巨匠的风采——中铁大桥局承建南京大胜关长江大桥

2007-01-23 00:00
设计荷载最大的高速铁路桥梁
  大胜关大桥距南京长江大桥上游20km,距长江三桥仅1.5km,主桥按六线(京沪高速铁路双线、沪汉蓉双线、南京地铁双线)设计,全长9.2km,总造价38.6亿元,混凝土总方量122万立方,用钢量8.2万吨。

  京沪高速铁路的设计速度为350km/h,南京大胜关大桥的设计速度为300km/h,处于世界领先水平。

  作为六线轨道交通桥梁,大胜关大桥是目前设计荷载最大的高速铁路桥梁,最大跨度336米,是目前国际上设计时速300公里级别中最大跨度的高铁桥梁。

  大胜关大桥采用世界上首创的三片主桁的桁架拱桥,以及钢立交异性板整体桥面,板桁组合结构,变截面杆件以及整体节点等新型结构,部分杆件采用了Q420级别高强度、高韧性与良好焊接性能的新型钢材,最大钢梁重量达到120吨。

  采用伸缩量1000毫米的桥梁轨道温度调节器和梁端伸缩装置,17000吨的大吨位球型支座。
主桥深水基础采用无导向船的双壁自浮式围堰作施工平台,利用大型吊装设备实施重型构件安装,采用吊索塔架辅助钢桁拱合拢。

  6、7、8号墩是钢桁拱连续梁主桥的主墩,位于长江主河漕深泓区,水深50多米,每个墩身基础采用46根2.8米直径的钻孔桩基础,桩长112米,3.2米直径护筒长66米,参与基础受力,采用国内仅有的四台APE400振动桩锤进行插拔。圆端型承台平面尺寸38×80米,厚度6米,钻孔桩施工地质层自上至下主要为松散状细沙、稍密~中密状细中砂、砂砾、强、弱、微风化泥岩,覆盖层较薄,桩基入岩深度较深,施工条件差。

  基础采用双壁钢吊箱+锚碇系统方案,钢吊箱低节与钢护筒临时固结作为基础施工平台,钢吊箱平面尺寸38×80米,总重量约4500吨,高度26.5米,分为上下两节。底节高14.5米,重2900吨,采用岸边制造,气囊法下河,浮运至墩位利用锚碇系统定位,钻孔施工完成后在桩位接高。
  每个主墩基础钻孔桩钢护筒钢料6000多吨,桩基混凝土3.6万立方,钢筋笼4200多吨,承台混凝土4.2万立方,吊箱封底及填充混凝土1.6万立方,施工规模之大为国内外少有。


  如果说东海大桥、杭州湾大桥、苏通大桥等大型跨海公路桥梁翻开了我国公路桥梁建设史的新篇章,那么,横跨长江的京沪高速铁路控制性工程——南京大胜关长江大桥则是中国铁路桥梁建设史上又一座里程碑,是长江上的又一道亮丽的彩虹。

  “北有京津、南有大胜”,铁道建设系统内部经常用这句口头语来形容大胜关大桥作为铁道部一号重点工程的影响之大。大胜关大桥主桥按六线设计,全长9.2km,总造价38.6亿元,混凝土总方量122万立方,用钢量8.2万吨,是武汉天兴洲大桥的2倍,更是武汉长江大桥用钢量的16倍。

  作为京沪高速铁路的控制性工程,南京大胜关长江大桥的施工进度将决定整条京沪线的通车时间,正常需要5年完成建设的大胜关大桥必须在三年半的时间内完成主体施工,自2006年7月工程正式开建,至2009年11月,这短短的39个月建设周期和诸多施工难题摆在了中铁大桥局建设者的面前。

  作为大胜关大桥南岸工程的承建商,中铁大桥局二公司的副总经理、项目经理王建华自从担当起这个超大型项目的负责人以来,仿佛经历了一次次的大型战役的洗礼。从8号墩的2900吨钢吊箱围堰浮运下水并定位,到打设第一根66米长的钢护筒;从8号墩的46根钻孔灌注桩的全面完工到7号主墩的钻孔灌注桩全面展开;直到现在引桥部分的全面开工,王建华目光中的坚定与自信使人立刻对他带领的这个团队产生了由衷的钦佩。

