世界第二大悬索桥西堠门大桥建设纪实

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发布日期:2009-12-28

    舟山连岛工程已经通车,其中西堠门大桥的通车改写了世界十大悬索桥的排序。西堠门大桥主跨径达到了1650米,仅次于日本明石海峡大桥(主跨1991米),是世界第二大悬索桥,钢箱梁长度世界第一。


    听到西堠门大桥通车的消息,中交二公局的建设者喜悦之情难以掩饰,5年的奋斗终于迎来了收获的时刻。从进场第一天开始,中交二公局的建设者就定下了创建精品工程的目标,5年时间里,这支承建了润扬大桥、苏通大桥的建桥铁军从长江走向了大海,并最终树起了又一座桥梁建设的丰碑。


 挑战无处不在


    在跨江大桥上屡建奇功的中交二公局建设者,在这座跨海大桥上遇到了更多的挑战。


    第一个挑战是跨径。


    西堠门大桥是舟山大陆连岛工程5座大桥中的第4座大桥,主桥为两跨连续钢箱梁悬索桥,主跨1650米,是中国第一、世界第二,其中钢箱梁全长2221米,为目前世界第一长钢箱梁。


    此前,中交二公局已经承建了润扬大桥等多座大跨径悬索桥,掌握了悬索桥施工的核心技术。西堠门大桥主缆长达2882米,重21228吨,为国内目前第一长缆,钢箱梁长2221米,为目前世界第一长钢箱梁,施工猫道长2808米,是国内最长的猫道。南锚碇总体尺寸为74.7×63.6×50.3米,混凝土浇筑方量达8.7万余立方米,为目前国内最大的悬索桥锚体结构,南索塔基础为24根直径2.8米挖孔嵌岩桩,塔高高达211.286米,每一个数字都给建设者带来了极大的挑战。


    第二个挑战是风。


   “船老大好当,西堠门难过。”这是流传在舟山的一句歌谣。多变的气候、复杂的水流,就连有着多年海上运输经验的船老大都敬畏三分。尤其是到每年的台风季节,舟山海域巨浪滔天,十二、十三级的狂风能把一切撕碎。舟山是台风多发区,西堠门大桥位于受台风影响频繁的海域,桥位处水文、地质、气候条件复杂,而我国尚无在台风区宽阔海面建造特大跨径钢箱梁悬索桥的实践先例。悬索桥是一种悬空结构,上部所有的承重都由两根主缆承担,特别是施工中的猫道、主缆、箱梁都是悬吊在空中,对于跨径达到1650米的西堠门大桥,台风对工程的影响几乎是决定性的。2007年下半年,中交二公局的建设者正在进行紧张的上部结构施工,9月中旬台风“韦帕”登陆舟山,10月初台风“罗莎”再次侵袭舟山,当时西堠门大桥实测最大风力达到十三级。但经过事前的充分准备和采取积极有效的举措,大桥抵住了台风的考验。


    第三个挑战是海。


    西堠门大桥跨越金塘岛和册子岛之间的海域,海水深度大、海底地质情况复杂,西堠门水道潮水往返复流,水流流速大,且有强烈漩涡,给大桥建设带来巨大的难题。先导索过海就深受影响,如采用水底直接敷设法,很可能造成牵引索被礁石等缠绕或钩绊;如采用浮子法,会受到潮流及水流流速和漩涡影响,并且可用时间段短,牵引难度大,且北塔处于海中狭小的老虎山岛上,四周陡峭,水流湍急,难以搭建临时码头停靠施工船只。而且采用水底直接敷设法和浮子法两种方法必须封航,西堠门水道过往船只较多,长时间封航会造成较大影响。


    不仅先导索的架设遇到难题,而且钢箱梁架设也成为考验建设者的大难题。由于西堠门大桥跨度大,海水深,水域复杂,运梁船很难通过常规抛锚方式定位,箱梁运输难度很大。架梁期间的5月—11月正是台风影响期,吊梁难度较大。桥位地处海岛低山丘陵区,四周陡峭地形地势起伏变化较大,近塔、锚区的特殊梁段及无索区梁段受地理条件的限制跨缆吊机无法进行垂直起吊。


