濟南是我國黃河流域少數(shù)幾個處于地上懸河段的省會城市，多年來，黃河一直是制約濟南城市發(fā)展的一道天塹。今年通車的濟南黃河鳳凰大橋采用“公軌同層，軌道居中”的設(shè)計方案，集約利用過河通道資源，降低工程規(guī)模，節(jié)省工程投資，并兼顧景觀效果，促進了黃河兩岸的經(jīng)濟社會發(fā)展。
濟南黃河鳳凰大橋全長3788米，是世界大跨度三塔自錨式懸索橋。建設(shè)之初，中交建設(shè)者就確立了高品質(zhì)建橋的目標(biāo)。通過采用多項先進工藝技術(shù)，攻克了諸多施工難題，確保了項目順利建成。
“化整為零”建橋
濟南黃河鳳凰大橋鋼結(jié)構(gòu)施工體量大，總用鋼量約11.4萬噸，相當(dāng)于2.7個鳥巢外部結(jié)構(gòu)。主橋長1332米，兩個主跨均為428米，橋面寬61.7米，相當(dāng)于3個和諧號動車頭車的長度。大跨徑、超寬橋面的設(shè)計為施工帶來了挑戰(zhàn)。
主橋鋼箱梁共計4.7萬噸，大節(jié)段重量約390噸?！氨Ｙ|(zhì)保量如期完工的關(guān)鍵之一是要保證大量鋼材，特別是鋼箱梁節(jié)段的質(zhì)量，并解決大型鋼箱梁的運輸、拼裝和架設(shè)等問題?！表椖控撠?zé)人韓景磊說。
由于黃河不通航，整體運送鋼箱梁的方案無法實施。項目部提出“化整為零”的運輸方案?！拔覀兿裎浵伆峒乙粯?，把節(jié)段分成零散的部分，分別運到現(xiàn)場再拼好?！表n景磊解釋道。
項目部采用“三地”建造模式，即鋼結(jié)構(gòu)制造基地制作單元件、濟南拼裝場地總拼、橋位處提梁焊接的方式，大限度利用工廠標(biāo)準(zhǔn)化、機械化、自動化加工的優(yōu)勢，有效確保了鋼箱梁的質(zhì)量。
“鋼結(jié)構(gòu)板單元在專業(yè)加工廠制作，后運至現(xiàn)場拼成9米長、61.7米寬的節(jié)段。無線遙控的自平衡運梁車運輸節(jié)段到封閉廠房進行噴砂和涂漆，然后再運至提梁站，采用4臺200噸連續(xù)提升千斤頂?shù)跎蠘蛎?。”項目技術(shù)負責(zé)人吳在雄回憶整個過程，他說，“一岸的箱梁提上去后，我們還要將其往對岸架設(shè)，配合全橋共104套1200噸的步履式千斤頂同步進行頂推?！?/span>
項目部在大橋南北兩岸各設(shè)一處提梁站，并進行了改造，實現(xiàn)“一站多用”的功能?！耙酝奶崃赫局荒芡粋€方向頂推，如果要轉(zhuǎn)換方向，差不多要推倒重建。我們對提梁站進行了改造，在完成主橋吊裝任務(wù)后，可實現(xiàn)反方向鋼箱梁的吊裝頂推。”吳在雄說。
2021年國慶節(jié)前，大橋通過交工驗收，建設(shè)品質(zhì)得到業(yè)主、監(jiān)理單位的一致好評，為大橋順利通車創(chuàng)造了有利條件。
“千絲萬縷”完成精妙轉(zhuǎn)換
大橋作為世界大跨度三塔自錨式懸索橋，共設(shè)置2根主纜，采用雙索面空間線型。單根主纜長1200余米，每根主纜由61束索股組成，每股又有127根直徑6.2毫米、抗拉強度1960兆帕的合金高強度鋼絲。
“保證大橋建設(shè)高品質(zhì)，控制主纜索股架設(shè)精度、索股張力勻值性、索夾初始安裝位置和后續(xù)體系轉(zhuǎn)換等是工程的重難點?！眳窃谛壅f。
項目部首創(chuàng)標(biāo)尺索股法架設(shè)主纜，即在出廠前預(yù)整形并在特定位置做好標(biāo)記，現(xiàn)場對照標(biāo)記點毫米級入鞍及錨固，微調(diào)后即可實現(xiàn)索股線型的高精度需求，這在國內(nèi)同類項目中為首次采用。同時，采取“白天牽引、夜間調(diào)索”的模式，力求安全地完成主纜架設(shè)。
