     “大橋的上層橋面布置為6車道高速公路,設(shè)計時速100公里。下層橋面布置為4線鐵路,其中2線為合池城際鐵路,設(shè)計時速250公里;2線為銅陵南至江北港的貨運鐵路,后期延伸至樅陽,連接安慶,設(shè)計時速120公里?!表椖繄F隊有關(guān)負責(zé)人說。

     “四項首創(chuàng)”“八個工藝創(chuàng)新”和14項授權(quán)專利,都對保障三種過江功能起到了重要作用。

        錨碇是大橋主纜的錨固點,南北兩岸各有一個。

        在南岸錨碇建設(shè)中,中鐵大橋局G3銅陵長江公鐵大橋項目部二分部面臨著“錨固系統(tǒng)定位、大體積混凝土澆筑”等施工難題,以及緊張的開挖工期所帶來的壓力與挑戰(zhàn)。

        經(jīng)過數(shù)次討論研究,技術(shù)團隊創(chuàng)新采用分層分塊的“V型跳倉”法這一“工藝創(chuàng)新”進行錨碇施工。在施工不同階段與錨碇不同部位,施工人員使用循環(huán)冷卻水管、抗裂鋼筋網(wǎng)、抗裂劑、低熱水泥、梯度混凝土施工等措施,成功解決了大型混凝土澆筑易開裂的難題。運用這一施工方法,不僅大大減少了錨固系統(tǒng)支架鋼材、大型機械設(shè)備等投入,還降低了安全風(fēng)險,提升了現(xiàn)場施工組織效率和質(zhì)量控制效率。

        在北岸錨碇建設(shè)中,項目團隊則運用了“復(fù)合型地下連續(xù)墻錨碇基礎(chǔ)”這一“首創(chuàng)”,不僅最大程度地減小了基礎(chǔ)規(guī)模,節(jié)約了施工工期、降低了工程造價,還有力保障了施工質(zhì)量。

        在斜拉索和懸索交叉區(qū)段,為避免斜拉索和懸索錨固在同一節(jié)點處錨點橫向錯開給橫梁和腹桿帶來不利影響,項目團隊采取了錯節(jié)間錨固布置形式,簡化了錨固構(gòu)造,優(yōu)化了結(jié)構(gòu)受力。為避免斜拉索與吊索在風(fēng)雨振下產(chǎn)生相互影響,還采用了阻尼減振裝置。

        不斷創(chuàng)新,不斷突破,大橋建設(shè)穩(wěn)步推進。“G3銅陵長江公鐵大橋的建設(shè),不僅有利于完善國家和安徽省高速公路網(wǎng),提升區(qū)域過江通道通行能力,對于發(fā)揮皖江承東啟西、連接長三角和川渝鄂贛的中樞作用,完善過江通道布局、促進區(qū)域交通優(yōu)化發(fā)展也具有重要意義?!敝需F大橋局G3銅陵長江公鐵大橋項目部有關(guān)負責(zé)人說。

(來源:中國公路網(wǎng))



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