在毫厘间“搭积木”

　　常泰长江大桥主航道桥施工现场。

　　常泰长江大桥泰州侧钢桁拱桥施工现场。陈瑶 摄

　　主塔沉井基础内井孔盖板安装作业。

　　施工人员下放钢筋笼。

　　“钢—混”混合结构空间钻石型主塔施工作业。 图为常泰长江大桥建设指挥部提供

　　3月15日一早，阳光才透过云层洒下几道亮光，江面云屯雾集，常泰长江大桥宛若一条钢铁巨龙，若隐若现。当记者以为这条巨龙还未“苏醒”时，远处已经传来阵阵机械轰鸣。

　　常泰长江大桥位于泰州大桥与江阴大桥之间，连接江苏常州与泰州，是长江上首座集高速公路、城际铁路、普通公路于一体的过江通道。

　　“常泰长江大桥于2019年10月正式开工建设，计划2025年上半年建成通车。”江苏省交通工程建设局常泰长江大桥建设指挥部现场指挥长李镇向记者介绍，“作为长江经济带综合立体交通走廊的重要项目，大桥建成后将对推进‘一带一路’交汇点建设、更好服务长三角一体化发展和长江经济带发展战略，完善区域路网布局，促进扬子江城市群协调发展等具有重要意义。”

　　修建这样一条过江通道面临哪些难题，设计者和建设者们又是如何攻坚克难的？记者就此来到大桥建设现场实地采访。

　　1 “超级工程”刷新多项世界纪录

　　常泰长江大桥监控指挥中心临江而建，距离大桥的直线距离不足百米。站在二层的露台，记者最直观的感受就是大桥“这么近又那么远”。

　　“常泰长江大桥全长10.03公里，其中公铁合建段长5299.2米，由一座主跨1208米的钢桁梁斜拉桥、两座主跨388米的钢桁拱桥和一座3×124米的连续钢桁梁桥组成。”中铁大桥勘测设计院集团有限公司常泰长江大桥设计代表周子明告诉记者，大桥刷新了在建最大跨度斜拉桥、最大跨度公铁两用钢桁拱桥以及最大连续长度钢桁梁的世界纪录，“如此设计是要在满足通航需求的同时，最大限度降低项目施工对周围环境的影响。”

　　常泰长江大桥地处长江下游，这里既是长江大保护的重要区域，也是航运交通要道，往来航船如织，深水航道宽度达900米。“为了保障通航安全，桥梁主跨要一跨跨过通航水域才行。结合对水文环境和通航能力的影响，最终选择了斜拉桥作为跨越通航水域的桥型方案。”周子明说。

　　桥型选择不是常泰长江大桥设计者唯一一次“自我加压”。修建一座桥需要占用一定岸线资源，如果建多个桥梁就需要更多的岸线资源，这对长江两岸保护和开发的影响可想而知。为了节约资源、保护环境，设计者继续“上难度”，把高速公路、城际铁路、普通公路三种路型集中在这一座桥上：上层桥面为双向六车道高速公路，下层桥面分别布置两线城际铁路和四车道普通公路，使其成为规模最大的多功能荷载非对称布置桥梁。

　　公路与铁路的恒载差异大，如果处理不好荷载不平衡问题，桥梁主梁就会发生横偏变形，造成桥面一边高一边低，结构不稳，威胁行车安全。周子明说，为了解决荷载非对称的问题，一方面在设计上做“减法”，尝试采用轻型化铁路桥面系结构，减轻铁路侧重量；另一方面，通过增大上游侧斜拉索索力，使得上下游桥面高度保持一致。

　　2 “四项首创技术”破解桥梁建设难题

　　采访期间记者看到，为实现年中跨中合龙的目标，常泰长江大桥各建设单位正在有序推进主航道桥钢梁架设和斜拉索安装等作业。目前，大桥的恢宏身姿已初步显现，“钻石型”主塔耸立于长江之中，蔚为壮观。

　　“两座主塔的高度均为350米，分为上、中、下塔柱三部分，是目前世界最高斜拉桥桥塔，也是整个桥梁的核心工程。”周子明告诉记者，“钢—混”混合结构空间钻石型桥塔和“钢箱—核芯混凝土”组合索塔锚固结构，是在设计初期针对最大限度满足使用需求所带来的挑战提出的两项首创技术。

　　一般而言，斜拉桥多采用平面桥塔设计方案，而常泰长江大桥主塔的中、下塔柱则设计成了四塔肢、正八边形截面的形式。“主塔自身竖向压力和由斜拉索传递而来的‘压力’将由塔肢传递至桥塔底部基础。因此，主塔截面越大，受力越稳。可一旦截面超出特定尺度又会增大混凝土开裂风险，影响桥塔乃至桥梁安全。”周子明解释，通过缩小单个塔肢截面尺寸，在保证主塔承载能力的基础上，降低塔肢在施工期和运营期的开裂风险，同时提高了钢梁整体刚度和行车舒适性，美化主塔空间立体造型。

　　从外观上看，主塔上塔柱和下塔柱都做了收窄设计，作用却各不相同。记者了解到，下塔柱使用混凝土材质，结构内收是兼顾了减小塔肢底部基础总面积和美观因素。上塔柱收窄后似“一柱擎天”，作用是为斜拉索提供固定支撑力，同时为承受住压力和弯矩的双重考验，首创了“钢箱—核芯混凝土”组合索塔锚固结构。

