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《超级工程Ⅱ》 第二集:中国桥

来源:未知 作者:admin 人气: 发布时间:2019-03-01
摘要:在发展的30年里,有一项工程改变了这个国家的发展速度。大型设备的制造和技术上的不断创新,让工程师们更有自信去挑战从前难以征服的自然环境,将跨越天险的能力不断提高,75万座桥梁正在将中国的城市和乡村连接在一起。无论是人还是物资,从一地到另一地的

  在发展的30年里,有一项工程改变了这个国家的发展速度。大型设备的制造和技术上的不断创新,让工程师们更有自信去挑战从前难以征服的自然环境,将跨越天险的能力不断提高,75万座桥梁正在将中国的城市和乡村连接在一起。无论是人还是物资,从一地到另一地的迁徙,都让时间和距离不断缩短 。纵横中国,我们将为您讲述工程师们用智慧跨越天险,见证一个又一个宏伟建筑带给人和社会的巨变。

  8月,贵州最美丽的季节。张树鹏是一名翼装飞行运动员,今天他将在一个新的平台上尝试飞行。清水河大桥,在8个月前刚刚建成通车,如今已是贵州风景最秀丽的悬索桥之一,它横跨1400米的地质断裂带,从桥面到谷底的高差更超过400米,正因如此,它也成为职业极限运动者新的挑战目标。

  贵州省面积略小于英国,但人口只有3500万,在这里修建公路最大的障碍就是深达三四百米的U型峡谷。

  与世隔绝的自然景观吸引着全球的探险者,但在10年前,探险者们只能在险峻简陋的公路上行走,跨越峡谷意味着必须从谷顶盘旋而下,穿过谷底的小桥,再沿着盘旋公路爬升到另一岸的谷顶。

  如今,中国桥梁技术的快速进步,让西部的高速公路得以发展,它将尝试让贵州走上快速发展的道路。张树鹏这一跳,将让清水河和贵州再次吸引全世界的目光。

  桥梁在跨越天险上功不可没,它极大缩短了出行的时间成本,推动着社会的巨大变革,这一改变不仅仅在现在的贵州。六十年前,中国开始全新的变革,这一变革打破地区自给自足的经济模式,让中国从一个传统农业大国向现代工业大国转变,跨区域合作成为国家发展的最重要战略。

  但在960万平方公里土地上的变革困难重重。中国中部,一条天险成为南北沟通最大的障碍。长江,这条延绵6397公里的中国最大河流,几乎横穿整个中部地区。丰富的水资源,灌溉了沿岸超过4亿的人口,但它也是一个天然屏障,阻断了南北之间的物资交流,最宽的江面长达5公里。在过去有人类存在的时间里,还从来没有谁能够修建如此宽度的桥梁来跨越这道天险。摆渡一直是这条大江上转运人和物资的唯一选择。

  在当时,渡过这段不到两公里长的江面需要花费两个小时的时间,摆渡受风雨的影响极大,经常因为天气而随时停航。长江天险已经严重阻碍这个大国的发展,必须修建跨江桥梁来联通长江南北两岸。1957年,第一座跨越长江的大桥在苏联工程专家的帮助下于武汉建成。之后的1968年,中国人举全国之力耗费8年时间建成南京长江大桥。从此时起,中国终于摆脱渡江的艰难。2.8亿元的投资和数十万工人8年的努力,这对于60年前贫瘠的中国,已经是这个国家最大的超级工程。在此后的五十多年时间里,长江上先后修建了162座跨江桥梁,每年通过大桥的人数超过180亿人次。它彻底改变了中国南北经济的合作与发展。162座跨江大桥,帮助中国形成一个高效的交通网络,也让长江经济带成为中国社会快速发展的典范。

  现在,长江上第163座大桥正在开工。杨泗港大桥,它建成后将成为世界上跨度最大的双层公路悬索桥。在这条世界第三大河流上修建桥梁,现在要面对的最大困难和60年前一样,都是如何在河床上修建桥墩。经过数千年的冲刷和沉淀,长江下游几乎找不到坚硬的河床基础。于是,工程师们采用一种叫钢沉井的技术来修建桥墩。

