走進(jìn)大橋

發(fā)布時(shí)間:2016-09-23 10:26:06

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1980年，17歲的川中少年在高考志愿欄中填寫了鐵路工程專業(yè)。清貧的大學(xué)時(shí)代，他多次從成都趕往幾百公里外的重慶去看長江大橋，每次眺望跨江的彩虹，都充滿了建設(shè)的憧憬。

　　他就是秦順全，中鐵大橋局集團(tuán)有限公司總工程師、教授級(jí)高工，享受國務(wù)院特殊津貼專家，全國勞動(dòng)模范，第十、十一屆全國人大代表，第十二屆全國人大常委，2009年12月當(dāng)選中國工程院院士、成為我國最年輕的橋梁院士。

　　而今，川中少年夢想成真。他主持設(shè)計(jì)建造了多座世界級(jí)大橋：武漢天興洲公鐵兩用長江大橋、南京大勝關(guān)長江大橋、鄭州公鐵兩用黃河大橋；他首創(chuàng)了橋梁施工無應(yīng)力狀態(tài)控制安裝計(jì)算的新理論

　　形成了中國人自己的斜拉橋建造技術(shù)理論體系；他首次提出并主持研究了海上大跨度連續(xù)梁橋整孔預(yù)制架設(shè)等成套技術(shù)方案，主持研制了填補(bǔ)國內(nèi)空白的2500噸運(yùn)架梁浮吊等關(guān)鍵設(shè)備。

　　秦順全倍感驕傲的是：“世界上已有的橋型，中國人全部能做。”

　　在建橋競技場上，他擔(dān)當(dāng)技術(shù)領(lǐng)軍的中鐵大橋局是中國橋梁建設(shè)的骨干和龍頭企業(yè)，是中國唯一集橋梁科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)、土建施工、裝備研發(fā)四位于一體的大型工程公司，先后被美國《工程新聞?dòng)涗洝吩u(píng)為“世界最大225家國際承包商”“國際十大橋梁承包商” 。

　　他為橋癡迷，“修橋不為破紀(jì)錄，不為建'地標(biāo)'，永遠(yuǎn)是為交通功能服務(wù)。”

　　他認(rèn)為，中國是一個(gè)橋梁大國，并不缺乏領(lǐng)先于國際的建橋技術(shù)，但要建橋技術(shù)全面創(chuàng)新還需要更大的努力，只有通過技術(shù)創(chuàng)新，我們才能找到橋魂。(信愛華)

　　主講課題：走近大橋

　　4月8日，一場關(guān)于大橋的科普盛宴準(zhǔn)時(shí)開場，公路橋、鐵路橋、梁橋、拱橋、斜拉橋、懸索橋、開啟橋……令人目不暇接。我國最年輕的中國工程院橋梁院士秦順全，借助圖片、三維動(dòng)畫、視頻等解構(gòu)了各類型橋梁結(jié)構(gòu)以及橋梁建設(shè)過程。

　　曾幾何時(shí)，橋梁作為路的延伸只為了滿足人們的交通需求，而今橋梁被賦予了更為豐富的內(nèi)容－－－賞心悅目的景觀、獨(dú)一無二的城市地標(biāo)。透過秦院士的講述，我們發(fā)現(xiàn)橋梁跨度越修越大，越修越讓人驚艷－－－排名世界第一的日本明石海峽橋跨度達(dá)到1991米，被法國人譽(yù)為“云中之橋”的米約大橋最高點(diǎn)距離地面1125英尺（約為342.9米）。

　　挺拔、堅(jiān)固的橋梁其實(shí)更像男人，無論是遍布城市的立交橋還是隨著路網(wǎng)延伸挺立的鐵道橋。他們幾十年、上百年默默無聞地屹立著，用堅(jiān)實(shí)的臂膀托起平坦、暢通的路面，供行人和車輛安心通行。有責(zé)任感、勇于擔(dān)當(dāng)?shù)哪腥酥档门藧郏瑘?jiān)固且經(jīng)得起考驗(yàn)的橋梁則值得所有人愛。

