解密湘府路大桥:中南第一梁横空"拉"过京广线

2012-06-11 08:19:47 [来源:潇湘晨报] [编辑:袁连贺]
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  4000多吨的中南第一梁横空“拉”过京广线

  “哐哒——哐哒——”,这是京广线上火车的声音,平均每半个小时经过一趟。 距离火车铁轨的最近距离不过20米远,是湘府路大桥二标段(跨京广线段)的施工现场。湘府路大桥除了跨湘江,还将跨过中国南北交通命脉之一的京广铁路。而对于湘府路大桥二标段(跨京广线段)项目负责人、中铁二十五局工程师胡仕来说,最大的难题在于,不能在铁轨正上方的区域直接进行桥梁的桥面浇筑。

  “中南第一梁”提前预制

  5月2日。湘府路大桥二标段(跨京广线段)施工现场,作业工人曹文爬上了高高的脚手架,将水泥混凝土浇筑在几个钢筋架子上。他和他的同事们将要完成的,是先将一块长70米、宽38.5米、高3.8米、重4000多吨的箱梁(即铁路正上方的湘府路大桥桥面部分)做好。然后再直接把它拉到铁路上方,减少铁路正上方的桥梁施工程序。这块箱梁被誉为“中南第一梁”。当时,还只进行到十分之一左右。

  此前,外界一直好奇的是,“如此庞大重量级的中南第一梁,如何在京广线上架起来呢?”胡仕哈哈大笑:“没传得那么玄乎。” 他说,箱梁制作完成后,采用单点拖拉法,“在京广线上架起导梁,再用一个高压油顶将这个箱梁顶过京广铁路。”

  高压电网上80厘米的作业

  对我们而言,这个顶推箱梁的过程不难想象,把铁轨正上方的一块桥面在别处做好,然后在铁轨东西两侧(京广线是南北走向)已经建好的桥梁部分搭起导轨,最后把这块桥面“推拉”88米后到位。(如示意图)

  但对胡仕而言,问题要复杂得多。

  首先是安全问题,京广铁路是电气化铁轨,距离地面铁轨7米高的空中是电网,电压高达13000多伏。而顶推过程的作业面在电网之上,距离电网只有80厘米。而这个作业过程的安全距离是距离电网2米以上。远低于安全高度的作业面,给胡仕出了难题。为此胡仕和他的团队将临时搭建一个防电棚,完全绝缘、透明且封闭的,工人们将在这个防电棚里完成施工。

  需找与铁路天窗点的契合

  另外一个重要的问题是时间。把一个重4000多吨的大家伙“推拉”88米,想象起来简单,而实际上麻烦的多,胡仕说每个小时只能拉五六米的样子。

  他最初的想法是,申请“封闭铁路”,最少保证一天一个小时。但实际的情况是,京广线的两头,是两个极其重要的乘客与物流输送城市:北京与广州;与此同时,还连接了6个省会以及多座大中城市;同时也是中国运输最为繁忙的铁路。它中断哪怕一分钟,可能带来的损失或许都将以千万计。

  胡仕最终的打算是采取折中的做法,跟广铁集团申请“天窗点”(即铁路定时检测修缮的时间),让这个天窗点与他的施工时间重合,在这样的理想状态下,京广线的中断就不会有额外的损失了。这个项目,最迟须在6月份完成。

  添乱的还有溶洞

  胡仕说,整个二标的开工,在最开始就有些滞后。2010年5月份,胡仕就已经拿到了相关单位下发的施工批文,但由于地质勘测比想象中复杂,最后,光在这块,就比原计划多耗费了将近半年的时间。

  而复杂的地质还给他的施工带来了麻烦。跟一标一样,虽然没有涉及到水下作业,但地质多溶洞、穿孔,胡仕也碰到过需要把桩基再加深20米的情况。为了赶工期,有时候,即使下大雨,在保证安全的情况下,胡仕都会让他的160多名工人冒雨作业。今年春天雨水多,胡仕急得几个晚上没睡好觉,工人们衣服全打湿了,胡仕吩咐工作人员买来几台烘干机,专门从外面请人来烘衣服。

