常泰长(chang)江大桥一瞥。 邵 旭摄
焊接机器人对U肋板单元进行焊接。 张孝远(yuan)摄
施工人员(yuan)对沉井承台进行第二次混凝(ning)土浇筑。 孙 璐(lu)摄
大桥南主塔(ta)封顶。 邵 旭摄
大节段从码(ma)头滚装上(shang)船。 陆严苏摄
对大节段进行吊装。 陆严苏摄
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在江苏泰兴七圩渡口(kou)，车辆排队等待乘坐轮渡前往江对岸(an)的常州。常州和泰兴隔(ge)江相望，平均距离仅约3公里，但若(ruo)不乘轮渡，只(zhi)能绕(rao)行泰州大桥或江阴大桥。建桥，是(shi)当(dang)地(di)百姓的真切期盼。
5年时间，长(chang)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(mian)，蔚为壮观。这条“巨龙”就是(shi)常泰长(chang)江大桥。大桥全长(chang)10.03公里，主航道桥采用主跨1208米斜拉桥，天星(xing)洲和录安洲两个专用航道桥采用主跨388米钢桁梁拱桥，均刷新同类桥梁世界纪录。目前，全桥合龙在即，大桥建成通车后，常州至泰兴车程将(jiang)缩短至半小时左右，对推进“一带一路”交汇点建设、服务长(chang)江经济带发展和长(chang)三角一体(ti)化发展战略(lue)、促进扬(yang)子(zi)江城(cheng)市群协调发展等具有重要意义(yi)。
常泰长(chang)江大桥有何(he)特(te)殊之处？大桥设计与建设背后有哪些故事(shi)？日(ri)前，记者(zhe)探访了(le)常泰长(chang)江大桥建设现场及相关工厂。
“焊接时要全神贯注(zhu)”
在中铁工业旗下的中铁宝桥扬(yang)州公司生(sheng)产基地(di)，两块钢桁梁大节段静置地(di)面(mian)，等待从码(ma)头启运，拉往桥位吊装。这一步骤后，常泰长(chang)江大桥将(jiang)拉开全桥合龙序幕(mu)。
从下往上(shang)看大桥，并未觉察其中一块节段有多大，但真正站在未出厂的节段面(mian)前，记者(zhe)不禁被其庞大身躯所震撼。“建桥就像搭积木，对于常泰长(chang)江大桥主航道桥来说，就是(shi)把(ba)一块块大节段拼(pin)接起来。”中铁宝桥扬(yang)州公司常泰长(chang)江大桥项目副经理秦勋介绍，大节段好比积木，别小瞧这块“积木”：标准长(chang)度28米，宽(kuan)35米，高15.5米，最大单重达1866吨。
大节段由板单元及不同类型杆件组成，板单元由板材(cai)切割(ge)后的零部件拼(pin)焊出来，大桥的质量(liang)和安全与此直(zhi)接相关。“跟做衣服类似，用什么料子(zi)，领(ling)子(zi)、袖子(zi)缝得结不结实，都会影响衣服的耐久性。”秦勋说。
在基地(di)钢桥梁智能制造示范线，记者(zhe)看到(dao)围绕(rao)板单元加工制作(zuo)的诸多工艺，目标只(zhi)有一个：焊得更牢固。“这叫‘U肋’，在板单元中扮演重要角色，是(shi)提(ti)高桥面(mian)强度的关键。”走(zou)到(dao)一块船位焊的板单元旁，秦勋介绍，桥面(mian)板单元的一面(mian)过车，有车时就有压(ya)力，车通过后压(ya)力消失(shi)，这样反复作(zuo)用会导致疲劳载荷，路面(mian)易开裂。这就需要在另一面(mian)焊上(shang)一根根U肋，在一定区域形成箱体(ti)结构，大大提(ti)升路面(mian)承载力。
