常(chang)泰(tai)长江大桥一瞥。 邵 旭摄
焊接机器人对U肋板单元进行焊接。 张孝远摄
施工人员对沉井(jing)承台进行第二(er)次混凝(ning)土浇筑。 孙 璐摄
大桥南主塔(ta)封顶。 邵 旭摄
大节段(duan)从码头滚(gun)装上船。 陆严苏摄
对大节段(duan)进行吊装。 陆严苏摄
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在江苏泰(tai)兴(xing)七圩渡(du)口，车辆排队(dui)等待乘坐轮渡(du)前往江对岸的常(chang)州。常(chang)州和泰(tai)兴(xing)隔(ge)江相望，平均距离仅约(yue)3公里，但若不乘轮渡(du)，只能绕行泰(tai)州大桥或江阴大桥。建(jian)桥，是当(dang)地百姓的真切期盼。
5年时间，长江中(zhong)下游(you)，泰(tai)州大桥与江阴大桥之间，一条新的“钢(gang)铁巨龙”横卧江面，蔚为壮(zhuang)观。这条“巨龙”就是常(chang)泰(tai)长江大桥。大桥全长10.03公里，主航(hang)道桥采用主跨1208米斜拉桥，天星洲和录安洲两个专用航(hang)道桥采用主跨388米钢(gang)桁梁拱桥，均刷新同类(lei)桥梁世界(jie)纪录。目前，全桥合龙在即，大桥建(jian)成通车后(hou)，常(chang)州至泰(tai)兴(xing)车程将缩短至半小时左右(you)，对推进“一带一路(lu)”交汇点建(jian)设(she)、服务(wu)长江经济带发展和长三(san)角一体化发展战略(lue)、促进扬子江城市群协调(diao)发展等具有重要意义。
常(chang)泰(tai)长江大桥有何特(te)殊之处？大桥设(she)计(ji)与建(jian)设(she)背(bei)后(hou)有哪些故事？日前，记者探访了常(chang)泰(tai)长江大桥建(jian)设(she)现场及相关工厂(chang)。
“焊接时要全神贯注”
在中(zhong)铁工业旗下的中(zhong)铁宝桥扬州公司(si)生产(chan)基地，两块钢(gang)桁梁大节段(duan)静置地面，等待从码头启运，拉往桥位吊装。这一步(bu)骤后(hou)，常(chang)泰(tai)长江大桥将拉开全桥合龙序(xu)幕。
从下往上看大桥，并未觉察其(qi)中(zhong)一块节段(duan)有多大，但真正站在未出厂(chang)的节段(duan)面前，记者不禁被其(qi)庞大身(shen)躯所震撼(han)。“建(jian)桥就像搭积木，对于常(chang)泰(tai)长江大桥主航(hang)道桥来说，就是把一块块大节段(duan)拼接起来。”中(zhong)铁宝桥扬州公司(si)常(chang)泰(tai)长江大桥项目副经理(li)秦勋介绍，大节段(duan)好(hao)比积木，别(bie)小瞧这块“积木”：标准长度28米，宽35米，高15.5米，最大单重达(da)1866吨。
大节段(duan)由板单元及不同类(lei)型杆件组成，板单元由板材切割后(hou)的零部件拼焊出来，大桥的质量和安全与此直接相关。“跟做(zuo)衣服类(lei)似，用什么料子，领子、袖子缝(feng)得结不结实，都会影响衣服的耐久性。”秦勋说。
在基地钢(gang)桥梁智能制造(zao)示范线，记者看到围绕板单元加工制作的诸多工艺，目标只有一个：焊得更(geng)牢固。“这叫‘U肋’，在板单元中(zhong)扮演重要角色，是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(hou)压力消失，这样反(fan)复作用会导致疲劳载(zai)荷，路(lu)面易开裂。这就需要在另(ling)一面焊上一根根U肋，在一定区域(yu)形成箱体结构，大大提升路(lu)面承载(zai)力。
“这个焊缝(feng)焊得光滑，外观好(hao)，内部也没(mei)啥(sha)缺陷。”中(zhong)铁宝桥扬州公司(si)常(chang)泰(tai)长江大桥项目副总工曹林说，以前U肋焊到板上主要靠(kao)人工，常(chang)泰(tai)长江大桥建(jian)设(she)过程则采用了焊接机器人。激光传感器就像“眼睛(jing)”，扫一下就知道点焊位置在哪儿，精(jing)度和效率明显提升。
来自河北的曹林是90后(hou)，大学毕业就来到中(zhong)铁宝桥扬州公司(si)技术研发部工作。常(chang)泰(tai)长江大桥对零部件精(jing)度的追求和把控，给(gei)他留下深刻印(yin)象。“桥面板单元U肋的熔深必须控制在80%。换句(ju)话说，U肋厚(hou)度8毫米，单面焊接的坡口部分熔透角焊缝(feng)焊根未熔透的最大尺寸(cun)不超1.6毫米。”曹林说，“焊接时要全神贯注，熔深低于80%达(da)不到标准要求，可如果电流电压稍微大一点或设(she)备抖动一下，就会直接焊穿，因此必须格外精(jing)准。”