  部分桥面,非机动车道挂在桥面下方

  [设计师访谈]

  华波,中国市政工程西北设计研究院高级工程师。2009年4月份,他和他所在的团队接到了来自湖南长沙的大桥前期设计任务。

  他有十多年桥梁设计经验。湘府路大桥的设计复杂程度却超过了他最开始的预计。“光桥型方案设计就花费了近一年时间,也最让人头疼。”华波说。而之后,又花费了5个月时间,对整个桥体进行设计修改以及方案完善。“最终在合同期内完成任务,我们舒了一口气。”华波说。

  附近有机场

  桥面建筑不能超过35米

  大桥设计标准为城市I级主干路,设计车速50km/h。

  华波遇到的第一个难题是:大托机场距离桥址区的水平距离只在4公里左右,而满足飞机正常的起飞和降落,桥梁建筑高度不能超过黄海高程100米。这个100米意味着,在目前湘府路选址的这一段湘江水面不能有超过100米的建筑。华波介绍,桥面距离水面有将近65米,也就是说桥面上不能有超过35米高的建筑,这一下就否定了华波原来看好的带塔悬索桥(类似银盆岭大桥)设计方案。

  怎么办?华波和他的团队苦苦思索,方方面面都要考虑到,安全同时还要做到节约成本、尽可能缩短工期,为此,华波和他的同事们熬了无数个通宵。2010年初,经过反复修改和专家审核,最终于2010年4月份,敲定现在的实施方案。

  湘府路主桥设6个主桥墩(Z1到Z6),两个偏墩(Z0、Z7)。主墩之间的距离为120米;Z0到Z1,Z6到Z7之间分别都是65米。

  考虑到结构受力复杂,设计采用最成熟的施工工法——普通挂篮施工;与此同时,主桥(桥宽32.5m)采用整幅布置箱形截面,大幅减少了施工挂篮数量和基础施工费用。

  靠近取水点

  设置危险液体搜集系统

  跨江修桥,饮用水源的保护问题不容忽视。

  湘府路大桥在黑石铺大桥和猴子石大桥之间,靠近黑石铺大桥附近有两个取水口,而靠近猴子石大桥的桥址区也有两个取水口,“一个我们必须考虑的问题是,桥面一旦有车发生危险液体泄漏,这些液体将会大量流入这些取水口,后果不堪设想。”

  如何避免?这几乎是华波和他的同事们最慎之又慎考虑的问题之一。

  最后形成的设计方案是,在主桥低端两侧设计两根500毫米直径的收集管道,管道贯穿桥梁;桥梁两端,河东与河西各设置两个危险液体处理池。一旦桥面有危险液体泄漏,将通过管道流入处理池。经过无毒化处理后,再排入湘江。光这个设计,从桥梁专家到环保专家,都经过了严格的审核和反复修改。华波说,这种情况他遇到的并不多。

  铁路电气化

  立柱间距短

  人行系统布置于箱梁悬臂板下

  湘府路大桥需跨越京广线,早在施工之前,都被外界普遍认为是这个工程最大的难点。京广铁路电气化立柱布置间距大约是每40到50米,大桥需从两个立柱之间穿过,桥面宽度自然而然受到影响,京广线是我国一条交通要脉,如果加宽桥面宽度,势必要改造局部京广线电气化铁路,产生的影响和投入均是巨大的。

  在华波的设计中,开创性地将人行系统布置于箱梁悬臂板下,在京广线上方的桥面部分,下方装置一个透明的、全封闭的防护屏,市民行走在这个空间里,连片瓜子壳都扔不下去。这样,既节约了桥梁结构空间,又能使人行非机动车交通组织顺畅。