 技术创新攻难关


    战胜挑战,不仅需要勇气,更需要能力。在长江上建了20座大桥的中交二公局建设者面对挑战勇往直前。


    风和海的影响几乎每时每刻都存在,但在骁勇善战的二公局人面前,它们终于臣服了。工程建设在风和海的侵扰下依然在顺利进展,项目部克服恶劣的海岛强台风、长期季风气候影响,通过各项有效的管理机制,先后完成了各个施工节点目标,并且创造了许多桥梁建设的新纪录。


    2006年8月1日上午,一架直升机停在中交二公局西堠门大桥工地上。随着一声发射命令枪响,直升机开始起飞,直径6毫米的先导索在标高为233.286米的南塔顶由直升机缓缓向北牵拉,横跨1650米的宽阔海面,飞架到同样高度的北塔塔顶,创造了国内首次采用直升机架设先导索的纪录。仅仅28分钟世界第二大悬索桥先导索架设完成,海域所有船只正常通航,没有受到任何影响,困扰项目的一大难题迎刃而解。


    短短28分钟的战斗,中交二公局却准备了很久。针对国内首次采用直升机牵引先导索这种架设工艺,项目部积极组织研究,从方案提出到各方论证、实际演练,二公局多位桥梁专家都曾参与其中。直升机牵引先导索过海要求先导索轻质高强度,项目采用了荷兰皇家帝斯曼公司在全球首创的超高强度纤维迪尼玛绳,强度是钢丝绳的1.5倍,直径6毫米的迪尼玛绳,破断拉力2450公斤,安全系数达到20以上。在正式架设之前,项目还组织在机场进行了挂重、拉绳牵引、操作工艺的改进等4次试飞;在施工现场附近山头之间进行了实地牵引演练飞行,在南北塔上进行了挂配重飞行。


    交通运输部原副总工程师王玉表示:“在未封航条件下实施直升机架设先导索在国内桥梁建设史上属于首次,这对今后的大跨径悬索桥建设可提供技术参考和借鉴。”


    猫道架设是悬索桥施工的又一关键,西堠门大桥的猫道长达2808米,是国内最长、最高、施工难度最大的猫道。大桥猫道按南边跨、中跨、北边跨架设顺序各自单独架设,经主索塔转索鞍,形成三跨连续猫道系统。猫道的架设受到海岛季风、雨雾等各种气候的影响,架设难度、风险较大。项目部始终坚持优化技术方案,通过技术创新保证易施工,低成本,高效率。项目部对各种方案从施工难易程度、成本、效率等方面进行了综合分析和计算,进行方案优选并优化。在猫道架设过程中,加强现场对气象、电力等信息的掌握,根据计划合理组织各种资源,全过程进行索塔偏位与扭转观测,通过数据指导施工,各工序严格按照流程精细作业保证高精度、高效率。


    为了控制成本,项目利用原润扬大桥猫道绳对全长2808米的猫道承重绳进行技术改造。经过复杂的技术研究和论证,项目部把猫道结构设计及承重索无应力下料长度计算方法、猫道承重绳接长方案、锚头位置设置、承重绳锚头通过托架、承重绳后锚头反拉等多项技术集成在一起,猫道承重绳接长再次利用获得成功,仅旧绳的再次利用就节约资金约750万元。猫道承重绳接长利用技术再次开创了先河,对今后的桥梁建设,尤其对于海上更大跨径悬索桥猫道设计与施工具有重要的借鉴意义。


    大桥主缆长达2882米,重21228吨,其中主缆索股水平成圈工艺在世界上还属首创。主缆是悬索桥的“生命线”,为了提高钢丝强度级别减轻主缆自重,项目部自主研发的超长牵引主缆索股起了重要作用。西堠门大桥的主缆在国内千米以上大跨径悬索桥中首次采用1770兆帕高强度镀锌平行钢丝,从而相应地减少主缆索股数,减小塔、锚的规模,缩短施工周期,降低工程造价。中交二公局自主研发的CSJ950主缆缠丝机在西堠门大桥大展身手。该设备既适用于“S”形钢丝缠丝,又适用于圆形钢丝缠丝,各项技术指标均达到设计要求,填补了国内特大跨径悬索桥主缆缠丝专用设备的空白。


