歷經(jīng)600多個日夜鏖戰(zhàn)，中國電建水電七局承建的國內(nèi)首座空間網(wǎng)狀彎曲拱橋——成都未來科技城東一線跨絳溪河大橋于7月28日成功合龍。
該橋在全球首次采用異形純鋼管網(wǎng)殼拱結(jié)構(gòu)，其設(shè)計難、試驗難、施工難、焊接工藝難，在國際橋梁領(lǐng)域史無前例，在相貫節(jié)點設(shè)計、焊接工藝與疲勞性能等方面成功突破世界級難題，將填補(bǔ)設(shè)計規(guī)范的空白，為其他景觀橋的施工和運行提供數(shù)據(jù)支撐。
這座大橋?qū)⑦B接成都未來科技城南北片區(qū)，有力促進(jìn)東部新區(qū)產(chǎn)城融合，進(jìn)一步推動成都融入“雙循環(huán)”，唱好“成渝雙城記”。
國際標(biāo)準(zhǔn)下的自我突破
空港新城項目啟動就備受各界廣泛關(guān)注。作為“新門戶”服務(wù)于成都天府國際機(jī)場?！案咂瘘c、高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求”是建設(shè)的基本準(zhǔn)則。
2019年，東一線大橋在全球范圍內(nèi)發(fā)布橋梁概念設(shè)計方案征集活動，最終敲定由上海市政總院和西班牙CFC設(shè)計公司聯(lián)合設(shè)計。
橋梁全長292米，主跨152米，橋梁寬度50.2米，橋梁結(jié)構(gòu)由5個基本要素組成，主梁、拱肋、吊索、橋墩、橋臺，鋼結(jié)構(gòu)總重約8000噸。
“難，非常難！”項目經(jīng)理李春權(quán)直言不諱。作為成都“東進(jìn)”的重點項目，如何高效、有序地推進(jìn)項目安全實施，“原汁原味”地將設(shè)計圖紙變成實物，保證結(jié)構(gòu)安全的情況下最大限度體現(xiàn)橋梁的藝術(shù)和觀賞性，都是項目團(tuán)隊面臨的難題。
作為水電七局突圍市政的重點項目，既要保證工程順利進(jìn)行，還要打造精品，塑造標(biāo)桿，李春權(quán)肩上的擔(dān)子著實不小。
由于橫撐鋼管是本橋重要的受力構(gòu)件，不同于民用建筑結(jié)構(gòu)，橋梁時刻承受動力荷載，鋼管相貫節(jié)點受力復(fù)雜，疲勞問題突出，對焊接質(zhì)量要求很高，國內(nèi)外可借鑒的工程案例幾乎空白，對設(shè)計建造提出了巨大挑戰(zhàn)。
為此，項目部組建專家咨詢團(tuán)隊，成立BIM小組，建立橋梁BIM管理中心，深入研究橋梁結(jié)構(gòu)、施工、鋼結(jié)構(gòu)加工、安裝焊接等多個專業(yè)，并前往寶橋、九橋、山橋、振華重工、天元等省內(nèi)外著名鋼結(jié)構(gòu)制造廠家實地考察，參加橋梁發(fā)展大會，對國內(nèi)外橋梁行業(yè)先進(jìn)技術(shù)、管理模式、科技創(chuàng)新等進(jìn)行調(diào)研，借鑒吸收先進(jìn)的經(jīng)驗與做法，為橋梁從概念方案到“原汁原味”落地提供保障。
“光是去學(xué)習(xí)，前后就跑了20多趟，也讓我們見識到了各種橋梁的施工藝術(shù)。”建設(shè)的過程也是學(xué)習(xí)的過程，項目團(tuán)隊花了大力氣。
橋梁施工難度較大，危險系數(shù)高，嚴(yán)重影響工期。為打贏這場攻堅戰(zhàn)，項目部技術(shù)骨干重點攻關(guān)，采用創(chuàng)新性的一體化平臺進(jìn)行設(shè)計－施工－運維全過程智慧管理，實現(xiàn)設(shè)計數(shù)據(jù)動態(tài)更新。通過BIM可視化模型、質(zhì)量可追溯流程、安全實時預(yù)警實現(xiàn)橋梁施工科學(xué)化管理。經(jīng)過項目參建各方的共同努力，大橋建設(shè)快速推進(jìn)。
多措并舉攻克難關(guān)
志若不移山可改，何愁青史不書功。2021年，東一線大橋建設(shè)進(jìn)入關(guān)鍵之年。隨著下部結(jié)構(gòu)的施工完成，大橋上部結(jié)構(gòu)焊接及吊裝等系列技術(shù)難題接踵而來。
“新”的設(shè)計理念，帶來的是難度的升級。由于結(jié)構(gòu)體系的創(chuàng)新性，橋梁在運營期及后續(xù)運行過程的可靠性需進(jìn)行驗證，在施工圖設(shè)計、相貫節(jié)點的加工制造以及拱肋橫撐安裝存在諸多難點。
“難”不是問題，攻克“難”才是目的。項目團(tuán)隊組建大橋施工技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)小組，連同設(shè)計、監(jiān)理單位主要技術(shù)負(fù)責(zé)人，與制造商一起重點攻克施工技術(shù)難題。