  湘府路大桥有何与众不同

  跟橘子洲大桥比:地质差多了

  橘子洲大桥,于1971年9月6日正式开工,1972年10月1日建成通车。当时的桥型设计也是采用的最简单实用的双曲拱桥,桥体为钢筋混凝土,全长1250米,主桥21跨,其中正桥是17跨双曲拱桥,最大宽径76米,桥面净宽20米,其中车行道14米,两边人行道各3米。共有18个台墩,在橘洲上有支桥,支桥长282米,宽8米。大桥虽然简单朴实,但可谓举全市人民之力,它是长沙市第一座跨湘江的大桥,有历史性的意义,真正实现了后来歌谣当中传唱的“从河东走到河西”。

  而湘府路大桥工程概算总投资为7.84亿元(原预算达13亿元,后通过修改桥面设计等方面,缩减了6亿元)。

  长沙地质南高北低,在地质史上,湖南的地质层曾发生过间隙性掀斜式的升降运动,南部地质抬升量较大,向北逐渐减少。 “越到北边地质是越好越稳定的,少溶洞、少断裂带。”中国市政工程西北设计研究院高级工程师华波称。这也意味着,理想状况下,从地质难度上而言,建造湘府路大桥是目前已建大桥中排名第二的(次于黑石铺大桥)。

  跟银盆岭大桥比:只能是平面桥

  湘江二桥又称银盆岭大桥,距湘江一桥(橘子洲大桥)约3.5公里,为“双塔单索面预应力混凝土斜拉桥”。

  该桥东起伍家岭,西至银盆岭,主桥总长1025米,大桥全长3616米,双向4车道,桥面宽25米,其中机动车道宽15米,两侧非机动车道各3.5米,人行道各1.5米。大桥共有桥墩159个,总投资1.45亿元。1987年兴建,1990年12月建成竣工,1991年1月30日建成通车。是319国道上的一座重要枢纽桥梁。据悉,该桥建成之初还是中国跨度最大的双塔单索面斜拉桥。

  双塔单索面斜拉桥相比平面桥,除了外观构造更时尚漂亮,在承载力、桥梁坚固度方面,可能也要更胜一筹。但是,桥梁总设计负责人、中国市政工程西北设计研究院高级工程师华波告诉我们,由于附近有机场,湘府路大桥不能进行悬索桥的设计。

  已建的跨江大桥中,橘子洲大桥和猴子石大桥都是平面桥设计,黑石铺大桥桥型为三跨中承式钢管拱桥,虽然也靠近大托机场,但桥体上桥塔很矮,高度在安全距离以内。

  另外,湘府路大桥还是唯一一座单幅构造的桥。相比双幅桥,单幅桥的施工难度要大很多,但可以很大程度上缩减工期。“工期可以缩短5到6个月左右。”

  跟黑石铺大桥比:环保投入巨大

  湘府路大桥位于猴子石大桥以南、黑石铺大桥以北,距两桥各2.2公里。

  黑石铺大桥,工程概算投资4.86亿元,于2004年5月28日正式竣工通车。大桥全长3068米,其中主桥长1815米,桥面宽29米至34米,设计双向6车道,通行时速100公里/小时。与目前已有的跨湘江大桥相比,创长、宽、时速之最,规模也在同类型桥梁中为全国之最。

  1996年12月18日,长沙绕城国道建设正式开工。1999年10月30日,35公里长的绕城国道西北段竣工通车,同年12月,32公里长的西南段又拉开了建设大幕。当施工难度最大的黑石铺大桥建成通车时,长沙国道绕城高速公路终于全线贯通。

  湘府路大桥的总投资是黑石铺大桥的将近两倍,一个最重要的原因是施工难度更大(包括跨京广线、复合式立交等等),而相对于黑石铺大桥,湘府路大桥还有一个或许不为人知的施工难度:它靠近取水口,在环保方面投入巨大,而建造黑石铺大桥的时候,附近还没有取水口。

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