  10公里之外的工厂中,一个长77.2米,宽40米 ,高23米,重达6200吨的钢沉井被制造出来。利用气囊作为工具,钢沉井被滑入江中,然后被四艘拖轮运送到现场,精确定位下沉到江床之上。

  钢沉井在现场被不断接高到50米,依靠沉井自身的重量是无法下沉的。18台搅吸机在水下24小时不间断地作业,吸走底部的泥沙,让沉井不断下沉,这样的工作工人们必须十分小心,稍有不慎,钢沉井就会发生偏移,那将是难以挽回的困局。经过168天的努力,钢沉井即将下沉到位,接下来一座240米高的桥塔会从这里升起,杨泗港大桥也将以1700米的跨度,成为中国悬索桥新的纪录。

  从努力建造400米长的跨江桥梁到可以从容建造跨度超过1650米的跨海大桥,中国只用了18年的时间。如今,千米级的大桥在中国不下二十座,而每一次跨越的背后,都是中国的工程师在桥梁制造技术上更大的突破。

  洞庭湖,中国第二大湖泊,连接东西部的国家高速公路杭瑞高速将穿过这片水域。一座巨大的悬索桥成为杭瑞高速能否顺利穿过洞庭湖水系的关键性工程。

  洞庭湖二桥,跨度1480米,由两座重量超过63万吨的锚碇,两座超过200米高的主塔,两条2600米长的主索缆和超过4.3万吨重量的钢桁梁桥面组成,在中国悬索桥中跨度排名第五。

  主索缆是悬索桥最核心的部件,它要拉起重达4万吨的桥面,并保证在桥梁正常使用的100年里不能进行更换。

  主缆有175束索股组成,每束索股有127根直径5.35毫米高强钢丝组成,和普通绳索相比,这座跨度1480米的悬索桥,主索缆制作要求要高得多。

  760公里之外,决定这座桥梁命运的就是这一根直径只有5.25毫米的钢丝,它被誉为悬索桥的生命线万吨的钢盘条已经运抵工厂,接下来的每一步工作都将决定这座桥的命运。

  强度超过1860兆帕的钢筋在200米的距离内被拉伸成5.25mm的钢丝,这个工艺技术必须保持材料的强度不会降低,这么细的钢丝可以吊起两台5人座的小轿车。

  钢丝穿过温度达到450度的金属溶液,被快速镀上一层薄薄的锌铝合金防腐层,它要保证未来100年时间里这根钢丝不会被恶劣环境所腐蚀。

  悬索桥索股生产的后场有127个分丝架,通过分丝架以后每一根钢丝有自己独特的路径,然后进入汇聚区。到了汇聚区以后所有的钢丝并拢,最后形成一个127根钢丝组合成的一个正六边形的索股。

  经过6个小时的努力,一根长度2600米的索股制作完成。3个月后,这根索股被转运到洞庭湖,等待最后的安装。

  快速发展的时代,中国的桥梁以每年增加10000座的数量在增长,而这些桥梁所连接的城市或乡村,也都开始潜移默化的改变。有了在江河湖泊上修建桥梁的丰富经验。中国的工程师们终于可以将眼光放得更远。伶仃洋,中国南部重要的海湾,周边9个地区组成了中国最早的先进制造业和服务业基地。但环绕伶仃洋的交通体系桎梏了区域的进一步发展。打破这个不平衡的解决之道是一座跨海大桥。

  港珠澳大桥,它将伶仃洋东部的香港和西部的珠海 澳门连接在一起,驾车通行时间从4个小时缩短至30分钟,工人们要在9年的时间里用55万吨钢材和230万吨水泥,在35公里的海面上搭建起一座世界上最长的跨海大桥。

  中山制造基地,港珠澳大桥最大最重的一片钢箱梁正准备装船运往施工现场。它长128米,宽38.8米,重量达到3510吨,足足相当于半个埃菲尔铁塔的重量。

  港珠澳大桥的钢箱梁采用先进的整体制造和吊装施工工艺,这最大限度地降低海上施工的风险。为了严格确保120年的使用标准,2156个巨大的钢箱梁都在工厂内制作完成。在制造车间里,分布着各种不同的自动化设备:激光切割机、卷板机、还有全自动焊接机器人,所有这些设备都杜绝了人为因素对质量的影响。

