常泰长江大桥一瞥。 邵 旭摄
焊接机(ji)器人对U肋板单元进行焊接。 张孝远摄
施工人员对沉井承台进行第二(er)次混凝土浇筑。 孙 璐摄
大桥南主塔封顶(ding)。 邵 旭摄
大节段从码头滚装上船。 陆(lu)严苏摄
对大节段进行吊装。 陆(lu)严苏摄
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在江苏泰兴七圩(wei)渡口，车辆排队等待乘坐轮渡前往(wang)江对岸的常州。常州和泰兴隔江相望，平均距离(li)仅约3公里，但若(ruo)不乘轮渡，只能绕(rao)行泰州大桥或江阴大桥。建桥，是(shi)当地(di)百姓(xing)的真切期盼。
5年时间，长江中下游，泰州大桥与江阴大桥之间，一条新的“钢铁巨龙”横卧江面，蔚为壮观。这(zhe)条“巨龙”就是(shi)常泰长江大桥。大桥全(quan)长10.03公里，主航道桥采用主跨1208米斜拉桥，天星洲和录安洲两个专用航道桥采用主跨388米钢桁梁拱(gong)桥，均刷新同类桥梁世界纪录。目前，全(quan)桥合龙在即，大桥建成通车后，常州至泰兴车程将缩(suo)短至半小时左右，对推进“一带一路”交汇点(dian)建设、服务(wu)长江经济(ji)带发展和长三角一体化发展战略、促(cu)进扬子江城市群协(xie)调发展等具有重要意义。
常泰长江大桥有何特殊之处(chu)？大桥设计与建设背后有哪(na)些故事？日前，记者探访了常泰长江大桥建设现场及(ji)相关工厂。
“焊接时要全(quan)神(shen)贯注(zhu)”
在中铁工业旗下的中铁宝桥扬州公司(si)生产基(ji)地(di)，两块钢桁梁大节段静置地(di)面，等待从码头启(qi)运(yun)，拉往(wang)桥位吊装。这(zhe)一步骤后，常泰长江大桥将拉开全(quan)桥合龙序幕。
从下往(wang)上看大桥，并未觉察其中一块节段有多大，但真正站(zhan)在未出厂的节段面前，记者不禁被其庞大身躯所震(zhen)撼。“建桥就像搭积木，对于(yu)常泰长江大桥主航道桥来说，就是(shi)把(ba)一块块大节段拼接起来。”中铁宝桥扬州公司(si)常泰长江大桥项目副经理秦勋介绍，大节段好(hao)比积木，别小瞧这(zhe)块“积木”：标准(zhun)长度28米，宽35米，高15.5米，最大单重达1866吨。
大节段由板单元及(ji)不同类型杆件组(zu)成，板单元由板材切割后的零部件拼焊出来，大桥的质量和安全(quan)与此直接相关。“跟做衣服类似，用什么料(liao)子，领子、袖子缝得结不结实，都(dou)会(hui)影响(xiang)衣服的耐久性(xing)。”秦勋说。
在基(ji)地(di)钢桥梁智(zhi)能制(zhi)造示范(fan)线，记者看到围绕(rao)板单元加工制(zhi)作的诸多工艺，目标只有一个：焊得更牢(lao)固。“这(zhe)叫‘U肋’，在板单元中扮演重要角色，是(shi)提高桥面强度的关键。”走到一块船位焊的板单元旁，秦勋介绍，桥面板单元的一面过车，有车时就有压力，车通过后压力消失，这(zhe)样反复作用会(hui)导致疲劳载荷，路面易开裂。这(zhe)就需要在另一面焊上一根根U肋，在一定区域形成箱体结构，大大提升路面承载力。
“这(zhe)个焊缝焊得光滑，外(wai)观好(hao)，内(nei)部也没啥缺陷。”中铁宝桥扬州公司(si)常泰长江大桥项目副总工曹林说，以前U肋焊到板上主要靠人工，常泰长江大桥建设过程则采用了焊接机(ji)器人。激光传感器就像“眼睛”，扫(sao)一下就知道点(dian)焊位置在哪(na)儿，精度和效率明显提升。
来自河北(bei)的曹林是(shi)90后，大学毕业就来到中铁宝桥扬州公司(si)技(ji)术研发部工作。常泰长江大桥对零部件精度的追求和把(ba)控，给他留下深刻印象。“桥面板单元U肋的熔深必须控制(zhi)在80%。换句话说，U肋厚度8毫米，单面焊接的坡(po)口部分熔透(tou)角焊缝焊根未熔透(tou)的最大尺寸不超1.6毫米。”曹林说，“焊接时要全(quan)神(shen)贯注(zhu)，熔深低于(yu)80%达不到标准(zhun)要求，可(ke)如果电流(liu)电压稍微大一点(dian)或设备(bei)抖动一下，就会(hui)直接焊穿，因此必须格外(wai)精准(zhun)。”
