貴州萬橋飛架蘊含的科技力量

貴州，典型的喀斯特地貌造就了山高谷深，“連峰際天，飛鳥不通”“對面喊得應，握手要半天”是以前人們對貴州最直觀的印象。

黨的十八大以來，貴州交通人充分發(fā)揮“逢山開路、遇水架橋”的精神，推動貴州交通取得歷史性成就，人民群眾出行條件得到根本改善，貴州交通格局實現(xiàn)歷史性重塑。

【資料圖】

牂牁江大橋。

“世界橋梁看中國，中國橋梁看貴州。”截至2022年底，貴州建成高速公路8331公里，橋梁超過2.8萬座，世界前100座高橋有近一半在貴州，前10座高橋有4座在貴州，15座橋梁共計獲25項國際國內(nèi)大獎，其中4座橋梁獲有橋梁界諾貝爾獎之稱的國際橋梁大會(IBC)古斯塔夫·林德撒爾獎，贏得“世界橋梁博物館”美譽。這里面，從設計新理念、建造新工藝、應用新材料，貴州交通科技創(chuàng)新讓喀斯特“低頭讓路”的同時，使17.6萬平方公里的山地貴州變成了“高速平原”。交通科技創(chuàng)新賦能貴州萬橋飛架，使貴州橋梁呈現(xiàn)出“高、大、新、美”的特質(zhì)，折射貴州交通基礎設施跨越發(fā)展實現(xiàn)質(zhì)的飛躍。

科技創(chuàng)新成就橋之大

黔貴展新顏，大美貴州橋。在“地球裂縫”的花江大峽谷上，轟鳴的機器聲回響在峽谷中，一群群交通建設者正夜以繼日地緊張施工中，這里就是花江峽谷大橋施工現(xiàn)場?；ń瓖{谷大橋，是六安高速的關鍵控制性工程，1420米的主橋跨徑和625米的橋面至水面高度，將讓這座巨大的鋼桁梁懸索橋刷新世界紀錄。

大橋在建設中，受到當?shù)貜碗s自然環(huán)境的影響，由于橋有625米高，受峽谷風的影響特別嚴重，為破解這一難題，技術人員通過風洞試驗、數(shù)字仿真技術研究，在主梁上首次采用水平穩(wěn)定板抗風，既節(jié)約造價，又可作為橋旅融合的空中競速跑道。大橋開建時就用上了專門觀測風的設備——風觀測激光雷達，雷達可觀測橋位風場，經(jīng)數(shù)據(jù)處理與分析后，可獲知橋位風速風向等基本規(guī)律。

花江峽谷大橋(效果圖)。

超高的墩柱如何在強風中巋然不動？經(jīng)過一次次試驗探索，項目管理團隊研發(fā)出山區(qū)峽谷超高索塔豎向移動工廠整體式爬模系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用BIM(建筑信息模型)與CAD(計算機輔助設計)三維模板體系精細化建模，以液壓系統(tǒng)為主動力，構筑“截面遞減爬升平臺+施工平臺頂架+內(nèi)掛平臺”的整體式造塔平臺。整個空間集設計研發(fā)、模架爬升、鋼筋部品調(diào)位、混凝土精準布料、自動振搗、峽谷風環(huán)境監(jiān)測、智能養(yǎng)護、安全監(jiān)控、防雷避險及逃生通道等集成控制于一體，同時配有智能塔吊、高強度抗風電梯等一系列配套設施，不僅有力提升工程建造質(zhì)效，還可抵御15級大風，確保施工安全。

除了解決峽谷風問題，大橋還通過科技自主創(chuàng)新攻克了許多難題。解決一根絲的問題，大橋的主纜采用貴州交通行業(yè)與貴州鋼繩集團共同研發(fā)的1960兆帕級高強鋼絲。這根5.7毫米直徑的鋼絲是經(jīng)過“盤條→拉絲→表面處理→酸洗→水洗→漂洗→磷化→表面清洗→助鍍→熱鍍鋅→鍍鋅鋁鎂合金等11道工序完成，然后，91根絲組合為“一束索股”，再由217束索股組合成了直徑0.96米的主纜，其拉力高達10萬噸。如果把這座橋的鋼絲折算出總長度，可以達到近8000萬米，足以繞地球兩圈。解決一粒砂的問題，河砂是建造高標號混凝土結構物的必備原材料，以前建設橋梁需到省外購買河砂，運輸成本高昂。為破解這個難題，貴州交通系統(tǒng)“因地制宜、就地取材”，就在工程建設中研究使用開采的山石加工為機制砂，配制混凝土。這個創(chuàng)新引領了國內(nèi)機制砂混凝土的發(fā)展方向。