  “对于一座建设规模宏大、技术含量高、施工难度大,堪称世界一流的桥梁来说,科学的解决高速铁路大跨度桥梁建设的关键技术,大胆的采用新设备、新技术、新工艺,才有可能为大桥的快速建成奠定坚实的基础,中铁大桥局作为具备设计、科研、制造、施工四位一体优势的大型施工企业,在这种超大型项目的建设中的优势是无可比拟的,而严格的管理、科学的组织和精心的施工则是实现这些优势的细节保障。”王建华经理一席话道出了他们在竞标建造这座超大型铁路桥梁中最终胜出的关键。

  这位曾经参与过钱塘江大桥建设,并且参与和主持建设过好几个鲁班奖项目的项目经理并不是很健谈,从他的口中听到的更多的是对工程进度的有效控制与设备资源的调配。

重达6000吨的大型钢吊箱围堰
  大胜关长江大桥主桥基础采用双壁钢吊箱+锚碇系统方案,钢吊箱低节与钻孔灌注桩的钢护筒临时固结作为基础施工平台,每个主墩上承载的46根112米钻孔灌注桩能否顺利、准确的植入江底岩石层的关键就是这个超大型的钢吊箱能否准确的定位。

  这个钢吊箱平面尺寸38×80米,总重量约6000吨,高度26.5米,分为上下节。底节高14.5米,重2900吨,将这个庞然大物在岸边制造是建设者面临的首个课题。

  钢吊箱分两节制造安装,底节钢吊箱由龙骨底板、外侧板、主隔舱、次隔舱、吊杆、内支撑桁架及上下导环组成。底板龙骨为格构式结构,顶面布置肋板,吊箱外壁板和主隔舱板采用双壁结构,顶层内支撑兼起钢护筒导向架和钻孔平台的作用,底节钢吊箱在桥位上游约5km华江船厂加工制造拼装,气囊法下河并浮运之墩位,通过前后定位船+锚碇系统精确定位。

  通常的钢吊箱围堰下水定位采用的是浮吊船吊装,如果下放位置出现偏差,可以反复的起吊,然后进行位置校正。而这个大型钢围堰采用的气囊法浮运的形式进行江面运输,采用锚碇系统定位,用通俗的语言来讲,就好似一艘超大型的气垫船,在钢吊箱下面放置了数百个大气囊来承载重量并将这个大家伙浮运至安装位置,难度可想而知。

  2006年元月,经过两个月的集中制造,2900吨的大型钢吊箱底节制造完毕,2006年3月,历时3个小时,2900吨底节钢吊箱浮运一次到位,
  
大型水上基础施工
  大胜关大桥的6、7、8三个主墩的水上基础施工是整个工程能否顺利展开的重中之重,由于受到长江航道通航条件的限制,大型水上浮吊船无法同时聚集在两个相邻的主墩之间进行施工。因此,位于三个墩最中间的7号墩钻孔作业只能等6号或8号墩的钻孔施工基本结束后才能够开始,这在一定程度上又为整个工程的大规模全面展开制造了难题。

  工期决定了大胜关工程成本的控制,大胜关工程水上船舶的租赁费用就接近15万元/天(不含燃油费用),每个月船舶租赁费用就要450万元。“利用工艺与设备的优势克服通航条件限制造成的工期延误”,这句话成为王建华经理经常挂在嘴边的一句话。

  浮吊船负责吊放钻孔桩护筒、钢筋笼和30吨米扭矩大型钻机的移位,66米长,直径3.2米的钢护筒整体重量达到120多吨,没有大型的吊船,根本无法满足施工需要。大胜关项目确定之后,调配浮吊船和钻孔机就成了项目部负责机械设备的蔡总的首要任务,为了寻找充足数量的浮吊船和钻机参与大胜关的建设,他不仅调动了大桥局的资源,还想方设法与社会上的浮吊船联系参与施工,用蔡总的话说,为了这些浮吊船和钻机,他的满头黑发都熬出了缕缕白丝。

  功夫不负有心人,每个墩身的浮吊船都及时到位,中铁大桥局最大的一艘吊船、吊重达200吨、最大起重高度达到80米的“大桥海虹”号也专门用来参加大胜关大桥主墩基础施工。

  2006年5月,共3艘浮吊船集中在8号墩,开始了第一孔钻孔灌注桩施工。至10月5日,按照计划施工周期,8号墩的46根2.8米直径的钻孔灌注桩施工完毕,大部分浮吊船和钻机又迅速集中在了7号墩上,开始了另外一场大型攻坚战役。引桥部分也于10月份开始了钻孔施工,尽管2.5米的孔径比主桥墩的钻孔桩小一些,但一个引桥桥墩的钻孔桩工程量也与一座普通斜拉桥主桥墩的工程量相差无几,足见大胜关桥的工程量之巨。