“我(wo)们还引入了破(po)坏性(xing)试(shi)验。”曹林介绍，项目随机(ji)抽取板单元成品，将其焊缝切割来验证(zheng)焊接质量，为提高板单元疲劳性(xing)能及(ji)耐久性(xing)提供可(ke)靠保障。
中铁工业旗下的中铁山桥南通公司(si)也承担了常泰长江大桥钢桁梁大节段的制(zhi)作。老家(jia)安徽的马浩鹏是(shi)公司(si)工程技(ji)术部部长，虽为95后，却是(shi)工作9年、参建20余座大桥的“老司(si)机(ji)”。现在，他的脑(nao)海里仍不时浮现当时大节段装船发运(yun)的场景(jing)。
“大节段尺寸大、重量大，码头的吊机(ji)根本吊不动，只能采用滚装上船的方式。发运(yun)要密切关注(zhu)当天水位，那时江面水位较低，经常凌晨启(qi)运(yun)，把(ba)大节段从厂区运(yun)往(wang)船上的时间很紧张。节段一上船，船一边就翘起来，然后赶快往(wang)另一边船舱注(zhu)水，保持船的平衡(heng)，整个过程需要各方紧密配(pei)合。”马浩鹏说，“一块大节段，从板材运(yun)来，经下料(liao)、组(zu)焊、涂装，再到发运(yun)，周期约半年。眼瞅着一个个节段被拎上去，那叫一个激动！”
“两侧同位置孔的圆心(xin)间距偏差不超过0.5毫米”
常泰长江大桥所处(chu)位置，深水航道宽900米，往(wang)来航船如织。繁(fan)忙(mang)的航道如一条车辆川流(liu)不息的高速路。为了减少对航道通航影响(xiang)，大桥设计者选择了斜拉桥桥型，并将跨度做到极大。
走在下层桥面，工人正加紧安装防抛网、防撞护栏等附属设施。“上层桥面为双向(xiang)六车道高速公路，咱们在的这(zhe)层，这(zhe)边是(shi)两线城际(ji)铁路，那边是(shi)四车道普通公路。”中铁大桥局(ju)常泰长江大桥项目副经理赵政说，这(zhe)是(shi)大桥最特殊的地(di)方之一。
有啥特殊？赵政介绍，按照(zhao)传统做法，一般将两线铁路放中间，两边各布置两条公路车道，这(zhe)样结构是(shi)对称的。而现在铁路和公路分列桥梁两侧，是(shi)一座“偏心(xin)桥”，这(zhe)对于(yu)设计者和建设者而言，是(shi)亮点(dian)，也是(shi)难点(dian)。
据介绍，铁路与公路的恒(heng)载差异很大。荷载不平衡(heng)，将导致主梁横偏变形，桥面一边高一边低，威胁行车安全(quan)。为了解(jie)决荷载非对称问题，大桥设计者一方面尝(chang)试(shi)采用轻型化铁路桥面系结构，减轻铁路侧重量；同时，调整斜拉索索力，使铁路侧的张力大于(yu)公路侧，保证(zheng)两侧桥面一样高。
曹林告诉记者，两侧脚下踩的路面材质也不同。铁路侧是(shi)更厚的复合钢板，由碳钢和不锈钢采用爆(bao)炸工艺结合而成，之后放道岔；而公路侧使用的只有碳钢，上面将铺沥(li)青。
大桥两侧的弦杆上，分布着密密麻麻的螺栓与孔群。从工厂运(yun)来的大节段，正是(shi)采取先栓后焊的方式拼接起来。中铁山桥常泰长江大桥项目经理李(li)福生带领团队，连续(xu)几天在现场测量钢桁梁的拼装精度，其中就包括(kuo)弦杆箱口栓孔的同心(xin)度。
“螺栓孔群的精度决定了大节段能否顺利拼接、大桥能否成功合龙。两个节段吊上来后，在弦杆间放置拼接板，打上螺栓固定，下一步就是(shi)焊接了。如果连栓孔都(dou)对不齐，节段根本拼不起来。”李(li)福生说，“我(wo)们使用了大型双龙门三维(wei)数控钻(zuan)床，实现双机(ji)精密联(lian)动，一次性(xing)完成杆件两端栓孔的钻(zuan)制(zhi)，同时在实体拼装前，进行模拟预拼，保证(zheng)栓孔精度。”
在中铁山桥南通公司(si)的工厂，记者见到了李(li)福生说的钻(zuan)孔设备(bei)，钻(zuan)床正在进行下一座桥梁的弦杆作业。
“常泰长江大桥的栓孔就是(shi)这(zhe)台机(ji)器打出来的，我(wo)们先打定位孔。3个定位孔，能控制(zhi)这(zhe)一区域的孔群位置。”马浩鹏介绍，“两侧同位置孔的圆心(xin)间距偏差不超过0.5毫米”。