貴州省交通運輸廳總工程師許湘華表示，花江峽谷大橋結合產(chǎn)業(yè)布局、資源開發(fā)，把具有旅游功能的云渡服務區(qū)、200米觀光電梯、景觀文化長廊、攀巖、高空觀光水吧及玻璃棧橋式餐廳等橋旅融合項目納入橋梁的整體設計中。在大橋建成后，憑借著獨特的優(yōu)勢將牢牢抓住世人的目光，“橋梁觀光+橋梁運動體驗+旅游服務”于一體的橋旅融合綜合體，將成為探索貴州橋旅融合3.0樣板。

科技創(chuàng)新造就橋之精

黔中有彩虹，精致動心弦。美麗的紅楓湖上，一道美麗的彩虹橫跨兩岸，與毗鄰的紅楓湖大橋遙相呼應，成為紅楓湖景區(qū)的一條靚麗風景線，它就是榮獲古斯塔夫斯·林德撒爾金獎的花魚洞大橋。

原來的花魚洞大橋為預應力混凝土桁式組合拱橋，2014年經(jīng)檢測被評定為四類危橋，2015年檢測后大橋被評定為主要控制截面的承載能力、結構強度及剛度已不能滿足原設計規(guī)范的要求，2016年對該橋進行拆除重建并在原址上建設新的花魚洞大橋。

由于花魚洞大橋地處5A級風景區(qū)及水源保護區(qū)，環(huán)保要求極為嚴格，如何既有效保護環(huán)境資源，又有效節(jié)約建設成本，成為了貴州交通人在建設時鉆研的難題。經(jīng)過建設者們不斷的研究論證和實地勘察，最終創(chuàng)新地提出了“舊橋建新拱，新拱拆舊橋”設計思路。

這個設計思路是結合本橋原橋桁式組合拱受力特點，采用新橋拆舊橋的拆除方案，利用新建橋梁主拱圈強大的承載能力，將其作為拆除舊橋的支撐架，在新建主拱圈上設置吊索連接舊橋拱圈，施工預加力以支撐舊橋部分重力，以“拼裝逆過程”思路逐段拆除舊橋，并通過調(diào)整吊索索力控制舊橋主拱圈受力，保證拆除施工順利進行。

花魚洞大橋。

在建設過程中，貴州交通建設者用實際行動踐行牢牢守住生態(tài)環(huán)保底線的誓言。針對舊橋拆除的各個施工階段作業(yè)污水，項目建設者們通過科技創(chuàng)新，自主設計了一套污水收集系統(tǒng)將作業(yè)污水，即在切割作業(yè)部位下方設置流水槽，通過流水槽將作業(yè)污水引流至沉淀池中，經(jīng)過收集、沉淀、隔油等處理，達標后按要求進行排放。同時，為有效防止拆除的廢石料掉入湖中，建設者們充分借助新建好的提籃拱肋作為支撐，在新建拱橋上布設若干用于扣掛的臨時扣鎖，將舊橋的下弦吊起，把切割的廢石料用纜索吊裝的方式運送到湖岸邊。通過不斷的技術創(chuàng)新，整座大橋的建設成功實現(xiàn)“水源零污染、景區(qū)零干擾”的目標。

新的花魚洞大橋已于2021年6月29日建成通車，全長270米，成為貴州首座公路提籃式拱橋，它依托精巧的設計獲得贊譽，獲得11項國家專利技術、1項省級工法，為處于環(huán)境敏感區(qū)的舊橋改造，提供了一種新的實施方案，為同類型橋梁的建設提供了范例，積累了寶貴的經(jīng)驗。