    2007年5月,大桥开始钢箱梁吊装,却适逢台风影响期。此处本就海水深、水域复杂,加上台风的影响,钢箱梁运输船在海中无法准确定位,给吊梁施工带来很大挑战。面对诸多难题,项目部结合工程特点,组织进行钢箱梁吊装专项技术攻关,开展了“台风期吊梁专项研究与论证”、“台风期架梁阶段结构稳定性观测”、“钢箱梁海中定位”、“跨缆吊机抗风研究”等技术研究。根据工期计划安排,项目进行梁段结构划分、吊重及吊装顺序、桥位区的水面宽度和水深以及施工环境等综合研究,经过反复研究、论证、优选,最终采用垂直起吊、荡移、固定支架及移动支架等多种方式以适应不同位置不同梁段的吊装作业。针对季风期潮水流速、方向复杂多变,运梁船定位困难这一情况,项目部采用运梁船动力自定位、天吊绳索拉设定位及跨缆吊机辅助定位相结合的办法,实现梁段准确就位,创下一天吊装3片钢箱梁的纪录。受到地理条件的限制,运梁船无法到达索塔近岸,项目部反复验证,设计了高矮支架配合荡移系统和临时吊索,成功实现了近塔区钢箱梁的安全吊装。


    2007年12月16日,大桥126段钢箱梁提前半个月全部吊装完成,“世界第一长钢箱梁胜利贯通”成为各大媒体争相报道的新闻。


 严控质量铸精品


    质量是工程的生命,在中交二公局这支建桥铁军里,这已经是每一个人的共识。


 “搞工程要一次性搞好,一次通过验收。工序转换的快一点,效率也就提高了。其实我们管得严都是为大家好啊!”这是西堠门大桥项目常务副经理沈良成在现场对一位工班长说的话,也是对中交二公局“零缺陷”战略的形象解说。


    不仅是日常的叮嘱,质量控制更有严格的制度。在现场工序施工中,项目部严格执行作业层自检、现场技术员复检、项目质监部专检、监理工程师验收的“三检一验”制度,坚持质量一票否决制。针对不同分项工程、不同季节、不同技术要求,项目部制定了详细的质监要点,并逐一融合到技术交底、技术培训、现场检查、监督、整改的过程之中,将质量标准和质量意识深深地“植入”每一个施工人员的心中。


    项目部将质量责任制严格落实到每一个人、每道工序,从每个员工的每项操作上确保工程质量,以一次检验合格率作为员工考核的重要依据。与严格的考核制度相结合,项目部积极开展质量宣传、质量月、QC活动等,提高全员质量意识。项目部配合指挥部编制的《西堠门大桥竣工文件编制办法》、《西堠门大桥专项质量检验评定标准》顺利通过浙江省交通厅的审批,成为大桥建设的标准。


    在严格控制的同时,项目部还针对质量控制难点开展了专项研究,对关键环节重点控制。大桥南锚碇为重力式嵌岩锚,锚碇混凝土浇筑方量达8.7万立方米,施工中,项目部成立了大体积混凝土温控工作小组,进行锚碇大体积混凝土浇筑质量专项控制及提高混凝土外观质量实践研究,有效保证南锚碇工程施工质量。在施工中,项目部先后组织进行“基础预裂与光面爆破技术研究”、“钢筋滚轧直螺纹工艺研究”、“混凝土配合比优化设计”等多项技术专题研究,提高工程质量。在钢箱梁吊装过程中,项目部成立了钢箱梁吊装领导小组,细化了施工节点及人员分工,加强了安全教育及现场安全监控,针对各种客观因素的变化,不断完善吊梁作业流程,从吊机行走、潮位观测、梁段海上运输、梁段定位、起吊、临时连接等环节上控制,严格实行初检、专检、终检制度,确保工程质量优良。