另一個難題就是大橋受力結(jié)構(gòu)的體系轉(zhuǎn)換，即通過有順序的吊索張拉，將原來臨時墩承受的主橋上部結(jié)構(gòu)荷載，逐漸轉(zhuǎn)換到纜索系統(tǒng)受力。
鋼砼組合箱梁的重量大，總共加起來近6.5萬噸。主纜是空間纜結(jié)構(gòu)，再加上三塔的結(jié)構(gòu)，整個體系轉(zhuǎn)化過程是很大的挑戰(zhàn)?！绑w系轉(zhuǎn)換是全橋建設(shè)的重中之重，高精度的轉(zhuǎn)換工藝既是保障橋梁品質(zhì)的關(guān)鍵，也直接關(guān)系到受力結(jié)構(gòu)是否達標(biāo)及后期運營狀態(tài)?！眳窃谛壅f。
項目部針對自錨式懸索橋空間纜獨有特點，多次優(yōu)化施工方案，邀請專家參加評審。終，通過采用合理的張拉順序、多點分級張拉、三次索鞍頂推、橫向臨時拉索、配重混凝土分次澆筑等措施確保了主橋纜索體系順利施工。依托該施工工藝，研發(fā)出新型吊桿張拉裝置及橫向臨時拉索系統(tǒng)，提高了施工效率并申報了發(fā)明專利。
千里之外遙控“巨龍”
伴隨著智能化、信息化技術(shù)的發(fā)展，高品質(zhì)橋梁不僅在建造過程中越來越注重應(yīng)用新型科技，同時其自身也成為了新技術(shù)的搖籃和試驗田。在黃河鳳凰大橋，一項名為“超寬長聯(lián)鋼箱梁步履式自平衡智能頂推”的新技術(shù)極具代表性。
該技術(shù)有智能協(xié)同、實時自適應(yīng)控制的特點。無人值守步履式頂推設(shè)備搭配智能監(jiān)控平臺可實現(xiàn)長聯(lián)鋼箱梁高精度智能化頂推，應(yīng)用前景廣泛。
2020年春節(jié)前后，新冠疫情爆發(fā)，回武漢過年的頂推技術(shù)人員無法及時返崗。接到復(fù)工指令后，二航局武港院肖爽等12名技術(shù)員從湖南趕到鳳凰大橋建設(shè)現(xiàn)場。
“基本上都是北岸頂推完，南岸接著推，之后北岸又開始?！毙に貞浧鸪醯那闆r說，“一次頂推9小時，要全程盯著屏幕，結(jié)合2000多個數(shù)據(jù)點的反饋信息，時刻關(guān)注設(shè)備線性和同步性。當(dāng)鋼箱梁逐漸變長，投入設(shè)備越來越多，頂推系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試力量不足的矛盾開始出現(xiàn)了?！?/span>
為了解決問題，頂推團隊想到了互聯(lián)網(wǎng)遠程控制技術(shù)。他們緊急聯(lián)系武漢的控制系統(tǒng)開發(fā)工程師邱未，利用“向日葵遠程控制軟件+微信視頻連線”的方式，將相隔千里的武漢辦公室和濟南現(xiàn)場聯(lián)系起來。
遠程力量推動了工程進展，也帶來了新的問題。高峰期預(yù)計有50臺設(shè)備同時運轉(zhuǎn)，怎樣保證設(shè)備步調(diào)一致?這成了肖爽心頭的困惑。
“這要通過現(xiàn)場監(jiān)控及測量，得出各控制單元的速度調(diào)整指令后，通過總線傳輸反饋到各控制單元，再根據(jù)指令按比例降低各設(shè)備的實際速度，終實現(xiàn)同步?！鼻裎凑f。
分散在濟南和武漢兩地的智慧力量，經(jīng)過多番徹夜的遠程交流，合力將編寫好的程序輸入到分控箱中。智能協(xié)同系統(tǒng)實現(xiàn)了自動檢測100多臺頂推設(shè)備動作是否到位、設(shè)備與梁面是否貼合、梁體與支撐墩是否脫開等的理想效果。
