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长桥卧波，未云何龙？！ 随着通车时间越来越近，沪通长江大桥也愈发成为关注的焦点。 我们为您带来一篇对大桥总设计师高宗余的专访，听他揭秘大桥背后不为人知的故事。 （高宗余，全国工程勘察设计大师，曾先后获得国家科技进步特等奖和一等奖） 世界排名前十的斜拉桥（均含在建）中，有7座在中国，其中3座是中铁大桥院设计的；世界排名前十的铁路斜拉桥中，9座在中国，9座都是大桥院设计的；世界排名前十的公路悬索桥中，有5座在中国，大桥院设计了其中的2座。中国是世界桥梁设计和建造的第一梯队，名副其实。 即将通车的沪通长江公铁两用大桥，在世界排名前十的公铁两用斜拉桥中，位居榜首。“公铁两用桥的设计和建造，比纯公路桥难度要大很多。”沪通大桥总设计师、中国中铁大桥勘测设计院集团有限公司总工程师、教授级高工高宗余说。 （大桥如钢铁巨龙般蜿蜒盘旋于江面） “这桥建得不容易” “沪通长江大桥是2005年正式开始研究的，此后整整5年，我们都在论证桥位。这5年非常痛苦，因为此处长江已进入海口，江面宽，又是黄金水道，通航要求高，而且好的桥位早就被选完了。”高宗余介绍说。 2009年末，“（南）通-苏（州）-嘉（兴）-甬（宁波）”城际铁路规划确定了，开始做前期设计，而高速公路的跨江“锡通通道”（无锡-南通）也要过江，于是决定通沪铁路、“通-苏-嘉-甬”、“锡通通道”三者共享一座跨江大桥，铁路由原来的双线改为4线，一增一减，仅此就可为国家省下至少100亿元建桥投入，还大大节省了土地和岸线。于是，2010年2月，在苏通大桥上游40公里处建设沪通公铁两用桥的方案得以确定，国家发改委将此列为“多通道合建”的范例。 2013年12月，铁总和江苏省政府下达《新建南通到上海铁路沪通长江大桥工程初步设计的批复》，仅3个月，大桥院在高宗余的带领下，开足马力，将大桥所有的施工图出完——2014年3月，沪通大桥正式开工。 沪通大桥通航孔主跨为1092米，将是国内最大的公铁两用斜拉桥。“为什么主跨要1092米？桥梁设计师开始设计桥梁跨度和桥塔时，首先要考虑哪些因素？”记者请教他。 “最重要的是两大要素：外部条件和地质缺陷点”，高宗余说，“以沪通大桥为例，外部条件首先要满足交通部门规定的长江通航净宽要求，长江这一段航道宽度要求是900米；其次，因为这里临近长江出海口，水流还受涨潮落潮的影响，夏季和冬季的江水流向也不同，大桥不可能总是正对着主航道，所以还要加上大桥轴线和流向的夹角；再者，还要将桥墩的宽度和防撞设施考虑进去，因为通航的要求是必须满足10万吨船的航行需求，所以桥墩必须足够坚固，能承受10万吨船舶的撞击。沪通大桥的跨度是经过精确计算得出来的。” 为确保10万吨船的通航，交通部门规定从江阴到出海口的长江大桥净空高度为62米。“在净空高度之上，桥塔从桥面到塔顶的高度有个大致合理的比例，就是大桥跨度的四分之一。跨度1092米，桥塔上部至少250-270米，再加上桥面下的净空高度、承台高度，所以最后确定塔高330米。”高宗余说，“简单来说，就是江宽和航道、防洪要求决定了跨度，跨度和净空高度又决定了桥塔的高度。” （2019年6月27日，沪通长江大桥南主塔成功封顶） 全世界荷载最重的大桥 沪通长江大桥是铁路4线通行，而1957年通车的武汉长江大桥和1968年通车的南京长江大桥，铁路还只是双线通行。直到40多年后，2009年建成通车的京广高铁跨江通道——武汉天兴洲公铁两用大桥才首次采用4线通行，总设计师高宗余因“三索面三主桁公铁两用斜拉桥建造技术”于2013年获得了国家科技进步一等奖。 但天兴洲桥的跨度仅504米，沪通大桥主跨是1092米，这意味着什么？ “首先是桥梁的载重量大大提高了。”高宗余说，“按设计规范，客货兼运的干线铁路每线的荷载是8吨/米，只走旅客列车的客运专线的每线荷载是6.4吨/米，而公路桥每一车道的荷载标准是1.05吨/米，三者相加就可以算出2条干线铁路、2条客运专线和公路6条车道的沪通大桥荷载，已经是世界之最：35吨/米。” （2020年5月8日，正在进行联调联试的通沪铁路成功首跑重联动车组试验列车） 由此可见，公路桥的荷载与公铁两用桥的荷载完全不是一个数量级。