　　“钢箱—核芯混凝土”组合索塔锚固结构利用的是钢和混凝土两种不同材料的力学性能差异。从周子明向记者展示的一张截面图可以清楚看到，上塔柱的设计是一个中空、由钢材质包裹形成的八边形钢箱，中间嵌着矩形混凝土芯。“从材料角度而言，混凝土抗压性能良好，但抵抗弯矩产生的拉应力能力较弱，而钢结构抗拉、压性能均较好。我们充分发挥两种材料的优势，将混凝土布置在上塔柱中性轴附近、钢结构布置在远离中性轴的外围，这种结构构造可充分利用钢与混凝土两种不同材料的力学性能差异，实现索塔锚固体系局部受力和整体受力的协调统一，大大提升桥梁整体景观效果。”

　　如果把两座主塔比作双臂，撑起大桥的高度和跨度。那么底部的沉井就是双脚，让桥塔得以稳稳地立于水中。

　　常泰长江大桥主航道桥桥塔基础沉井主要采用钢沉井结构，沉井底面尺寸横桥向长95米，纵桥向宽57.8米，面积相当于13个篮球场大小，总高72米，足有24层楼高，用钢量达到1.8万吨，是目前世界在建最大水中钢沉井基础。

　　“沉井既要承担主跨超千米的桥梁荷载，又要承担自身重量，若采用上下同宽的常规沉井基础，则沉井底口需下沉至水下92米才能保证结构安全，这无疑加大了下沉施工的风险。”周子明说，项目团队提出的第三项首创技术——减冲刷减自重台阶型沉井基础就能解决这一问题。通过“上小下大”的结构让沉井“降高减重”，减轻自身重量的同时又有效限制水流对沉井周边河床土体的冲蚀，减少冲刷深度，将沉井底标高提至水下65米。

　　记者了解到，在常泰长江大桥顺利合龙后，第四项首创技术——温度自适应塔梁纵向约束体系也将在工程中应用。该体系将用数根碳纤维复合材料拉索连接主梁跨中与主塔下横梁，从而建立塔梁之间的约束，同时利用碳纤维复合材料的温度特性，使得该体系能够自动适应结构体系升降温的变形，不增加结构附加内力，同时改变了纵向荷载的传力路径，相比半漂浮体系，可有效降低主塔内力和梁端位移30%以上，提高了梁端伸缩装置的耐久性。

　　3 匠心“智”造确保毫米级精度

　　对于设计者、建设者来说，常泰长江大桥无疑是个超级工程，不仅因为它有“多个之最”“四个首创”，更在于各环节参与者对精度的追求与把控。

　　如何在复杂的水文环境下建起偌大一座桥？“就像搭积木一样，把不同类型的杆件逐个、逐层拼接。”接受采访时，中铁宝桥常泰长江大桥CT-A5标项目副经理朱斌强答道。

　　看似简单的操作，实则需要严格把控精度。

　　主航道桥两侧钢桁拱桥的拼装，需要分步进行。谈起弧形拱肋的施工合龙，朱斌强印象深刻。“拱肋与桥面设置了800多根不同长度、不同类型的杆件，杆杆相连，一丝偏差都会影响下一步拼装。为此，我们每拼接一段，就要对整个梁的长度、轴线角度进行测控，以确保达到毫米级合龙精度。”

　　记者发现，随着人工智能与制造业的深度融合，在现代化、智能化装备的辅助下，对工程质量更精细化的追求体现在不同细节中。

　　目前，智能化技术已经成功运用至预制构件流水线生产、杆件制造、总拼、涂装、检测等各环节。中交二航局常泰长江大桥CT-A3标项目副总工厉勇辉以索塔钢筋搭建为例介绍道，以往主要靠人工作业把钢筋一根根绑起来，质量监控和安装精度的把控都是难点。“如今，我们通过部品钢筋智能建造技术，形成集装配化设计、自动化下料、工厂化制作、快速化安装、智能化控制于一体的部品钢筋智能制造自动化生产线，实现钢筋部品成型精度毫米级控制，加强源头把控、流程监督，提高了桥塔钢筋施工质量，保障了工程品质。”

　　对于超大型沉井，将其平稳下沉是一个巨大的挑战。常泰长江大桥桥址处以黏土与砂土为主，沉井下沉区域分布着不同厚度的硬塑粉质黏土。“这类地层土质硬、黏性强，给水下施工取土增加不少难度。”常泰长江大桥监控中心负责人蒋凡介绍，要保证沉井“姿态”平稳、可视可控，建设团队淘汰了以往人工测量泥面高程的传统工艺，取而代之的是在沉井主体结构内部安装300多个监控元器件，利用智能传感器自动采集沉井姿态和结构受力数据。同时，还研发了适用于粉质黏土层的电动双头铰刀、气水混合冲射破土设备、水下机械臂取土机器人等专用装备，实现取土深度的精确控制及沿预设路径自动化取土行走作业。

　　为了实时监测桥梁施工情况，建设团队还建立了基于BIM的数字孪生施工场景，可以实时跟进施工进展，全方位对施工控制数据进行分析和预警，并根据算法提供下一步最优的解决方案，来控制现场的精度。

　　后方有人工智能加持，前方有大国重器护航。在常泰长江大桥的建设工地上，代表中国高度的12000吨·米和15000吨·米塔式起重机守护并见证了桥塔从无到有。据了解，塔式起重机最大起重量600吨，最大起升高度400米，相当于可以一次将300辆小轿车起吊至130层楼的高度。其内部搭载的智控系统，可实现塔机极限过程的数字化安全管控。配备的多面多缸同步顶升，能够将顶升误差控制在毫米级。（本报记者 陈瑶 自江苏报道）