　　橋梁分類和受力特征

　　在外行看來，橋梁無疑是一個(gè)大家族，有古香古色的石橋、木橋、竹橋，有讓人眼花繚亂的鋼橋、拱橋、斜拉橋……而在秦順全這樣的內(nèi)行看來，橋梁的分類很簡單、很明確：按照結(jié)構(gòu)體系分為梁式橋、拱式橋、斜拉橋、懸索橋；按照橋面位置分為上承式橋、中承式橋、下承式橋；按照材料分為木橋、圬工橋、鋼橋、混凝土橋；按照跨越方式分為固定式橋、開啟橋、浮橋、漫水橋。正所謂知識(shí)就是力量，院士的三言兩語就對(duì)外行全面、迅速認(rèn)識(shí)橋梁起到了四兩撥千斤的作用。

　　在《鐵路視野》的現(xiàn)場，秦順全借助隨處可見的竹簽，演示了橋梁構(gòu)件受力的主要3種特征－－－受彎，即把重物放在水平構(gòu)件上；受壓，即在構(gòu)件兩端相向施力；受拉，即在構(gòu)件兩端反方向拉伸。形象而直觀的演示，不僅使現(xiàn)場觀眾一致認(rèn)同，拉斷一個(gè)構(gòu)件“必須通過強(qiáng)烈的破壞”“懸索橋最堅(jiān)固”等觀點(diǎn)，而且使他們輕松理解為什么懸索橋世界冠軍－－－明石海峽大橋跨度能做到1991米，而2010年梁橋世界冠軍－－－重慶石板坡大橋的跨度僅為330米。

　　發(fā)展壯大的高鐵橋梁群

　　近年來，橋梁群體不斷壯大，在交通體系中所占比重不斷增加。連線成網(wǎng)的高速鐵路也被橋梁占去了“半壁江山”。有數(shù)據(jù)顯示，我國已建成的9300多公里高速鐵路中有一半以上是橋梁，全長1318公里的京滬高鐵橋梁所占比重超過了80％。隨著土地資源的稀缺和土地價(jià)值的大幅增長，“以橋代路”正成為高速鐵路的大趨勢。

　　梁橋、拱橋、斜拉橋、懸索橋還可以繼續(xù)細(xì)分為公路橋和鐵路橋。較之于公路橋，鐵路橋的荷載要大得多。用秦院士的話說，目前中國1線鐵路橋的荷載相當(dāng)于8線到10線公路橋的荷載，4線鐵路、6線公路的武漢天興洲公鐵兩用長江大橋折算下來相當(dāng)于36線的公路橋荷載。與此同時(shí)，行駛在鐵路橋尤其是高鐵橋梁上的列車時(shí)速較之汽車要快得多，沖力也大得多。為了堅(jiān)固、耐用起見，鐵路橋的跨度都相對(duì)小一些。鐵路混凝土梁式橋的世界紀(jì)錄保持者是葡萄牙的波爾圖鐵路橋，跨度為250米；襄渝二線上的牛角坪特大橋，以192米的跨度屈居世界第二。由此不難看出，橋梁的跨度大小和荷載、通行車輛行駛速度成反比的。

　　在節(jié)目現(xiàn)場，秦院士講的最多的是天興洲大橋和南京大勝關(guān)長江大橋。它們“哥倆”無疑是中國已有橋梁中的翹楚，不僅是建設(shè)者的驕傲，更是中國鐵路、全體中國人的驕傲。在鐵路橋的圈子里，有不少中國血統(tǒng)的明星，如世界公鐵兩用橋跨度排名第一的天興洲大橋、世界公鐵兩用橋長度排名第一的鄭州公鐵兩用黃河大橋、世界鐵路橋跨度排名第一的安慶長江大橋、在世界范圍首創(chuàng)6線鐵路設(shè)計(jì)的大勝關(guān)大橋……