  4月,清晨6点。正是潮水不断上涨的时候。要抬起3510吨的钢箱梁平稳运输上船,必需4辆特殊结构的运梁车。每辆车有32个轴,128个轮胎,能够精确地同时调整转弯角度。钢箱梁在逐渐涨潮的过程中,仅用30分钟就可以滚装上驳船。

  经过24小时的海上运输,最大最重的钢箱梁运抵安装现场,接下来的安装工作就交给两台海上大力士浮吊来完成。

  在中国,最早的水上吊装源自于20世纪50年代码头和港口的货物接驳和构件安装。当时的起重能力只有30吨到300吨,随着中国对海洋的开发,大型设备安装需求不断提高。

  目前,1000至3000吨的浮吊船已经成为海上主力。同时,中国更有能力建造起吊能力超过12000吨的海上巨无霸。

  一切就绪,工人们必须在最短的时间将两台浮吊上的40个吊点和钢箱梁连接。接下来的工作就交给驾驶室里的两个年轻人。

  这次吊装最大的挑战就是两台浮吊的协同配合,因为这次吊装的钢箱梁是港珠澳大桥最宽最重的一片钢箱梁,要完成这片钢箱梁的吊装必须要两台浮吊协同作业,抬吊完成。而这两台浮吊由于吊重不同,主要参数也不一样,给同步性带来更大的难度。

  只用了一个半小时,3510吨的钢箱梁就被准确安装到位,安装精度达到两厘米。这种近似于搭积木的施工方案让中国的桥梁快速增长。

  截至目前,中国桥梁数量超过75万座,总长度达到4.26万公里。所有桥梁首尾相连,足可以绕地球赤道一圈。不过,如何让这些桥梁保持正常运转,是工程师们要面对的一个不可回避的问题。

  胜关大桥,G254次高铁每天正点从这座桥上呼啸而过。王玉胜工程师每次从这里经过都会习惯性地闭上双眼,体验列车平稳性。

  时速300公里的列车通过大胜关的时间只有28秒,列车上的610位乘客不会知道,为了这28秒,中国的工程师们已经为此准备了十年。

  大胜关大桥是目前世界上通行最快列车的铁路大桥,允许高速列车以每小时300公里的速度全速通过。

  出色的设计和建造工艺使得它获得了包括乔治理查德森大奖在内的国际国内重要的建设奖项,但即使如此,保证高速列车的顺利通行,也是一群人每天必做的工作。

  桥梁维护的工作从检查工具开始,因为高速列车通过的桥梁不允许有任何工具遗漏在桥面上,工人们必须仔细清点并如数带回。

  每天只有凌晨的4个小时是维护的安全窗口,有时甚至更少。他们必须快速判断可能出现的危险并尽快修复,确保日出之后几百辆高速列车的顺利通过。

  其实,除了现场巡检维护,更多的先进技术已经应用在对桥梁的监控当中。400公里之外,工程师正在通过远程数据,实时掌握桥梁的最新动态。通过在桥梁上安放的300多个传感器,工程师可以实时监测每一辆车的数据和外部环境对桥梁的影响。在专业软件的深层分析下,评估出超载车辆对桥产生的威胁桥梁受损伤的部位和程度,并对维修提供建议。数据通过网络实时远程传送到监控中心,甚至工程师可以在地球的另一端,通过互联网查看这些检测数据的动态变化。

  天兴洲大桥是世界上第一座双塔三索面公路铁路两用斜拉桥,主跨504米,可以承受2万吨荷载,最长索缆271.9米,能够承担1250吨的拉力。在斜拉桥上索缆承担了桥梁所有的荷载,使用中最容易受到环境影响而产生外部裂纹和内部钢丝的损伤,因此,索缆的安全维护至关重要。最新研发的机器人采用无线驱动技术,可以在不接电源的条件下对索缆表面和内部结构进行精确的检测。