“这个焊缝焊得光滑，外观好，内部也(ye)没啥缺(que)陷(xian)。”中铁宝桥扬(yang)州公司常泰长(chang)江大桥项目副总工曹林说，以前U肋焊到(dao)板上(shang)主要靠(kao)人工，常泰长(chang)江大桥建设过程则采用了(le)焊接机器人。激光传感(gan)器就像“眼睛”，扫一下就知道点焊位置在哪儿(er)，精度和效率明显提(ti)升。
来自河北(bei)的曹林是(shi)90后，大学毕业就来到(dao)中铁宝桥扬(yang)州公司技术研发部工作(zuo)。常泰长(chang)江大桥对零部件精度的追(zhui)求和把(ba)控，给他留下深刻印象。“桥面(mian)板单元U肋的熔(rong)深必须(xu)控制在80%。换句话说，U肋厚度8毫(hao)米，单面(mian)焊接的坡(po)口(kou)部分熔(rong)透(tou)角焊缝焊根未熔(rong)透(tou)的最大尺寸不超1.6毫(hao)米。”曹林说，“焊接时要全神贯注(zhu)，熔(rong)深低于80%达不到(dao)标准要求，可如果电流电压(ya)稍(shao)微(wei)大一点或设备抖动一下，就会直(zhi)接焊穿，因此必须(xu)格外精准。”
“我们还引入了(le)破坏性试验。”曹林介绍，项目随机抽(chou)取板单元成品，将(jiang)其焊缝切割(ge)来验证焊接质量(liang)，为提(ti)高板单元疲劳性能及耐久性提(ti)供可靠(kao)保障(zhang)。
中铁工业旗下的中铁山桥南通公司也(ye)承担了(le)常泰长(chang)江大桥钢桁梁大节段的制作(zuo)。老家(jia)安徽的马浩鹏是(shi)公司工程技术部部长(chang)，虽为95后，却是(shi)工作(zuo)9年、参建20余座大桥的“老司机”。现在，他的脑海里仍不时浮现当(dang)时大节段装船发运的场景。
“大节段尺寸大、重量(liang)大，码(ma)头的吊机根本(ben)吊不动，只(zhi)能采用滚装上(shang)船的方式。发运要密切关注(zhu)当(dang)天水位，那时江面(mian)水位较低，经常凌晨启运，把(ba)大节段从厂区运往船上(shang)的时间很紧张。节段一上(shang)船，船一边(bian)就翘起来，然后赶快往另一边(bian)船舱注(zhu)水，保持船的平衡，整个过程需要各方紧密配合。”马浩鹏说，“一块大节段，从板材(cai)运来，经下料、组焊、涂装，再到(dao)发运，周期约半年。眼瞅着一个个节段被拎上(shang)去，那叫一个激动！”
“两侧同位置孔的圆(yuan)心间距偏差不超过0.5毫(hao)米”
常泰长(chang)江大桥所处位置，深水航道宽(kuan)900米，往来航船如织。繁忙的航道如一条车辆川流不息的高速路。为了(le)减(jian)少对航道通航影响，大桥设计者(zhe)选择(ze)了(le)斜拉桥桥型，并将(jiang)跨度做到(dao)极大。
走(zou)在下层(ceng)桥面(mian)，工人正加紧安装防抛网、防撞护栏等附属设施。“上(shang)层(ceng)桥面(mian)为双向六(liu)车道高速公路，咱们在的这层(ceng)，这边(bian)是(shi)两线城(cheng)际铁路，那边(bian)是(shi)四车道普通公路。”中铁大桥局常泰长(chang)江大桥项目副经理赵政说，这是(shi)大桥最特(te)殊的地(di)方之一。