“東一線大橋整體形似彎弓，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)猶如一張向上拱起的漁網(wǎng)，其網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)與彎梁、彎拱結(jié)合，三者均為空間曲線結(jié)構(gòu)，協(xié)同受力，在國際上為首次采用，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)承受壓、彎、剪、扭共同作用，受力極其復(fù)雜。光是要制造出合格的受力構(gòu)件，就已經(jīng)是非常不容易的事?！边@對于構(gòu)件制造來說，只能投石問路，不斷去試驗、去試錯、去修正。
橋梁的相貫節(jié)點施工類似編織漁網(wǎng)結(jié)節(jié)，橫縱走向不規(guī)則，且由于相貫節(jié)點設(shè)計復(fù)雜，應(yīng)力水平高，剛度不均，應(yīng)力集中明顯，極易發(fā)生疲勞破壞。應(yīng)對受力難題，他們通過“云計算”、“大數(shù)據(jù)”手段，利用各類應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測儀器，對橋梁各個重要部位進(jìn)行即時健康體檢和數(shù)據(jù)反饋，隨時掌握橋梁健康狀況。
“鋼結(jié)構(gòu)橋梁疲勞問題作為世界橋梁公認(rèn)的五大難點之一，至今尚未完善解決。本橋異形網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)相貫節(jié)點疲勞問題極為突出，是一次極為大膽的嘗試?！睘橛行У亟鉀Q這一難題，項目部會同國內(nèi)頂尖團(tuán)隊開展科技攻關(guān)，采用熱點應(yīng)力法指導(dǎo)實橋相貫節(jié)點疲勞設(shè)計，并通過4組疲勞試驗進(jìn)行驗證。
試驗過程中通過對試件應(yīng)力情況及構(gòu)件狀態(tài)進(jìn)行實時觀測，不斷對偏心加載端傳力構(gòu)造進(jìn)行優(yōu)化，最終成功實現(xiàn)試件200萬次疲勞加載且相貫焊縫未出現(xiàn)破壞。
2021年12月30日，科研團(tuán)隊組織進(jìn)行試驗中期成果專家評審會，試驗成果得到了專家的一致肯定，填補(bǔ)了該領(lǐng)域的國際空白，為方案最終落地及施工圖設(shè)計出圖提供了條件，為拱肋橫撐的加工制造奠定了基礎(chǔ)。
精準(zhǔn)可控“零節(jié)段”返修
早起山前路更長，一山更比一山高。由于大橋造型獨特、受力復(fù)雜，對拱肋及橫撐的加工制造、現(xiàn)場安裝均帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。
為保證構(gòu)件的加工精度，項目部通過工藝改進(jìn)、設(shè)備改進(jìn)和數(shù)字預(yù)拼裝等技術(shù)，同時分別委派質(zhì)量專員駐場，全過程跟蹤落實各工序三檢制，實現(xiàn)總體質(zhì)量可控。
雖然受力構(gòu)件經(jīng)過了疲勞試驗，但是節(jié)點相貫焊縫的質(zhì)量是本橋拱肋及橫撐抗疲勞能力的主要決定因素之一，因此焊接技藝控制不容小視。每一條相貫線焊縫上存在較多疲勞影響突出區(qū)域，在連續(xù)施焊的同時還需保證不同焊位轉(zhuǎn)換點避開影響區(qū)域，焊后還需對所有相貫焊縫認(rèn)真細(xì)致地進(jìn)行超聲波錘擊及電加熱保溫，以最大限度消除殘余應(yīng)力，保證焊縫質(zhì)量和橋梁的結(jié)構(gòu)安全。
橋梁扭曲的異形網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)造成橋梁安裝時嵌補(bǔ)段多、合龍段受累計安裝誤差影響極大，對加工精度要求尤為苛刻，同時因橫撐沒有固定曲率、彎管難度大、圓管上測量控制點難以固定等諸多因素，對加工精度的影響甚至?xí)a(chǎn)生疊加效應(yīng)。項目團(tuán)隊再三確認(rèn)最終決定，在加工制造階段，除了常規(guī)的節(jié)段尺寸檢測，還采用了實體預(yù)拼裝與“三維掃描+數(shù)字預(yù)拼裝”結(jié)合的形式，確保各節(jié)段安裝精度可控。
“我們在現(xiàn)場通過與監(jiān)理、施工監(jiān)控等單位密切配合，逐段安裝、逐段測量校核，并實時進(jìn)行后續(xù)節(jié)段空間位置計算、微調(diào)，實現(xiàn)了現(xiàn)場零節(jié)段返修，保障質(zhì)量的同時還大大縮短了工期?！彪S著大橋的成功合龍，大家松了一口氣。
合龍現(xiàn)場
鋼拱節(jié)段吊裝
主拱橫撐安裝
建成效果圖
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