  记者12月中旬来到正在钻孔施工的7号墩时,看到7号墩(38×80米)上面密集的摆放了9台KTY3000B型和KTY4000型钻机,大型吊船用振动锤插拔钢护筒,带动力头的大型钻机在空压机发出的轰鸣声中徐徐的进行钻进,一台台浮吊船忙碌的将钢筋笼安放在112米深、2.8米直径的孔内,旁边停放的混凝土搅拌船用混凝土泵源源不断的将搅拌好的混凝土灌注到孔内,然后浮吊船再有条不紊的将钻机吊起转至另一个工作位置,一副繁忙而有序的施工场面使人不得不对这些优秀的桥梁建设者们肃然起敬。

  随着主墩钻孔灌注桩的即将结束,1.6万立方的吊箱封底填充混凝土和1.4万立方的承台混凝土浇筑即将开始。目前,负责南岸7、8号主墩施工的混凝土搅拌船和负责引桥部分混凝土浇筑的岸上混凝土工厂也即将迎来混凝土生产高峰。
  
中铁大桥局:设备研发、建造、投资的巨人
  凭借中铁大桥局现有设备和从社会上租赁的设备,是无法满足这样一座技术工艺难度如此之高的超大型铁路桥梁建设要求。中铁大桥局在项目确定之初,由局领导牵头,专门召开了一次由各个公司主管设备领导和相关专家参加的大胜关大桥机械配置研讨会,在这次会上,除了统一认识、集中调配全局的大型设备参建大胜关大桥之外,还决定自主研制近1.2个亿造价的350吨吊重、全回转浮吊用于墩顶钢梁架设;30吨米扭矩动力钻机进行2.8米的钻孔桩作业;70吨变坡爬行架梁吊机和三层吊索塔架用于钢桁拱架设;900吨架桥机完成32米箱梁架设。

  这种设备投资建造的大手笔也只有中铁大桥局这样的具备设计、科研、制造、施工四位一体优势的巨匠能够运作,中铁大桥局在大胜关工程每个月完成的产值就要在1个亿左右,只有自己建造并投资这些超大型设备才能够满足施工要求。

  中铁大桥局二公司资产管理部张建桥部长谈起大桥局最近几年的设备投资和管理,言语中无不显示出作为大桥局人的自豪。

  中铁大桥局在东海大桥等跨海大桥上马之前,对设备的投入不是很多,采取的施工方案仍是以人为主的传统方式。自从东海大桥上马之后,工程规模的越来越大和工期的越来越紧使得施工方案的进步日新月异,也促使中铁大桥局这个桥梁建造领域的巨匠逐渐加大对特大型专用设备的投入。

  “小天鹅”号运架梁起重船(起重量2500t)、“天一号”运架梁起重船(起重量3000t)、“大桥海虹”号吊装船、“海天号”混凝土搅拌船等大型船舶每台造价都在1个亿左右,而即将投产的350吨全回转吊装船造价更是高达1.2个亿。特为大胜关项目研制的变坡爬行架梁吊机,每台造价就高达4000万,整个则工程需要四台变坡爬行架梁吊机……

  除了大胜关这样的超大型工程之外,中铁大桥局也在京津城际轨道交通这样的铁道部重点工程投入巨资购买设备。大桥局二公司为保证京津项目的如期交付,投资1000多万用于购买8套1.5立方~2立方混凝土拌和站与搅拌车、泵车,集团公司还投资购买了两台旋挖钻机投入京津工程,有力保障了大桥局二公司京津城际北京段60多万立方混凝土的的施工任务。

  大桥局集团二公司2006年的设备投资就达到4200万元,是公司成立以来最多的一年,高额的设备投资同样带来了丰厚的回报,大桥局二公司2006年的产值完成18个亿(往年最多为9个亿,平均在6~8亿),合同金额达到35个亿。

  中铁大桥局能够投入如此巨资研制、购买机械设备,这与中国铁路跨越式发展的总体思路是分不开的。同样,中国铁路的跨越式发展也正需要中铁大桥局这样具备雄厚实力的建设单位,中国桥梁建造技术的整体提升与进步同样是中铁大桥局这样的桥梁建造巨匠飞速发展的必然结果。 
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