科技創(chuàng)新鑄就橋之美

橋于山水間，美如畫中游。在悠悠的烏江畔，一座嶄新的紅色大橋宛若長虹臥波，跨越烏江兩岸，這便是——德余高速烏江大橋。該橋全長1834米，鋼結構的紅色主橋跨度475米，為目前世界最大跨度上承式鋼管混凝土拱橋。這座擁有“鋼脊梁”的大橋，涉及1.3萬多噸鋼結構，為保證這些鋼結構在高空精準拼接、精確安裝，烏江大橋的建設者們在結構體系、施工控制、高新材料方面進行了大量創(chuàng)新，探索形成了“新型結構設計、計算原理研究、制造線形控制、智能調(diào)控安裝”成套技術，在國內(nèi)首創(chuàng)運用拱、柱、梁全固結無支座整體式受力體系，實行“全栓接”，即全橋主拱、立柱和橋面梁等鋼結構全部通過高強度螺栓進行連接。全橋22萬顆螺栓孔的位置在連接時不能有絲毫錯位，項目建設團隊創(chuàng)新提出“廠內(nèi)臥拼+現(xiàn)場立拼”雙拼工藝及原形復位安裝控制方法，完美的實現(xiàn)了螺栓嚴密連接。

烏江上風向風速變化較快，給大橋的拱肋合龍帶來了不少難題。項目團隊創(chuàng)新應用了徠卡TS60全自動測量機器人，研發(fā)了首節(jié)段多點約束精調(diào)支架及拱肋安裝三維姿態(tài)精調(diào)技術，在拱肋弦管上布設三維姿態(tài)監(jiān)測棱鏡，對拱肋的三維姿態(tài)、拱肋線形、橫向偏位等進行全天候自動監(jiān)測。同時，采用數(shù)字預拼裝技術對三維姿態(tài)進行自動分析，對控制點目標坐標進行精調(diào)，并運用全自動單點掃描機器人，實時監(jiān)測、動態(tài)調(diào)整三維姿態(tài)，用三維激光掃描儀給拱肋進行深度“體檢”，覆蓋50萬個掃描點，建立起高精模型構件，用以直觀、快速地檢查出鋼結構件在制造、安裝中存在的誤差，為拱肋的高精度安裝、定位提供了寶貴的數(shù)據(jù)支撐。

德余高速烏江大橋。

為更好地完成大橋拼裝，項目團隊還首創(chuàng)全栓接鋼管混凝土拱橋數(shù)字化預拼裝成套技術，在拱肋立拼完成后，現(xiàn)場掃描實際鋼結構加工線形數(shù)據(jù)，利用獨有的算法及處理方式，將安裝模型、加工模型、理論模型進行高精度匹配組合分析，提前預判后續(xù)加工、安裝可能遇到的問題。在制造線形控制、拱肋吊裝首節(jié)段姿態(tài)精調(diào)、主拱封鉸及合龍時機確定、鋼梁制造誤差檢驗、立柱制造及安裝位置確定等過程中，項目團隊均采用了這一技術，攻克多項關鍵技術難題。

現(xiàn)在，蘊含眾多科技含量的德余高速烏江大橋順利建成通車，成為了烏江上游一道美麗的風景，它將進一步提高區(qū)域交通通行能力和服務水平，對促進沿線產(chǎn)業(yè)結構升級、資源開發(fā)利用、旅游產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。

長虹跨山巔，大道通中原。萬橋飛架助力貴州經(jīng)濟騰飛，駕車游走在黔中大地，科技賦能貴州橋梁的場景隨處可見。你看，水盤高速北盤江大橋首創(chuàng)預應力混凝土空腹式剛構新橋型，納晴高速烏蒙山大橋首創(chuàng)上承式鋼桁——混凝土組合拱橋新結構，最美橋塔平塘大橋主塔造型融入少數(shù)民族服飾和舞蹈元素，牂牁江大橋采用高強度鍍鋅鋁稀土合金密封鋼絲繩吊索，貴金古高速金烽烏江大橋首次采用“北斗定位系統(tǒng)+三維空間激光掃描”等科技智能化技術，為貴州橋梁帶來了眾多榮譽，近10年來，該橋梁獲得了國際橋梁大會(IBC)“古斯塔夫·林德撒爾”金獎4項、詹天佑獎2項、魯班獎5項、李春獎10項，以及省部級重大科技專項8項，省部級(含)以上科學技術獎73項……滿滿的收獲，讓我們見證科技為貴州成為“世界橋梁博物館”注入了靈魂。(文/吳傳金 圖/劉葉琳)

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