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一跨1488米,西堠门公铁大桥正跨海
2024-04-29 16:23:03  

科技日报记者 矫阳

4月16日,甬舟(宁波-舟山)高铁西堠门公铁两用大桥建设迎来新进展。“5号桥塔主墩,18根6.3米钻孔桩混凝土全部灌注完成。桩基最深达海平面以下100米(水深近60米,入岩深度47.5米)。”中铁大桥局甬舟铁路西堠门公铁大桥常务副经理李永旗说。

西堠门公铁两用大桥全长3118米,是在建甬舟高铁及甬舟高速公路复线、跨越西堠门水道的跨海桥梁,连接舟山金塘岛和册子岛,设计为铁路双线、时速250公里;两侧为双向6车道高速公路,设计时速100公里。

西堠门公铁两用大桥主跨1488米,是目前世界最大跨度公铁大桥。这种“公铁平层”布置,使桥面宽度达到68米,这座桥也成为世界最宽的跨海大桥。

这座工程多项世界级桥梁难题是如何攻克的?

“悬索+斜拉”填补桥梁设计空白

2016年,设计团队开始对西堠门公铁两用大桥进行设计预研。设计团队发现,大桥所处航道是进出宁波舟山港的海上黄金通道,每天过往200多艘3万吨级集装箱轮和多种散货轮。同时,西堠门海峡6级以上大风超100天、最大浪高达7.8米、桥墩位处最大水深超60米、设计流速3.47米/秒、基岩裸露且岩面倾斜。

为达到通航需要,西堠门公铁两用大桥单跨设计必须达千米以上。当时,世界单跨最大公铁两用桥沪苏通大桥正在建设,单跨1092米,已形成一套设计创新技术。但设计团队发现,在西堠门海域找不到1000米级斜拉桥的桥塔基坑位置。

此前,我国已建跨海公铁桥梁的桥梁基础没有超过海平面以下50米水深,而水深60米风险太大。”中铁大桥勘测设计院总工程师、西堠门公铁两用大桥总设计师肖海珠说。

综合考虑通航需求和海中复杂的地形地质等综合因素,设计团队结合柔性悬索桥大跨和斜拉桥刚性的优势,在国内首创“悬索+斜拉”及公铁同层设计,将跨海铁路桥单跨一举推至1488米,建立了大跨度“斜拉+悬索”协作体系的计算理论,填补了桥梁设计空白。

倒“机翼”形状主梁更抗风

西堠门公铁大桥为啥要设计成最宽的公铁平层,而不是技术相对成熟的公铁上下两层?

“这是因为抗风需求。”中铁大桥勘测设计院西堠门公铁大桥项目负责人潘韬说。

双层桁梁因结构本身原因,侧向面积大,抗风稳定性难以满足要求。

依据空气动力学原理,设计团队将西堠门公铁大桥主梁设计为倒置的机翼形状。当空气流过机翼时,因机翼上表面的曲线形状,会在机翼上表面产生较低的压力,在下表面产生较高的压力。

“这种上下表面的压力差是机翼产生升力的主要原因。而倒置的机翼主梁的形状,恰恰让这种压力差相反,当空气流过主梁时,使桥梁的力量向下,结构更牢固。”潘韬说。

除了抗风,设计团队还研发了风屏障+箱间盖板+抑流板的综合抗风措施,降低了涡振纵向相干性,完全消除了大桥的涡振现象。

世界最粗钻孔桩扎根海底

西堠门公铁大桥采用18根直径6.3米的钻孔桩基础——这是世界直径最大的桥梁钻孔桩基础。

如何令其在波涛汹涌间稳稳扎根?“我们在世界桥梁建设中首次尝试采用自浮式钢桁架钻孔平台,将水上施工转化为陆地施工。”李永旗说。

受洋流、高低潮等的影响,平台浮运的精确定位十分重要。在这过程中,哪怕一根缆绳断裂,都可能造成毁灭性后果。中铁大桥局研制开发了数字孪生平台,指导平台精准定位。

为突破岩层,中铁大桥局还自主研发了ZJD7000大型动力头钻机,配备先进智能化系统,具有施工数据实时运算显示存储、无线遥控操作、多点监控等功能。

西堠门公铁两用大桥建设正全力推进。“另一个主塔——4号主塔钢沉井基础已完成沉放着床施工,下一步将按计划推进钢沉井封底填筑施工。”中铁四局二公司西堠门公铁两用大桥项目部总工程师李勇海说。

甬舟高铁是国家《中长期铁路网规划(2016-2030年)》重大项目,西起宁波东站,终于舟山白泉站,线路全长77公里,预计2028年具备通车条件,届时高铁上岛,舟山将结束不通火车的历史。

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