有啥特(te)殊？赵政介绍，按照传统做法，一般将(jiang)两线铁路放(fang)中间，两边(bian)各布置两条公路车道，这样结构是(shi)对称的。而现在铁路和公路分列桥梁两侧，是(shi)一座“偏心桥”，这对于设计者(zhe)和建设者(zhe)而言，是(shi)亮点，也(ye)是(shi)难点。
据(ju)介绍，铁路与公路的恒载差异(yi)很大。荷载不平衡，将(jiang)导致主梁横偏变形，桥面(mian)一边(bian)高一边(bian)低，威胁行车安全。为了(le)解决荷载非(fei)对称问题，大桥设计者(zhe)一方面(mian)尝(chang)试采用轻型化铁路桥面(mian)系结构，减(jian)轻铁路侧重量(liang)；同时，调整斜拉索索力，使铁路侧的张力大于公路侧，保证两侧桥面(mian)一样高。
曹林告诉(su)记者(zhe)，两侧脚下踩的路面(mian)材(cai)质也(ye)不同。铁路侧是(shi)更厚的复合钢板，由碳钢和不锈钢采用爆炸工艺结合而成，之后放(fang)道岔(cha)；而公路侧使用的只(zhi)有碳钢，上(shang)面(mian)将(jiang)铺沥青。
大桥两侧的弦杆上(shang)，分布着密密麻麻的螺栓(shuan)与孔群。从工厂运来的大节段，正是(shi)采取先栓(shuan)后焊的方式拼(pin)接起来。中铁山桥常泰长(chang)江大桥项目经理李福生(sheng)带领(ling)团队，连(lian)续几天在现场测量(liang)钢桁梁的拼(pin)装精度，其中就包括弦杆箱口(kou)栓(shuan)孔的同心度。
“螺栓(shuan)孔群的精度决定了(le)大节段能否顺利拼(pin)接、大桥能否成功合龙。两个节段吊上(shang)来后，在弦杆间放(fang)置拼(pin)接板，打(da)上(shang)螺栓(shuan)固定，下一步就是(shi)焊接了(le)。如果连(lian)栓(shuan)孔都对不齐，节段根本(ben)拼(pin)不起来。”李福生(sheng)说，“我们使用了(le)大型双龙门三维数控钻床，实现双机精密联动，一次性完成杆件两端栓(shuan)孔的钻制，同时在实体(ti)拼(pin)装前，进行模拟预拼(pin)，保证栓(shuan)孔精度。”
在中铁山桥南通公司的工厂，记者(zhe)见到(dao)了(le)李福生(sheng)说的钻孔设备，钻床正在进行下一座桥梁的弦杆作(zuo)业。
“常泰长(chang)江大桥的栓(shuan)孔就是(shi)这台机器打(da)出来的，我们先打(da)定位孔。3个定位孔，能控制这一区域的孔群位置。”马浩鹏介绍，“两侧同位置孔的圆(yuan)心间距偏差不超过0.5毫(hao)米”。
定位孔钻制后，工人将(jiang)一块样板放(fang)到(dao)弦杆位置，和3个定位孔重合，操(cao)作(zuo)摇臂钻床开始(shi)钻其余位置的栓(shuan)孔。“样板是(shi)特(te)殊材(cai)质做的，钻头钻上(shang)去也(ye)不会损坏。”马浩鹏介绍，孔群钻好后由质检工程师(shi)对栓(shuan)孔直(zhi)径、极边(bian)孔距、螺栓(shuan)孔间距等项点进行检查，合格后方可进入下道工序。
“只(zhi)有控制好总体(ti)倾斜度，塔(ta)顶才(cai)不会偏”
整座常泰长(chang)江大桥，最引人瞩目的要数桥塔(ta)。南北(bei)两座“钻石型”主塔(ta)耸(song)立长(chang)江，直(zhi)指蓝天。
