“这座桥的设计和实施在世界上没有工程先例,整个决策和实施过程压力极大。”
“一座千米跨度的悬索桥设计以运行高铁,反映了中国桥梁设计师的勇气。”
位于江苏省镇江市
有这样一座千米跨度的悬索桥
TA 实现了全长 6.409 公里的跨河悬索桥
TA 解决了悬索桥易晃动的问题
TA 是世界上速度最快、运行载荷最大、跨度最大的公铁两用悬索桥
TA 填补了世界高速铁路悬索桥的空白
Ta 是谁?
Ta 怎么了?
让我们来了解一下
11月30日,由中铁桥梁研究所集团设计、中铁桥局集团承建的全球首座高速铁路悬索桥、中国首座公铁两用悬索桥——五峰山长江大桥顺利完成连(云冈)镇(江)高铁联试任务,开始为年底前通车做准备。
联真铁路五峰山长江大桥是我国第一座公铁两用悬索桥,也是世界上运行载荷最大、跨度最大的世界上速度最快的公铁两用悬索桥。五峰山长江大桥专为公路和铁路用途而设计,全长 6.409 公里,最大单跨度 1,092 米。4 车道铁路 + 双向 8 车道高速公路,铁路设计速度为每小时 250 公里钢结构加劲板尺寸,高速公路设计为每小时 100 公里。
五峰山长江大桥全景
在这座轻型公里大跨度悬索桥上,铁路部门以不同速度、不同型号、多线平行等不同组合反复测试,平稳运行了近 100 天,创造了高速列车以每小时 275 公里的速度平稳通过的世界纪录,各项指标均达到预期设计目标。
从机械角度来看,在数千米的尺度上,悬索桥结构非常轻,变形空间很大。“对于重达几吨、几十吨的汽车,悬索桥带来的变形几乎可以忽略不计。”国家工程勘察设计大师、中铁桥梁勘测设计院集团副总工程师、五峰山长江大桥总设计师徐功毅表示,当通过一列高铁时,是一辆汽车的100倍,相当于在短时间内对桥梁施加了巨大的负荷, 导致轻型悬索桥发生较大的几何变形。高速列车必须保持轨道具有相当的刚度,任何微小的变形都可能导致潜在的安全隐患。
2020 年 8 月 11 日至 14 日,五峰山长江大桥顺利完成试载,为大桥通车奠定了坚实的基础。五峰山长江大桥的荷载试验分为静载试验和动载试验。中铁桥梁研究所集团旗下中铁桥隧技术有限公司参与静载试验,动用了 2 列列车(机车 + 20 辆重型车辆 + 机车 + 19 辆重型车辆 + 机车)和 72 辆 30t 卡车,总重量约 9500t。它分为 5 个轮位,分别加载为侧跨最大正弯矩、主塔最大负弯矩、中跨四边距点最大弯矩和中跨最大正弯矩。同时,中铁桥隧科技有限公司还承担了五峰山长江大桥的施工监测监测、健康监测系统、主缆除湿系统等工作。
什么是联调和联测?
铁路投入运营前,对沿线的轨道、接触网、通信、信号灯等进行逐步检测,发现的缺陷根据检测结果进行调整。通过列车、轨道、接触网的反复磨合,直到各系统及整体系统达到高速运行和动态验收标准,为开通运行提供重要的技术支撑。测试内容包括轨道、道岔、路基、桥梁和其他项目。
五峰山长江大桥正在进行联合调试和联合测试
“桁架 + 悬架”实现刚性和柔软性
当浩浩荡漾的长江流向五峰山脚下时,宽阔的河流突然变窄,宽度只有 1200 米,是修桥的理想桥梁地点。
据中铁大桥局五峰山长江大桥项目总工程师冯广生介绍,从结构受力方面来看,这里最有利的桥型是悬索桥。与其他桥梁结构相比,悬索桥是典型的柔性结构,变形空间大,易于实现大跨度,架空高,在地震、沉降等自然灾害中不易损坏。
五峰山长江铁路大桥承载的 4 车道高速铁路和 8 车道高速公路,使大桥主梁总载荷达到 17 万吨钢结构加劲板尺寸,接近三艘满载辽宁航母的重量。为了保证操作安全,需要以刚性克服柔软,为柔软的吊桥增加一点“硬”。五峰山长江大桥采用“桁架+悬索”的组合结构,将原本柔软薄的桥面改为实心桁架,增加了桥梁的刚度,增加了建造世界第一座高速铁路悬索桥的可能性。
技术突破填补了世界空白
中国铁路总公司、国家铁路局、上海局集团公司、中国中铁股份有限公司等建立了20多项重点科研项目,开展了公里跨度公铁两用悬索桥关键技术的科研工作,突破了千跨度悬索桥的结构结构和合理刚度、列车系统失稳的临界风速和车速限制。千跨度悬索桥,千跨度悬索桥轨道结构的适应性和几何形状控制,千跨度悬索桥的设计荷载模式。沟区倾斜高强度岩层超大型基坑开挖填土、超大平面尺寸陆地沉箱施工等多项关键技术。
桥梁建设者不断优化施工工艺,研发新材料、新技术、新设备,从而保证大跨度桥梁的安全和施工质量,并做出了一系列创新。例如,世界上第一座使用板桁结合钢桁架梁的公铁悬索桥;全球首创的公铁两用悬索桥采用单面焊接、双面成型U型肋焊接技术,解决了焊缝易疲劳、易损坏的问题;世界上第一座采用轧制不锈钢复合钢板的公铁两用悬索桥解决了钢板生锈的问题。
业内专家表示,五峰山长江大桥是世界上第一座高速铁路悬索桥、中国第一座公铁两用悬索桥、中国第一座铁路悬索桥,也是铁路桥梁首次穿越长江护城河。建成后将填补世界高速铁路悬索桥、中国公铁两用悬索桥和中国铁路悬索桥三大空白,在国际上率先建立中国高速铁路悬索桥的设计方法、计算理论和相关技术标准。“五峰山长江大桥铁路悬索桥技术取得了一系列国际突破,具有开创性意义。”中国工程院院士卢春芳说。
吊桥在高铁上平稳运行
“五峰山长江大桥设计主跨度为1092米的钢桁梁悬索桥方案,纵横均为五跨连续结构,主梁采用新型钢桁架加劲梁结构,上部公路8车道桥面总宽46米,下部铁路4车道桥面总宽31.7米。”徐公义表示,通过合理的结构设计和准确的理论分析,辅以有效的阻尼约束和多方位支撑系统设置,从根本上保证了结构稳定性,解决了悬索桥易震动的问题。
五峰山长江大桥联合调试及联试检测车
为了保证桥梁的稳定性,五峰山大桥采用了直径为 1.3 米的主缆,该缆索由 40000 根直径仅为 5.5 毫米、长度约 2000 米的高强度钢丝组成,是目前世界上直径最大的主缆,性能远优于普通主缆钢丝, 而单根主缆的拉力高达 9 万吨,足以举起 1.5 艘满载的“辽宁”号航母。
今年5月,在五峰山长江大桥南北两座输电塔架设了六套5G通信投影幕无线设备。这是在国内首次在跨江铁塔上建设部署了来自中国移动、中国电信、中国联通三大通信运营商的设备 5G 共享基站。这不仅将确保未来通过五峰山大桥的乘客 5G 信号继续畅通,而且为未来桥梁高精度智能巡检、桥上无人车、车路协同提醒交通状况、雾天安全驾驶智能引导等新的交通技术提供了可能。 以及桥梁路段雨雪天气下的自动加热和除冰。