 安全生产零事故


    2009年1月11日,大桥猫道顺利拆除完成,比原定计划提前15天,没有发生任何安全事故,实现了建设全过程安全生产零事故的目标。


    在现场施工的每一个环节,安全均是项目部管控的第一要点。在5年多的建设过程中,项目部认真落实安全生产各项工作的管理和部署,加大安全生产的监督力度,强化灌输“安全无小事”的思想。施工中技术方案和安全方案同时编制,同时交底,认真作好安全培训、安全教育、安全宣传,开展安全生产月活动,提高员工安全意识和安全技能。过程中加强管控,组织编制“三防预案”,认真落实现场安全监督,做到专人、专点、专项措施。在各施工阶段,根据工程特点多次组织危险源及重大危险源的识别,针对不同阶段对“三防预案”进行了多次修改。在上部结构施工中,根据季节特点围绕节点要求及时进行防台风方案编制,防台风构件加工和安装,组织防台风演练,确保了跨缆吊机作业安全。2007年下半年,项目上部结构施工高峰期, “韦帕”和 “罗莎”两次超强台风侵袭舟山,西堠门大桥实测最大风力达到十三级,通过切实有效的防护措施,大桥施工抵住了考验,在台风侵袭中毫无损伤。2009年,猫道拆除施工正处于冬季季风高发时段,受大风、雨、雾干扰较大,项目部根据气象信息及时调整作业计划,在正常天气内延长作业时间,同时加强过程控制,将安全措施纳入现场日作业计划内容,对两塔及两锚4个点配置了专职安全技术管理人员盯点,钢箱梁桥面上实行巡检制度,大风前对猫道承重绳进行拉设抗风缆以确保对吊索的保护,经过重重管控,确保了最后一道工序顺利完成。


    仰头而望,桥塔高耸,似一条蛟龙昂首进入云端,极目远眺,主缆和箱梁的红色非常漂亮,似蛟龙的身躯从大海中腾空而起,跨越海峡,尾部尚在远处的薄雾中若隐若现。


    奋战5年,中交二公局建设者的汗水洒入大海,也赢得了社会各界的关注与赞赏。项目部曾被浙江省政府命名为“浙江省重点建设立功竞赛先进集体”,荣获中国海员工会“2005年度全国公路建设重点工程优胜奖”,获得大桥建设指挥部“目标进度优胜单位”、“立功竞赛优胜单位”、“安全生产三无单位”等荣誉。


    舟山一直以来只能依靠舟楫与大陆往来的日子成为过去。多少年来,进出舟山群岛都免不了舟船颠簸,运气不好还可能“困”在岛上,如今,两地来往已经不必再看大海的“脸色”。“以后想吃海鲜,下班直接开车去沈家门,吃完再吹着海风上桥回宁波。”当越来越多的人走上大桥,享受大桥带来的便利时,中交二公局的建桥者已经走向了新的工地。


    中交二公局已经建成跨江跨海独立大桥226座以上,总长超过24万延米,目前以6座长江大桥、4座跨海大桥为代表的在建特大桥67座。在西堠门大桥通车的欢庆时刻,他们正在工地上挥汗如雨,为一座又一座精品桥梁,为中国的建桥事业而奋斗不懈。 

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“第一”荟萃

■西堠门大桥1650米的主跨径居国内第一、世界第二;

■西堠门大桥2221米的钢箱梁长度居世界第一;

■西堠门大桥主缆长度达2882米,为国内第一;

■西堠门大桥施工猫道长2808米,长度居国内第一;

■西堠门大桥是世界第一座分体式钢箱梁悬索桥;

■西堠门大桥在施工中首创国内主缆索股水平成圈放索工艺;

■施工中采用国内长度最长、直径最大、强度最高的钢丝绳吊索;

■施工中国内第一次采用直升机牵引先导索过海,同时首次实现了先导索过海不封航作业。

 

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