两座主塔(ta)高度均为350米，分上(shang)、中、下塔(ta)柱三部分。桥塔(ta)采取分节段施工，建塔(ta)的过程就像串糖葫芦(lu)。此时，南塔(ta)已封顶，北(bei)塔(ta)封顶在即。“常泰长(chang)江大桥桥塔(ta)是(shi)目前世界最高斜拉桥桥塔(ta)，也(ye)是(shi)整个桥梁的核心工程。”中铁大桥局副总工程师(shi)于祥君介绍，一般桥塔(ta)是(shi)两塔(ta)肢，而这座桥的中、下塔(ta)柱设计成四塔(ta)肢、正八边(bian)形截面(mian)的形式，且塔(ta)肢尺寸不固定，做了(le)收窄(zhai)、内倾设计，“这对精度要求很严格，只(zhi)有控制好总体(ti)倾斜度，塔(ta)顶才(cai)不会偏”。
换乘两趟施工升降机，记者(zhe)来到(dao)北(bei)塔(ta)顶部，一部分工人正在吊装斜拉索。往下看，宽(kuan)阔的江面(mian)上(shang)，偌(re)大的船只(zhi)也(ye)变得渺小。接着，记者(zhe)进入桥塔(ta)内部，一排排孔洞映入眼帘。
“这是(shi)斜拉索的一个锚固端，另外一个位于钢桁梁的锚箱上(shang)。”曹林介绍，大桥首创了(le)“钢箱—核芯混凝(ning)土”组合索塔(ta)锚固结构，利用的正是(shi)钢和混凝(ning)土两种不同材(cai)料的力学性能差异(yi)。混凝(ning)土抗压(ya)性能好，但抵(di)抗弯矩产生(sheng)的拉应力能力较弱，而钢结构抗拉、压(ya)性能均较好。将(jiang)混凝(ning)土布置在上(shang)塔(ta)柱中性轴附近(jin)，钢结构布置在远(yuan)离中性轴的外围，便能实现索塔(ta)锚固体(ti)系局部受力和整体(ti)受力的协调统一。
两座桥塔(ta)如人之两腿，稳立江中，靠(kao)双脚有力。双脚就是(shi)在水下的“沉井”。常泰长(chang)江大桥主航道桥桥塔(ta)基础沉井采用钢结构，一个沉井的面(mian)积相当(dang)于13个篮球场大小，高度差不多有24层(ceng)楼高。将(jiang)这样的“大块头”平稳放(fang)入江中，不是(shi)一件容易事(shi)。
“我们将(jiang)沉井基础在船坞内整体(ti)制造，然后用拖轮浮运至桥位。施工期间，接高两次，下沉分了(le)三次。”于祥君介绍，为了(le)减(jian)少下沉施工风险，团队采取了(le)“上(shang)小下大”结构，让沉井减(jian)轻自重的同时又(you)有效限制了(le)水流对沉井周边(bian)河床土体(ti)的冲蚀，减(jian)少冲刷深度。
沉井的每次下沉，都意味着向下不断取土，然而特(te)殊的地(di)质情况让施工人员(yuan)犯了(le)难。“沉井下沉区域分布着不同厚度的粉质黏(nian)土，这种黏(nian)土黏(nian)度极高，在水下好似橡皮泥，一旦把(ba)钻头糊(hu)住就很难把(ba)土吸出来。”于祥君告诉(su)记者(zhe)，建设团队研发了(le)双头绞吸机、履(lu)带式绞吸机器人、龙门绞吸机器人、高压(ya)射喷钻机等“利器”对付黏(nian)土。同时，在沉井安装土压(ya)力传感(gan)器，在关键点监测应力，自动采集(ji)沉井姿态和结构受力数据(ju)，实现取土的精准控制。
看着即将(jiang)合龙的大桥，曹林很感(gan)慨。“越到(dao)最后，越怀念大家(jia)一起攻坚克难的日(ri)子(zi)。大桥就像我们的小孩，一点点长(chang)大，能参与这个超级工程本(ben)身就是(shi)一种幸福。”曹林说，“等大桥通车后，我一定带家(jia)人来跑(pao)一圈，向他们讲讲造桥的故事(shi)。”