  传统的检测方法是在斜拉索上挂设吊篮,依靠复杂的卷扬机将吊篮和人向上缓慢提升,效率非常低,一天只能检测4根索。而机器人每次检测一根索的时间只需要半个小时。

  大量的数据累加让工程师对桥梁的安全运行产生担心。超载会直接影响桥梁结构安全,如果超载重量是标准的一倍,桥梁的寿命可能会因此缩短到原来的五分之一。大量的真实案例呼吁着工程师们慎重对待每一个不安全的信号,并敦促相关部门防止意外发生。

  从2004年大桥开始大修分流起,最高峰是日均380辆(超限车辆),现在逐渐降到日均30辆左右。

  在大数据和互联网技术的帮助下,越来越多的桥梁被纳入到远程监控系统中,也为中国的桥梁设计提供依据。通过卫星图像我们看到被越多桥梁连接的地区,也是中国交通最繁忙的地区,那里的社会发展进程就越快。四通八达的交通网络正在快速改变着人们的生活。不过放眼中国西部,这样的变化还很微弱。

  四川、云南、贵州,在中国的西南三省,平均海拔2600米,它地处于带地区,却因为海拔高差巨大形成了从带到寒带的丰富垂直气候,在这里建设一条高速公路要克服比平原和海洋更难以想象的风险。一条国家公路沿山路蜿蜒盘旋向前,这条30年前建成的公路只能双向通行,是进入的三条公路之一。现在新修建的高速公路将让雅安到康定的时间从原来的一天缩短到4个小时。决定这条高速公路的关键是一座大桥。

  这就是二郎山,雅康高速通过13公里长的隧道穿过二郎山,接着到了桥位所在地。在大渡河的两岸由于地质结构的不同,康定岸这一侧以松软的块石土为主,地势平缓,在雅安岸地质上主要是坚硬的花岗岩,地势非常陡峭。

  两岸地质结构的不同,给大桥一个关键部件的制作带来不小的麻烦。锚碇是悬索桥另一个关键的部件,它利用自身的重量牢牢地固定住主索缆。西岸的开阔场地可以很方便地开挖出63万立方米的土方,一个23万吨的重力锚碇正在施工中,东岸就没有那么容易,要在坚硬的花岗岩山体里开挖出同样体积的基坑难度巨大。工程师们必须想的办法,一个巨大的隧道正在开挖,它是拉住主索缆的关键。

  工程师们先在山体里开挖出一个深度159米的隧道,接下来用1000吨钢材在隧道顶端搭建起10层楼高的钢架结构,然后灌注8600立方米的混凝土,让它和山体成为一个整体。

  超级膨胀螺钉的关键是172根钢拉杆的安装,每根钢拉杆都对应主索缆上的一个索股,承担全桥的拉力。

  隧道垂直高差达到95米,纵向深度有159米,纵向的坡度有38.8度,在这样的一个环境下,一般的塔吊吊车等吊装设备都不能进行吊装作业,这也是隧道锚锚塞体施工需要克服的最大难题。

  要解决这个难题必须放弃传统的吊装方法,工程师们采用索缆吊装的方案,用两个吊点来调整钢拉杆的角度,让它按照设计的方案顺利地放到相应的位置当中。又一根钢拉杆被安装到位。这个巧妙的办法,让世界上最长的隧道锚得以顺利进行。

  距离泸定大渡河桥1200公里之外,云南腾冲,中国高速公路网最末端,158公里保山到腾冲的高速公路即将开通,它在等待重要的一刻。

  龙江,穿过腾冲最美丽的一条大江,但它也是保腾高速必须要跨越的一道天险。在很早以前,这里的人们就在想尽办法跨越龙江,这座古老的悬索桥70年前曾经是这里唯一一座跨江通道,它让东西两岸人们有了密切的交往,甚至成为中国和邻邦缅甸资源交换的重要通道。70年以后,这条江上又修建了新的混凝土桥梁,但跨越这条江仍需要盘山而下再盘山而上,花费将近半个小时的时间。现在保腾高速公路将会改变这一现状,一座跨度达到1096米的悬索桥让驾车跨越这道峡谷的时间不超过一分钟。

