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【特别报道】飞架空港新城

————写在国内首座空间网状弯曲拱桥合龙之际

发布日期:2022-07-28   信息来源:三分局   作者:罗乐 王梦悦   字号:[ ]

历经600多个日夜鏖战,中国电建水电七局承建的国内首座空间网状弯曲拱桥——成都未来科技城东一线跨绛溪河大桥于7月28日成功合龙。

该桥在全球首次采用异形纯钢管网壳拱结构,其设计难、试验难、施工难、焊接工艺难,在国际桥梁领域史无前例,在相贯节点设计、焊接工艺与疲劳性能等方面成功突破世界级难题,将填补设计规范的空白,为其他景观桥的施工和运行提供数据支撑。

这座大桥将连接成都未来科技城南北片区,有力促进东部新区产城融合,进一步推动成都融入“双循环”,唱好“成渝双城记”。


合龙现场

国际标准下的自我突破

空港新城项目启动就备受各界广泛关注。作为“新门户”服务于成都天府国际机场。“高起点、高标准、严要求”是建设的基本准则。

2019年,东一线大桥在全球范围内发布桥梁概念设计方案征集活动,最终敲定由上海市政总院和西班牙CFC设计公司联合设计。

桥梁全长292米,主跨152米,桥梁宽度50.2米,桥梁结构由5个基本要素组成,主梁、拱肋、吊索、桥墩、桥台,钢结构总重约8000吨。

“难,非常难!”项目经理李春权直言不讳。作为成都“东进”的重点项目,如何高效、有序地推进项目安全实施,“原汁原味”地将设计图纸变成实物,保证结构安全的情况下最大限度体现桥梁的艺术和观赏性,都是项目团队面临的难题。

作为水电七局突围市政的重点项目,既要保证工程顺利进行,还要打造精品,塑造标杆,李春权肩上的担子着实不小。

由于横撑钢管是本桥重要的受力构件,不同于民用建筑结构,桥梁时刻承受动力荷载,钢管相贯节点受力复杂,疲劳问题突出,对焊接质量要求很高,国内外可借鉴的工程案例几乎空白,对设计建造提出了巨大挑战。

为此,项目部组建专家咨询团队,成立BIM小组,建立桥梁BIM管理中心,深入研究桥梁结构、施工、钢结构加工、安装焊接等多个专业,并前往宝桥、九桥、山桥、振华重工、天元等省内外著名钢结构制造厂家实地考察,参加桥梁发展大会,对国内外桥梁行业先进技术、管理模式、科技创新等进行调研,借鉴吸收先进的经验与做法,为桥梁从概念方案到“原汁原味”落地提供保障。

“光是去学习,前后就跑了20多趟,也让我们见识到了各种桥梁的施工艺术。”建设的过程也是学习的过程,项目团队花了大力气。

桥梁施工难度较大,危险系数高,严重影响工期。为打赢这场攻坚战,项目部技术骨干重点攻关,采用创新性的一体化平台进行设计-施工-运维全过程智慧管理,实现设计数据动态更新。通过BIM可视化模型、质量可追溯流程、安全实时预警实现桥梁施工科学化管理。经过项目参建各方的共同努力,大桥建设快速推进。

 
钢拱节段吊装

多措并举攻克难关

志若不移山可改,何愁青史不书功。2021年,东一线大桥建设进入关键之年。随着下部结构的施工完成,大桥上部结构焊接及吊装等系列技术难题接踵而来。

“新”的设计理念,带来的是难度的升级。由于结构体系的创新性,桥梁在运营期及后续运行过程的可靠性需进行验证,在施工图设计、相贯节点的加工制造以及拱肋横撑安装存在诸多难点。

“难”不是问题,攻克“难”才是目的。项目团队组建大桥施工技术领导小组,连同设计、监理单位主要技术负责人,与制造商一起重点攻克施工技术难题。

“东一线大桥整体形似弯弓,网壳结构犹如一张向上拱起的渔网,其网壳结构与弯梁、弯拱结合,三者均为空间曲线结构,协同受力,在国际上为首次采用,网壳结构承受压、弯、剪、扭共同作用,受力极其复杂。光是要制造出合格的受力构件,就已经是非常不容易的事。”这对于构件制造来说,只能投石问路,不断去试验、去试错、去修正。

桥梁的相贯节点施工类似编织渔网结节,横纵走向不规则,且由于相贯节点设计复杂,应力水平高,刚度不均,应力集中明显,极易发生疲劳破坏。应对受力难题,他们通过“云计算”、“大数据”手段,利用各类应力应变监测仪器,对桥梁各个重要部位进行即时健康体检和数据反馈,随时掌握桥梁健康状况。

“钢结构桥梁疲劳问题作为世界桥梁公认的五大难点之一,至今尚未完善解决。本桥异形网壳结构相贯节点疲劳问题极为突出,是一次极为大胆的尝试。”为有效地解决这一难题,项目部会同国内顶尖团队开展科技攻关,采用热点应力法指导实桥相贯节点疲劳设计,并通过4组疲劳试验进行验证。

试验过程中通过对试件应力情况及构件状态进行实时观测,不断对偏心加载端传力构造进行优化,最终成功实现试件200万次疲劳加载且相贯焊缝未出现破坏。

2021年12月30日,科研团队组织进行试验中期成果专家评审会,试验成果得到了专家的一致肯定,填补了该领域的国际空白,为方案最终落地及施工图设计出图提供了条件,为拱肋横撑的加工制造奠定了基础。


主拱横撑安装

精准可控“零节段”返修

早起山前路更长,一山更比一山高。由于大桥造型独特、受力复杂,对拱肋及横撑的加工制造、现场安装均带来了前所未有的挑战。

为保证构件的加工精度,项目部通过工艺改进、设备改进和数字预拼装等技术,同时分别委派质量专员驻场,全过程跟踪落实各工序三检制,实现总体质量可控。

虽然受力构件经过了疲劳试验,但是节点相贯焊缝的质量是本桥拱肋及横撑抗疲劳能力的主要决定因素之一,因此焊接技艺控制不容小视。每一条相贯线焊缝上存在较多疲劳影响突出区域,在连续施焊的同时还需保证不同焊位转换点避开影响区域,焊后还需对所有相贯焊缝认真细致地进行超声波锤击及电加热保温,以最大限度消除残余应力,保证焊缝质量和桥梁的结构安全。

桥梁扭曲的异形网壳结构造成桥梁安装时嵌补段多、合龙段受累计安装误差影响极大,对加工精度要求尤为苛刻,同时因横撑没有固定曲率、弯管难度大、圆管上测量控制点难以固定等诸多因素,对加工精度的影响甚至会产生叠加效应。项目团队再三确认最终决定,在加工制造阶段,除了常规的节段尺寸检测,还采用了实体预拼装与“三维扫描+数字预拼装”结合的形式,确保各节段安装精度可控。

“我们在现场通过与监理、施工监控等单位密切配合,逐段安装、逐段测量校核,并实时进行后续节段空间位置计算、微调,实现了现场零节段返修,保障质量的同时还大大缩短了工期。”随着大桥的成功合龙,大家松了一口气。(责任编辑 黄琪)


建成效果图





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