“我们还(hai)引入了破坏性试验。”曹林介绍，项目随机抽取(qu)板单元成品，将其(qi)焊缝(feng)切割来验证(zheng)焊接质量，为提高板单元疲劳性能及耐久性提供可靠(kao)保障(zhang)。
中(zhong)铁工业旗下的中(zhong)铁山桥南通公司(si)也承担了常(chang)泰(tai)长江大桥钢(gang)桁梁大节段(duan)的制作。老家安徽的马浩鹏是公司(si)工程技术部部长，虽为95后(hou)，却是工作9年、参建(jian)20余座大桥的“老司(si)机”。现在，他的脑海里仍不时浮现当(dang)时大节段(duan)装船发运的场景(jing)。
“大节段(duan)尺寸(cun)大、重量大，码头的吊机根本吊不动，只能采用滚(gun)装上船的方式。发运要密切关注当(dang)天水位，那时江面水位较低，经常(chang)凌晨启运，把大节段(duan)从厂(chang)区运往船上的时间很紧(jin)张。节段(duan)一上船，船一边就翘起来，然(ran)后(hou)赶快往另(ling)一边船舱注水，保持船的平衡，整个过程需要各方紧(jin)密配合。”马浩鹏说，“一块大节段(duan)，从板材运来，经下料、组焊、涂装，再到发运，周期约(yue)半年。眼瞅着(zhe)一个个节段(duan)被拎(lin)上去，那叫一个激动！”
“两侧同位置孔的圆心间距偏差(cha)不超过0.5毫米”
常(chang)泰(tai)长江大桥所处位置，深水航(hang)道宽900米，往来航(hang)船如织。繁忙的航(hang)道如一条车辆川流不息的高速路(lu)。为了减少对航(hang)道通航(hang)影响，大桥设(she)计(ji)者选择了斜拉桥桥型，并将跨度做(zuo)到极大。
走在下层桥面，工人正加紧(jin)安装防抛网、防撞护(hu)栏等附属设(she)施。“上层桥面为双(shuang)向六车道高速公路(lu)，咱们在的这层，这边是两线城际铁路(lu)，那边是四车道普通公路(lu)。”中(zhong)铁大桥局常(chang)泰(tai)长江大桥项目副经理(li)赵政(zheng)说，这是大桥最特(te)殊的地方之一。
有啥(sha)特(te)殊？赵政(zheng)介绍，按照传统做(zuo)法(fa)，一般(ban)将两线铁路(lu)放中(zhong)间，两边各布置两条公路(lu)车道，这样结构是对称的。而现在铁路(lu)和公路(lu)分列桥梁两侧，是一座“偏心桥”，这对于设(she)计(ji)者和建(jian)设(she)者而言(yan)，是亮点，也是难点。
据介绍，铁路(lu)与公路(lu)的恒(heng)载(zai)差(cha)异很大。荷载(zai)不平衡，将导致主梁横偏变形，桥面一边高一边低，威胁行车安全。为了解决荷载(zai)非(fei)对称问题，大桥设(she)计(ji)者一方面尝试采用轻型化铁路(lu)桥面系结构，减轻铁路(lu)侧重量；同时，调(diao)整斜拉索索力，使(shi)铁路(lu)侧的张力大于公路(lu)侧，保证(zheng)两侧桥面一样高。
曹林告诉记者，两侧脚下踩的路(lu)面材质也不同。铁路(lu)侧是更(geng)厚(hou)的复合钢(gang)板，由碳钢(gang)和不锈钢(gang)采用爆炸(zha)工艺结合而成，之后(hou)放道岔；而公路(lu)侧使(shi)用的只有碳钢(gang)，上面将铺(pu)沥青。
大桥两侧的弦杆上，分布着(zhe)密密麻麻的螺栓与孔群。从工厂(chang)运来的大节段(duan)，正是采取(qu)先栓后(hou)焊的方式拼接起来。中(zhong)铁山桥常(chang)泰(tai)长江大桥项目经理(li)李福生带领团队(dui)，连续几天在现场测量钢(gang)桁梁的拼装精(jing)度，其(qi)中(zhong)就包(bao)括弦杆箱口栓孔的同心度。
“螺栓孔群的精(jing)度决定了大节段(duan)能否顺利拼接、大桥能否成功合龙。两个节段(duan)吊上来后(hou)，在弦杆间放置拼接板，打上螺栓固定，下一步(bu)就是焊接了。如果连栓孔都对不齐，节段(duan)根本拼不起来。”李福生说，“我们使(shi)用了大型双(shuang)龙门三(san)维数控钻床，实现双(shuang)机精(jing)密联动，一次性完成杆件两端栓孔的钻制，同时在实体拼装前，进行模拟预拼，保证(zheng)栓孔精(jing)度。”