  无论巧合还是机缘,桥梁专业毕业的常工自然承担起建造这座桥梁的重任。桥梁合龙代表着整座桥梁成功建设的关键,常工必须检查每一个工程环节,确保万无一失。

  和他并肩工作的还有两位桥梁设计师,而他们三个人在30年前是桥梁专业的同班同学,这在中国西部桥梁建设史上也是绝无仅有的一次合作。而对于设计师李工来说,这座桥对他的意义更加重大。

  并不是所有人都同意在一座高等级高速公路上去修建人行通道,但李工坚持这个设计并将它付诸实施。他希望来往的老乡可以以全新的视角观察自己的家乡。

  龙江桥的钢箱梁不像大江大河上一样。在江上可以在工厂里做好以后就直接运到江上一起吊,这个山区就没有这个条件。

  钢箱梁在狭小的车间内被拼装完成,甚至转弯都需要特殊的设备。只短短100米的路程工人们却小心翼翼地行走了40分钟。

  作为钢箱梁的合龙最主要的就是整个施工过程中的监控和加工吊装的精度,从现在测量的情况来看,完全在可控之中,需要荡移的间距比较小,这给我们的吊装奠定了比较良好的基础。

  195吨重的钢箱梁在吊机的牵引下缓慢向合龙口提升,工人们必须利用钢箱梁摆动中的十分之一秒时间快速将定位销穿入定位孔。

  最后一片钢箱梁顺利吊装完成,让7年的努力终于完美收官。它不仅贯通了158公里的保腾高速,让这里的人们能够走到中国的任何一个地方,也让他们第一次从一个全新视角审视自己的美丽家园。

  但并不是所有的天堑都可以用桥梁的跨越去解决,港珠澳大桥,这里的工程挑战还远没有结束。在伶仃洋主航道,一个不可打破的规定让设计师无从下手。随着海洋运输的发展,这条主航道必须预留通行30万吨海轮的通道,但它距离香港机场不到10千米,在这里要竖起200多米高的桥塔技术上并不是问题,但它直接影响到每天1800多驾航班的安全起降,唯一的选择是在海面以下。

  这里是世界上最大的沉管隧道制造工厂,它的任务就是为港珠澳大桥生产关键构件33节的沉管隧道。每节沉管长180米、宽38米、高11.4米,重量达到76000吨,它将组成6.2公里长的海底沉管隧道。这样桥梁和隧道的组合在工程技术上是巨大的挑战。

  为了保证制造精度,沉管被分成八个单元制造。1100多吨的钢筋在车间里被捆扎成巨大的钢筋笼,再推送到高精度自动模板车间。模板内被快速注入3300立方米的混凝土。4天以后,在温湿度严格控制下,22米一节的沉管单元制作完成,8节沉管单元最终被连接成巨大的沉管隧道。和陆地工厂的制造相比,33节沉管的海下对接安装对工程师们是更大的考验,因为这是世界上第一次深埋海底隧道施工,没有任何经验可循。

  5月,珠江汛期已到。海面风平浪静,但很少有人知道海面以下的径流量从平时的2000立方米每秒暴涨到了26000立方米每秒,这样的暗流突破了沉管安装的红线米开挖的基槽可能很快就被径流带来的淤泥堆积,必须要在回淤之前完成这次沉放。

  在8艘拖轮6万匹马力的牵引下,第26号沉管耗时10小时安全抵达对接现场,它的海面以下是已经连接在一起的25节沉管隧道。

  时间从午夜一直持续到清晨,潜水员准备下潜到水下30米来观察沉管的对接状态,这个深度每位潜水员最多只能停留30分钟。最后的10厘米工程师们足足花费了3个小时才完成。

  26号沉管最终以厘米级的精度对接成功,6小时后在海面以下40米,封水端门被打开,港珠澳大桥的海底沉管隧道又成功向前推进了180米。

  今天,距离不再是点与点之间的物理长度,而是以时间的长短来衡量。随着路的延伸,人与人的距离在不断缩短,桥梁也正在帮助人们跨越更多不可逾越的天险,它不仅完成了连通地域的功能,更成为跨文化交流的通道,甚至是开启了人们全新的生活

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