【強信心 開新局】

◎本報記者 矯 陽

4月16日，甬舟（寧波—舟山）鐵路西堠門公鐵兩用大橋建設(shè)迎來新進展。“5號橋塔主墩的18根6.3米鉆孔樁混凝土全部灌注完成。樁基最深達海平面以下100米（水深近60米，入巖深度47.5米）?！敝需F大橋局甬舟鐵路西堠門公鐵兩用大橋常務副經(jīng)理李永旗說。

西堠門公鐵兩用大橋全長3118米，是在建甬舟鐵路及甬舟高速公路復線、跨越西堠門水道的跨海橋梁，連接舟山金塘島和冊子島，設(shè)計為鐵路雙線，時速250公里；兩側(cè)為雙向6車道高速公路，設(shè)計時速100公里。

西堠門公鐵兩用大橋主跨1488米，是目前世界最大跨度公鐵大橋。這種“公鐵平層”布置，使橋面寬度達到68米，這座橋也成為了世界最寬的跨海大橋。

這座工程的多項世界級橋梁難題是如何攻克的？科技日報記者就此采訪了相關(guān)專家。

“懸索+斜拉”填補橋梁設(shè)計空白

2016年，相關(guān)設(shè)計團隊開始對西堠門公鐵兩用大橋進行設(shè)計預研后發(fā)現(xiàn)，大橋所處航道是進出寧波舟山港的海上黃金通道，每天過往200多艘3萬噸級集裝箱輪和多種散貨輪。同時，西堠門海峽6級以上大風每年超100天，最大浪高達7.8米，橋墩位處最大水深超60米、設(shè)計流速3.47米/秒，基巖裸露且?guī)r面傾斜。

為達到通航需要，西堠門公鐵兩用大橋單跨設(shè)計必須達千米以上。當時，世界單跨最大公鐵兩用橋滬蘇通大橋正在建設(shè)，單跨1092米，已形成一套設(shè)計創(chuàng)新技術(shù)。但設(shè)計團隊發(fā)現(xiàn)，在西堠門海域找不到1000米級斜拉橋的橋塔基坑位置。

“此前，我國已建跨海公鐵橋梁的橋梁基礎(chǔ)沒有超過海平面以下50米水深的案例，最大水深超60米所帶來風險太大?！敝需F大橋勘測設(shè)計院總工程師、西堠門公鐵兩用大橋總設(shè)計師肖海珠說。

綜合考慮通航需求和海中復雜地形地質(zhì)等綜合因素后，設(shè)計團隊結(jié)合柔性懸索橋大跨和斜拉橋剛性的優(yōu)勢，在國內(nèi)首創(chuàng)“懸索+斜拉”及公鐵同層設(shè)計，將跨海鐵路橋單跨一舉推至1488米，建立了大跨度“懸索+斜拉”協(xié)作體系的計算理論，填補了相關(guān)橋梁設(shè)計方面的空白。

倒機翼形狀主梁更抗風

西堠門公鐵兩用大橋為啥要設(shè)計成最寬的公鐵平層，而不是技術(shù)相對成熟的公鐵上下兩層？“這是因為抗風需求?！敝需F大橋勘測設(shè)計院西堠門公鐵兩用大橋項目負責人潘韜表示，雙層桁梁因結(jié)構(gòu)本身原因，側(cè)向面積大，抗風穩(wěn)定性難以滿足要求。

依據(jù)空氣動力學原理，設(shè)計團隊將西堠門公鐵兩用大橋主梁設(shè)計為倒置的機翼形狀。當空氣流過機翼時，因機翼上表面的曲線形狀，會在機翼上表面產(chǎn)生較低的壓力，在下表面產(chǎn)生較高的壓力。

“這種上下表面的壓力差是機翼產(chǎn)生升力的主要原因。而倒置的機翼主梁的形狀，恰恰讓這種壓力差相反，當空氣流過主梁時，使橋梁的力量向下，結(jié)構(gòu)更牢固。”潘韜說。

除了抗風，設(shè)計團隊還研發(fā)了風屏障+箱間蓋板+抑流板的綜合抗風措施，降低了渦振縱向相干性，完全消除了大橋的渦振現(xiàn)象。

世界最粗鉆孔樁豎牢海底

西堠門公鐵兩用大橋采用18根直徑6.3米的鉆孔樁基礎(chǔ)——這是世界直徑最大的橋梁鉆孔樁基礎(chǔ)。

如何令其在波濤洶涌間穩(wěn)穩(wěn)扎根？“我們在建設(shè)中首次嘗試采用自浮式鋼桁架鉆孔平臺，將水上施工轉(zhuǎn)化為陸地施工。”李永旗說。

受洋流、高低潮等影響，平臺浮運的精確定位十分重要。在這過程中，哪怕一根纜繩斷裂，都可能造成毀滅性后果。中鐵大橋局研制開發(fā)了數(shù)字孿生平臺，指導平臺精準定位。

為突破巖層，中鐵大橋局還自主研發(fā)了ZJD7000大型動力頭鉆機，配備先進智能化系統(tǒng)，具有施工數(shù)據(jù)實時運算顯示存儲、無線遙控操作、多點監(jiān)控等功能。

西堠門公鐵兩用大橋建設(shè)正全力推進?！?號主塔鋼沉井基礎(chǔ)已完成沉放著床施工，下一步將按計劃推進鋼沉井封底填筑施工。”中鐵四局二公司西堠門公鐵兩用大橋項目部總工程師李勇海說。

甬舟高鐵是國家《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃（2016—2030年）》重大項目，西起寧波東站，終于舟山白泉站，線路全長77公里，預計2028年具備通車條件，屆時高鐵上島，舟山將結(jié)束不通火車的歷史。