　　橋梁為什么能橫空出世

　　很多人都會(huì)驚艷于橋梁的外觀，卻鮮有深究橋梁是怎么建起來的。秦順全介紹說，橋梁大概有5種建造方法，包括支架法、伸臂平衡法、頂推法、轉(zhuǎn)體法、預(yù)制架設(shè)法。使用轉(zhuǎn)體法建一座拱橋，可以先在山邊做一個(gè)拱的定型，然后在拱的部分把它拼好，做完之后再把它轉(zhuǎn)過來，就形成了一座橋。這樣建橋方式的好處在于減少了施工難度且不影響交通，同時(shí)很好地解釋了為什么很多橋梁尤其是立交橋能夠一夜之間橫空出世。

　　橋梁施工不是魔法，從來沒有橫空出世的奇跡。只不過很多人注意到橋梁的時(shí)候，它的絕大部分基礎(chǔ)工作已經(jīng)完成。

　　用業(yè)內(nèi)人士的話說，“當(dāng)你看到橋的時(shí)候，我們最難的時(shí)候已經(jīng)過去了。”對(duì)于建設(shè)者而言，最難建的橋是深水橋梁，深水橋梁最難的部分則隱身于水下。然而，越難越有挑戰(zhàn)性，世界各國都在躍躍欲試建造更宏偉、更有創(chuàng)造性的跨海大橋。

　　院士的講述始終通俗明了，如潺潺溪水、潤物春雨，現(xiàn)場觀眾一邊吸收著關(guān)于橋梁的正能量，一邊感受著那份珍藏了30多年、醇厚的愛橋之情?！?信愛華)　

　　水下的魔法和深水大橋的王者

　　水面下“變戲法”

　　世界上的建筑物多不勝數(shù)，但也許很難再有其他建筑物能像橋梁一樣可以擁有如此靈動(dòng)舒展的形態(tài)。彎曲如新月的橋拱，延伸如展翅的橋面，穩(wěn)固如大山的橋墩……橋梁的所有部分都在展示著它挺拔的美。橋梁是凝固的藝術(shù)品，更是秦院士所說的“路的延伸”，是“跨越天塹的福音”。

　　世界上的橋梁多不勝數(shù)，但也許很難再有其他橋梁像深水大橋一樣高深莫測。深水大橋往往比普通大橋更加雄偉，它碩大的“根”深深扎在看不見的水面下，人們一邊贊嘆著這水上飛虹，一邊卻又摸不透它是如何從水中“生長”出來的。

　　深水橋的萌芽是從水底開始的。說來奇特，深水橋的承臺(tái)和橋墩施工必須要保證在無水的狀態(tài)下進(jìn)行，而在波濤洶涌的江河中，怎樣的魔法才能讓水中出現(xiàn)一片沒有水的空間？答案就是圍堰。像秦院士這樣的橋梁工程師是一群不可思議的人，他們是深水橋的締造者。秦院士幽默地說：“我們要在水下變個(gè)戲法。”橋梁工程師首先在岸上制作可以自浮的圍堰，這就是后面水下施工中的防水結(jié)構(gòu)。形象一點(diǎn)比喻的話，圍堰就像是一個(gè)沒有底的盆子，或者一個(gè)巨大的鋼鐵罩子。

　　圍堰制作完成后由工程船舶運(yùn)到預(yù)定的橋墩位置之上，然后工程師們利用拋錨定位的方法將它沉到水底。從水面到水底，這樣一個(gè)龐然大物的定位誤差不能超過10厘米，工程的精度令人驚嘆。圍堰沉水之后進(jìn)行樁基施工，再將圍堰中的水抽空，并用水下灌注混凝土的方法進(jìn)行封底。經(jīng)過這樣一番神奇的“變戲法”，“沒底的盆”就變成了“有底的盆”。在這個(gè)“盆”的混凝土底上，工程師們再進(jìn)行承臺(tái)澆筑施工。所謂承臺(tái)，就是連接下面混凝土樁基和橋墩的一個(gè)過渡結(jié)構(gòu)，施工人員就在圍堰圍起來的這樣一個(gè)空間里從承臺(tái)開始施工。圍堰就像一道保護(hù)屏障將水擋在外圍，承臺(tái)澆筑完后再進(jìn)行墩身鋼筋綁扎，然后澆筑墩身。這樣，大橋的“根”就牢牢扎在了水下。當(dāng)設(shè)計(jì)數(shù)量的橋墩都用如此方法完成之后，深水大橋的“根”就穩(wěn)穩(wěn)地矗立在水中了。

