【強(qiáng)信心 開新局】

◎本報(bào)記者 矯 陽(yáng)

4月16日，甬舟（寧波—舟山）鐵路西堠門公鐵兩用大橋建設(shè)迎來(lái)新進(jìn)展。“5號(hào)橋塔主墩的18根6.3米鉆孔樁混凝土全部灌注完成。樁基最深達(dá)海平面以下100米（水深近60米，入巖深度47.5米）?！敝需F大橋局甬舟鐵路西堠門公鐵兩用大橋常務(wù)副經(jīng)理李永旗說(shuō)。

西堠門公鐵兩用大橋全長(zhǎng)3118米，是在建甬舟鐵路及甬舟高速公路復(fù)線、跨越西堠門水道的跨海橋梁，連接舟山金塘島和冊(cè)子島，設(shè)計(jì)為鐵路雙線，時(shí)速250公里；兩側(cè)為雙向6車道高速公路，設(shè)計(jì)時(shí)速100公里。

西堠門公鐵兩用大橋主跨1488米，是目前世界最大跨度公鐵大橋。這種“公鐵平層”布置，使橋面寬度達(dá)到68米，這座橋也成為了世界最寬的跨海大橋。

這座工程的多項(xiàng)世界級(jí)橋梁難題是如何攻克的？科技日?qǐng)?bào)記者就此采訪了相關(guān)專家。

“懸索+斜拉”填補(bǔ)橋梁設(shè)計(jì)空白

2016年，相關(guān)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)開始對(duì)西堠門公鐵兩用大橋進(jìn)行設(shè)計(jì)預(yù)研后發(fā)現(xiàn)，大橋所處航道是進(jìn)出寧波舟山港的海上黃金通道，每天過(guò)往200多艘3萬(wàn)噸級(jí)集裝箱輪和多種散貨輪。同時(shí)，西堠門海峽6級(jí)以上大風(fēng)每年超100天，最大浪高達(dá)7.8米，橋墩位處最大水深超60米、設(shè)計(jì)流速3.47米/秒，基巖裸露且?guī)r面傾斜。

為達(dá)到通航需要，西堠門公鐵兩用大橋單跨設(shè)計(jì)必須達(dá)千米以上。當(dāng)時(shí)，世界單跨最大公鐵兩用橋滬蘇通大橋正在建設(shè)，單跨1092米，已形成一套設(shè)計(jì)創(chuàng)新技術(shù)。但設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在西堠門海域找不到1000米級(jí)斜拉橋的橋塔基坑位置。

“此前，我國(guó)已建跨海公鐵橋梁的橋梁基礎(chǔ)沒有超過(guò)海平面以下50米水深的案例，最大水深超60米所帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)太大?！敝需F大橋勘測(cè)設(shè)計(jì)院總工程師、西堠門公鐵兩用大橋總設(shè)計(jì)師肖海珠說(shuō)。

綜合考慮通航需求和海中復(fù)雜地形地質(zhì)等綜合因素后，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)結(jié)合柔性懸索橋大跨和斜拉橋剛性的優(yōu)勢(shì)，在國(guó)內(nèi)首創(chuàng)“懸索+斜拉”及公鐵同層設(shè)計(jì)，將跨海鐵路橋單跨一舉推至1488米，建立了大跨度“懸索+斜拉”協(xié)作體系的計(jì)算理論，填補(bǔ)了相關(guān)橋梁設(shè)計(jì)方面的空白。

倒機(jī)翼形狀主梁更抗風(fēng)

西堠門公鐵兩用大橋?yàn)樯兑O(shè)計(jì)成最寬的公鐵平層，而不是技術(shù)相對(duì)成熟的公鐵上下兩層？“這是因?yàn)榭癸L(fēng)需求。”中鐵大橋勘測(cè)設(shè)計(jì)院西堠門公鐵兩用大橋項(xiàng)目負(fù)責(zé)人潘韜表示，雙層桁梁因結(jié)構(gòu)本身原因，側(cè)向面積大，抗風(fēng)穩(wěn)定性難以滿足要求。

依據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)原理，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)將西堠門公鐵兩用大橋主梁設(shè)計(jì)為倒置的機(jī)翼形狀。當(dāng)空氣流過(guò)機(jī)翼時(shí)，因機(jī)翼上表面的曲線形狀，會(huì)在機(jī)翼上表面產(chǎn)生較低的壓力，在下表面產(chǎn)生較高的壓力。

“這種上下表面的壓力差是機(jī)翼產(chǎn)生升力的主要原因。而倒置的機(jī)翼主梁的形狀，恰恰讓這種壓力差相反，當(dāng)空氣流過(guò)主梁時(shí)，使橋梁的力量向下，結(jié)構(gòu)更牢固?！迸隧w說(shuō)。

除了抗風(fēng)，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)還研發(fā)了風(fēng)屏障+箱間蓋板+抑流板的綜合抗風(fēng)措施，降低了渦振縱向相干性，完全消除了大橋的渦振現(xiàn)象。

世界最粗鉆孔樁豎牢海底

西堠門公鐵兩用大橋采用18根直徑6.3米的鉆孔樁基礎(chǔ)——這是世界直徑最大的橋梁鉆孔樁基礎(chǔ)。

如何令其在波濤洶涌間穩(wěn)穩(wěn)扎根？“我們?cè)诮ㄔO(shè)中首次嘗試采用自浮式鋼桁架鉆孔平臺(tái)，將水上施工轉(zhuǎn)化為陸地施工?！崩钣榔煺f(shuō)。

受洋流、高低潮等影響，平臺(tái)浮運(yùn)的精確定位十分重要。在這過(guò)程中，哪怕一根纜繩斷裂，都可能造成毀滅性后果。中鐵大橋局研制開發(fā)了數(shù)字孿生平臺(tái)，指導(dǎo)平臺(tái)精準(zhǔn)定位。

為突破巖層，中鐵大橋局還自主研發(fā)了ZJD7000大型動(dòng)力頭鉆機(jī)，配備先進(jìn)智能化系統(tǒng)，具有施工數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)運(yùn)算顯示存儲(chǔ)、無(wú)線遙控操作、多點(diǎn)監(jiān)控等功能。

西堠門公鐵兩用大橋建設(shè)正全力推進(jìn)?！?號(hào)主塔鋼沉井基礎(chǔ)已完成沉放著床施工，下一步將按計(jì)劃推進(jìn)鋼沉井封底填筑施工?！敝需F四局二公司西堠門公鐵兩用大橋項(xiàng)目部總工程師李勇海說(shuō)。

甬舟高鐵是國(guó)家《中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃（2016—2030年）》重大項(xiàng)目，西起寧波東站，終于舟山白泉站，線路全長(zhǎng)77公里，預(yù)計(jì)2028年具備通車條件，屆時(shí)高鐵上島，舟山將結(jié)束不通火車的歷史。