僅需0.1秒，系統(tǒng)就能篩選出佳標(biāo)準(zhǔn)路徑，且誤差值控制在5毫米。系統(tǒng)還具有學(xué)習(xí)功能，根據(jù)錄入數(shù)據(jù)的更新，不斷“豐富知識”，全自動、無人化的頂推輕松實現(xiàn)。
新工藝不僅能實現(xiàn)現(xiàn)場無人同步頂推，過程還無噪音污染。鋼箱梁前探的導(dǎo)梁上，竟有鳥兒筑了窩，時刻在前進的龐然大物，鳥兒竟然能不受頂推干擾，安然筑巢。
2021年6月，中國公路學(xué)會在武漢組織召開科技成果評價會。會上經(jīng)專家評價，“無人化頂推技術(shù)”科技成果被評為國際領(lǐng)先水平。
“鳳羽”建環(huán)保橋
鋼結(jié)構(gòu)在大跨徑橋梁中應(yīng)用廣泛、優(yōu)勢明顯，但大量工程實踐表明，時間一長，鋼橋面板容易出現(xiàn)疲勞裂縫問題。這些病害嚴(yán)重影響到鋼橋面的耐久性和使用性能，甚至可能給橋梁安全帶來隱患。
高品質(zhì)建設(shè)不能給橋梁留下安全隱患，項目部將目光聚焦到“超級混凝土”上，這也是除了無人無噪音的頂推工藝外，大橋另一項顯著的環(huán)保特征。
“超級混凝土”也叫超高性能混凝土，其抗壓與抗折強度是普通混凝土的5到10倍;韌性非常好，抗斷裂性能是普通混凝土的250倍，僅次于鋼材;耐久性更好，可以作為橋面板的磨耗層而不需要任何額外的保護措施。同時，它內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密，幾乎沒有毛細孔，仿佛一層強力的“鳳羽”，保護橋面不受液體或者氣體滲透，能經(jīng)受強腐蝕環(huán)境下的嚴(yán)苛考驗。
吳在雄介紹，鋼橋面上先鋪設(shè)8厘米厚的超高性能混凝土，再進行瀝青鋪裝，形成超高性能輕型組合橋面結(jié)構(gòu)。與常規(guī)的鋼橋面瀝青鋪裝相比，這種組合結(jié)構(gòu)優(yōu)點明顯：“超高性能混凝土層顯著提高了橋面板的剛度，消除橋面板疲勞開裂風(fēng)險;在運營中超高性能混凝土層無需更換，僅需對鋪裝瀝青層定期翻修，價格低廉、施工便利;超高性能混凝土層厚度薄、自重輕，更適用于大跨徑鋼橋?！?/span>
盡管超高性能混凝土價格較高，約為普通混凝土的10倍。但其用量更小、使用壽命更長、后期養(yǎng)護成本更低，還能降低50%以上施工期間的二氧化碳排放，更為綠色環(huán)保。在施工現(xiàn)場，超高性能混凝土布料攤鋪整平，由布料、整平及養(yǎng)護一體機設(shè)備完成，自動化程度高、平整度控制精度高、且大大節(jié)省了人工。
“大橋以‘華山記憶’為燈光主題，采用多組立桿大功率投光燈，從3個方向照亮橋塔，有機融入黃河生態(tài)景觀風(fēng)貌帶?！表n景磊介紹大橋的燈光布置?！爸匾?jié)日大橋會開啟特色的節(jié)慶模式，色彩動態(tài)隨節(jié)日氣氛變化，未來可成為濟南新的網(wǎng)紅打卡點之一?！?/span>
建成后的大橋連接黃河兩岸，為深入推動黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展提供堅實的交通保障，也對完善區(qū)域規(guī)劃路網(wǎng)、提高路網(wǎng)運輸能力、改善區(qū)域交通出行環(huán)境發(fā)揮巨大作用，對推動濟南新舊動能轉(zhuǎn)換起步區(qū)建設(shè)、擴展城市發(fā)展空間，促進濟南經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義。