　　從江河走向大?！?br />
　　深水大橋中的王者是跨海大橋。不管在中國還是在世界其他國家，深水大橋建設(shè)都是從江河走向大海。在征服了長江、黃河之后，我國的橋梁工程師又征服了大海，相繼建造了目前世界上最長的跨海大橋－－－杭州灣跨海大橋和東?？绾４髽?、膠州灣跨海大橋等。世界各國都在躍躍欲試，都想要建造出更宏偉、更有創(chuàng)造性的跨海大橋，比如從阿拉斯加到俄羅斯遠(yuǎn)東地區(qū)的白令海峽工程、從亞平寧半島意大利南端到西西里島的墨西納海峽工程、從西班牙到摩洛哥的直布羅陀海峽工程以及從丹麥到德國的費(fèi)馬海峽工程。據(jù)秦院士介紹，我國目前正在著手準(zhǔn)備的是瓊州海峽工程，此外還有備受關(guān)注的臺(tái)灣海峽工程。

　　70米的“魔咒”

　　跨海大橋的建設(shè)難度比江河中的橋梁更進(jìn)一步。秦院士將瓊州海峽工程、臺(tái)灣海峽工程稱為真正意義上的跨海大橋，因?yàn)楸绕鸷贾轂炒髽蚝蜄|海大橋等近海橋梁來說，這兩個(gè)海峽工程最大的特點(diǎn)就是水更深，這也給橋梁建設(shè)提出了更為苛刻的要求。過去，長江中建設(shè)的大橋水深最深是65米，在國際上最深也沒有超過70米的。而瓊州海峽和臺(tái)灣海峽的水深都在80米至100米左右，這么深的水，怎么建？

　　橋梁領(lǐng)域有一個(gè)工種叫潛水工。深水基礎(chǔ)建好后，必須要有潛水工下水檢查質(zhì)量，如果有問題，潛水工會(huì)通過水下作業(yè)來進(jìn)行彌補(bǔ)。難題就在這里出現(xiàn)了。潛水工下潛作業(yè)的極限深度是70米，水深到了80米至100米，已經(jīng)超過了極限深度。因此，跨海大橋深水基礎(chǔ)要突破的最大難關(guān)就是不用潛水工下潛、通過機(jī)械設(shè)備就能檢查水下工程質(zhì)量，并且可以使用機(jī)械設(shè)備解決工程問題，而我國目前還沒有在水深超過65米的情況下使用施工機(jī)械的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。現(xiàn)階段，技術(shù)人員正在對(duì)此難題進(jìn)行攻關(guān)。

　　“吹”出來的跨海大橋

　　跨海大橋的跨度往往比江河中的橋梁更大，跨度加大后橋梁的柔性也會(huì)相應(yīng)地變大；柔性加大之后，橋梁的風(fēng)穩(wěn)定性問題就隨之出現(xiàn)了。1940年，跨度853米、剛修建完成4個(gè)月的美國塔科馬橋被強(qiáng)風(fēng)吹垮。這起事故之后，橋梁領(lǐng)域興起了抗風(fēng)研究的新方向?，F(xiàn)在，工程師們可以先做出橋梁的模型，在風(fēng)洞里面觀察不同風(fēng)速、不同風(fēng)向的風(fēng)對(duì)橋梁穩(wěn)定性、行車舒適性的影響，跨海大橋的風(fēng)穩(wěn)定性研究在實(shí)驗(yàn)室里就可以完成了。