在中(zhong)铁山桥南通公司(si)的工厂(chang)，记者见到了李福生说的钻孔设(she)备，钻床正在进行下一座桥梁的弦杆作业。
“常(chang)泰(tai)长江大桥的栓孔就是这台机器打出来的，我们先打定位孔。3个定位孔，能控制这一区域(yu)的孔群位置。”马浩鹏介绍，“两侧同位置孔的圆心间距偏差(cha)不超过0.5毫米”。
定位孔钻制后(hou)，工人将一块样板放到弦杆位置，和3个定位孔重合，操(cao)作摇臂(bi)钻床开始钻其(qi)余位置的栓孔。“样板是特(te)殊材质做(zuo)的，钻头钻上去也不会损(sun)坏。”马浩鹏介绍，孔群钻好(hao)后(hou)由质检工程师对栓孔直径、极边孔距、螺栓孔间距等项点进行检查，合格后(hou)方可进入下道工序(xu)。
“只有控制好(hao)总体倾斜度，塔(ta)顶才不会偏”
整座常(chang)泰(tai)长江大桥，最引人瞩目的要数桥塔(ta)。南北两座“钻石(shi)型”主塔(ta)耸立长江，直指蓝天。
两座主塔(ta)高度均为350米，分上、中(zhong)、下塔(ta)柱三(san)部分。桥塔(ta)采取(qu)分节段(duan)施工，建(jian)塔(ta)的过程就像串糖葫(hu)芦。此时，南塔(ta)已封顶，北塔(ta)封顶在即。“常(chang)泰(tai)长江大桥桥塔(ta)是目前世界(jie)最高斜拉桥桥塔(ta)，也是整个桥梁的核心工程。”中(zhong)铁大桥局副总工程师于祥君介绍，一般(ban)桥塔(ta)是两塔(ta)肢，而这座桥的中(zhong)、下塔(ta)柱设(she)计(ji)成四塔(ta)肢、正八边形截(jie)面的形式，且塔(ta)肢尺寸(cun)不固定，做(zuo)了收窄、内倾设(she)计(ji)，“这对精(jing)度要求很严格，只有控制好(hao)总体倾斜度，塔(ta)顶才不会偏”。
换乘两趟施工升降机，记者来到北塔(ta)顶部，一部分工人正在吊装斜拉索。往下看，宽阔的江面上，偌大的船只也变得渺小。接着(zhe)，记者进入桥塔(ta)内部，一排排孔洞映入眼帘。
“这是斜拉索的一个锚固端，另(ling)外一个位于钢(gang)桁梁的锚箱上。”曹林介绍，大桥首创了“钢(gang)箱—核芯混凝(ning)土”组合索塔(ta)锚固结构，利用的正是钢(gang)和混凝(ning)土两种不同材料的力学性能差(cha)异。混凝(ning)土抗压性能好(hao)，但抵抗弯(wan)矩产(chan)生的拉应力能力较弱(ruo)，而钢(gang)结构抗拉、压性能均较好(hao)。将混凝(ning)土布置在上塔(ta)柱中(zhong)性轴附近，钢(gang)结构布置在远离中(zhong)性轴的外围，便能实现索塔(ta)锚固体系局部受(shou)力和整体受(shou)力的协调(diao)统一。
两座桥塔(ta)如人之两腿，稳立江中(zhong)，靠(kao)双(shuang)脚有力。双(shuang)脚就是在水下的“沉井(jing)”。常(chang)泰(tai)长江大桥主航(hang)道桥桥塔(ta)基础沉井(jing)采用钢(gang)结构，一个沉井(jing)的面积相当(dang)于13个篮球场大小，高度差(cha)不多有24层楼高。将这样的“大块头”平稳放入江中(zhong)，不是一件容易事。
“我们将沉井(jing)基础在船坞内整体制造(zao)，然(ran)后(hou)用拖轮浮运至桥位。施工期间，接高两次，下沉分了三(san)次。”于祥君介绍，为了减少下沉施工风险，团队(dui)采取(qu)了“上小下大”结构，让沉井(jing)减轻自重的同时又有效限制了水流对沉井(jing)周边河床土体的冲蚀，减少冲刷深度。
沉井(jing)的每次下沉，都意味着(zhe)向下不断(duan)取(qu)土，然(ran)而特(te)殊的地质情况让施工人员犯了难。“沉井(jing)下沉区域(yu)分布着(zhe)不同厚(hou)度的粉质黏土，这种黏土黏度极高，在水下好(hao)似橡皮泥，一旦(dan)把钻头糊住就很难把土吸出来。”于祥君告诉记者，建(jian)设(she)团队(dui)研发了双(shuang)头绞吸机、履带式绞吸机器人、龙门绞吸机器人、高压射喷钻机等“利器”对付黏土。同时，在沉井(jing)安装土压力传感器，在关键点监测应力，自动采集沉井(jing)姿态(tai)和结构受(shou)力数据，实现取(qu)土的精(jing)准控制。
看着(zhe)即将合龙的大桥，曹林很感慨。“越到最后(hou)，越怀念大家一起攻坚克难的日子。大桥就像我们的小孩(hai)，一点点长大，能参与这个超级工程本身(shen)就是一种幸福。”曹林说，“等大桥通车后(hou)，我一定带家人来跑一圈，向他们讲讲造(zao)桥的故事。”