定位孔钻(zuan)制(zhi)后，工人将一块样板放到弦杆位置，和3个定位孔重合，操作摇臂钻(zuan)床开始钻(zuan)其余位置的栓孔。“样板是(shi)特殊材质做的，钻(zuan)头钻(zuan)上去也不会(hui)损坏。”马浩鹏介绍，孔群钻(zuan)好(hao)后由质检工程师对栓孔直径、极边孔距、螺栓孔间距等项点(dian)进行检查，合格后方可(ke)进入下道工序。
“只有控制(zhi)好(hao)总体倾斜度，塔顶(ding)才不会(hui)偏”
整座常泰长江大桥，最引人瞩目的要数桥塔。南北(bei)两座“钻(zuan)石(shi)型”主塔耸立长江，直指蓝天。
两座主塔高度均为350米，分上、中、下塔柱三部分。桥塔采取分节段施工，建塔的过程就像串糖(tang)葫(hu)芦。此时，南塔已封顶(ding)，北(bei)塔封顶(ding)在即。“常泰长江大桥桥塔是(shi)目前世界最高斜拉桥桥塔，也是(shi)整个桥梁的核心(xin)工程。”中铁大桥局(ju)副总工程师于(yu)祥君介绍，一般桥塔是(shi)两塔肢，而这(zhe)座桥的中、下塔柱设计成四塔肢、正八边形截面的形式，且塔肢尺寸不固定，做了收窄(zhai)、内(nei)倾设计，“这(zhe)对精度要求很严格，只有控制(zhi)好(hao)总体倾斜度，塔顶(ding)才不会(hui)偏”。
换乘两趟施工升降机(ji)，记者来到北(bei)塔顶(ding)部，一部分工人正在吊装斜拉索。往(wang)下看，宽阔的江面上，偌(re)大的船只也变得渺(miao)小。接着，记者进入桥塔内(nei)部，一排排孔洞映入眼帘。
“这(zhe)是(shi)斜拉索的一个锚(mao)固端，另外(wai)一个位于(yu)钢桁梁的锚(mao)箱上。”曹林介绍，大桥首创了“钢箱—核芯混凝土”组(zu)合索塔锚(mao)固结构，利用的正是(shi)钢和混凝土两种不同材料(liao)的力学性(xing)能差异。混凝土抗(kang)压性(xing)能好(hao)，但抵抗(kang)弯矩产生的拉应力能力较弱，而钢结构抗(kang)拉、压性(xing)能均较好(hao)。将混凝土布置在上塔柱中性(xing)轴附近，钢结构布置在远离(li)中性(xing)轴的外(wai)围，便能实现索塔锚(mao)固体系局(ju)部受(shou)力和整体受(shou)力的协(xie)调统一。
两座桥塔如人之两腿，稳立江中，靠双脚有力。双脚就是(shi)在水下的“沉井”。常泰长江大桥主航道桥桥塔基(ji)础沉井采用钢结构，一个沉井的面积相当于(yu)13个篮球场大小，高度差不多有24层楼高。将这(zhe)样的“大块头”平稳放入江中，不是(shi)一件容易事。
“我(wo)们将沉井基(ji)础在船坞内(nei)整体制(zhi)造，然后用拖轮浮运(yun)至桥位。施工期间，接高两次，下沉分了三次。”于(yu)祥君介绍，为了减少下沉施工风险，团队采取了“上小下大”结构，让(rang)沉井减轻自重的同时又有效限制(zhi)了水流(liu)对沉井周边河床土体的冲蚀，减少冲刷深度。
沉井的每(mei)次下沉，都(dou)意味着向(xiang)下不断取土，然而特殊的地(di)质情况让(rang)施工人员犯了难。“沉井下沉区域分布着不同厚度的粉质黏土，这(zhe)种黏土黏度极高，在水下好(hao)似橡(xiang)皮泥，一旦把(ba)钻(zuan)头糊住就很难把(ba)土吸出来。”于(yu)祥君告诉记者，建设团队研发了双头绞吸机(ji)、履带式绞吸机(ji)器人、龙门绞吸机(ji)器人、高压射喷钻(zuan)机(ji)等“利器”对付黏土。同时，在沉井安装土压力传感器，在关键点(dian)监(jian)测应力，自动采集沉井姿态和结构受(shou)力数据，实现取土的精准(zhun)控制(zhi)。
看着即将合龙的大桥，曹林很感慨。“越到最后，越怀念大家(jia)一起攻(gong)坚(jian)克(ke)难的日子。大桥就像我(wo)们的小孩，一点(dian)点(dian)长大，能参与这(zhe)个超级工程本身就是(shi)一种幸福。”曹林说，“等大桥通车后，我(wo)一定带家(jia)人来跑一圈，向(xiang)他们讲(jiang)讲(jiang)造桥的故事。”