记者请教中铁大桥院副总工程师肖海珠，桥梁的跨度越大、荷载越重，对桥梁设计带来的难度是什么？ 肖海珠说：“大跨度桥的特点是‘柔’，就是在重力作用下，两座桥塔最中间的桥面变形会比较大，工程上叫‘挠跨比’。沪通大桥的挠跨比不能超过千分之二，也就是桥面跨度1092米，最中间部分上下变形的绕度不能超过2米。” 将来列车驶过沪通大桥中间时，桥面竟然会上下移动将近2米？这是记者事先没想到的。如此幅度，客运专列的时速又高达200余公里，会不会因轨道变形而危及行车安全？ “这确实带来了沪通大桥必须攻克的诸多难点，也是高总带领我们攻关的几个重大创新点。高总首创了轨道形位研究，明确了桥上线路轨距差、轨道高差等十多项关键控制指标，形成了高铁大跨度桥梁形位控制设计方法，破解了列车高速通过大桥时轨道平顺不平顺、旅客舒适不舒适的难题。”肖海珠说。 高宗余还带领设计团队通过建立计算机空间模型，对桥梁钢结构和斜拉索的稳定性进行分析，以最大可能地减少桥面的挠动幅度。之前的斜拉桥，大多是大桥两侧各有一排斜拉索系在桥塔上，这在桥梁专业上叫“两索面两主桁”。而沪通大桥荷载太重，高宗余决定采用“三索面三主桁”，也就是在桥的双主桁的钢桁梁和两侧的斜拉索之外，在桥中间再加一个钢桁梁和再拉一排斜拉索，用三排斜拉索牢牢拉住桥面。高宗余还提出，仅仅结构上加强还不够，还必须采用强度更大、更耐久的桥梁钢和斜拉索才行。 “当时我们已有Q420桥梁钢和1860兆帕斜拉索，这在国际上已经领先了，国外至今也没有造过大跨度的4线铁路桥。”肖海珠说，“但高总提出要研制屈服强度500兆帕的Q500桥梁钢和应力可达2000兆帕的新型斜拉索。” 根据大桥设计团队提出的技术要求，在宝武和鞍钢的大力支持下，这2款世界上强度最高的桥梁专用钢材终于先后合作研制成功。这不仅提高了桥梁钢和斜拉索的强度，还使整座桥梁的结构支撑变轻了，沪通大桥的自重也大大减轻了。 “沪通大桥的‘钢筋铁骨’，都是我们中国人自主创新研制的。”高宗余很自豪地说。 “造桥时遇到什么情况，您作为设计师最紧张？”记者问。 “那就是大桥即将合龙前一刻，因为桥梁悬臂伸出去最远，”高宗余说，“那时桥面所有的重量都在斜拉索上，前一天晚上会反复地思考：桥梁和桥塔的固结是否可靠？每根斜拉索的力是不是计算准确……” 合龙时，通常会举行一个庆祝仪式，真没想到这彩旗飘扬的时刻，竟然是设计师心情最紧张的时刻。 “我们做工程的，讲假话没有用的，实践会立刻让你现原形。大桥顺利合龙了，我们才真的放心了。”他说。 （2019年9月20日，沪通大桥全桥合龙） “工程师不能失败！” “科学家可以失败，但工程师不能失败。科学家要苦思冥想，说不定失败反而会激发出智慧的火花；而我们是工程师，工程师失败了，工程就失败了，这国家的损失就太大了。”高宗余多次对团队同事说。 做工程的，决不允许失败。这是高宗余和他团队的执念。 沪通大桥遇到的一大难题是砂土地基。地质勘探发现，桥塔所在的位置再往下二三百米，仍是砂土层。通常建桥是在河床上打桩，桩要一直打到岩石层站住，然后在桩上造桥塔，找不到岩石层可怎么办？ 此关必破。高宗余和他的设计团队反复研讨，最后他拍板确定了一根桩也不打的“沉井方案”。这是个超巨型的“钢壳 钢筋混凝土”组合式沉井，平面尺寸相当于12个篮球场，是世界上规模最大的深水沉井基础。沉井分为上下两部分，各有将近20层楼这么高，下部是钢壳沉井，在南通制造基地焊接完成后，浮运到现场，全部打进江底的砂土层后，底部再用近10多米厚的混凝土封住，形成一个超5000平方米的承重平面；然后上面再加混凝土沉井，混凝土沉井高出江面，上部形成一个高8米的承重平台，桥塔就站在承重平台上。”高宗余说，“我们用这项世界首创的巨型组合沉井技术，将基础打得牢牢的，确保沪通大桥可以抵御8级地震和13级台风侵袭。” 要不是他揭开这水下的秘密，还真不知道沪通大桥与南京长江大桥在江底下有这么大的不同。 “对我们设计师来说，每一座大桥都是不同的，都是根据功能要求和各种环境限制条件专门定制的。沪通长江大桥，就是我们为服务长三角定制的。”高宗余说。 |
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