正在施工的甬舟铁路西堠门公铁两用大桥。
郭少山摄
东海之滨，舟山群岛与浙江宁波隔海相望。连接两岸、跨越天堑的甬舟铁路建设如火如荼。
西堠门公铁两用大桥，甬舟铁路的控制性工程，主跨达1488米，是世界上跨度最大的公铁两用跨海桥，也是世界跨度最大的斜拉—悬索协作体系桥梁。通过智能化、信息化、数字化手段提升施工质量，工程稳步推进，高铁“上岛”即将在舟山群岛实现。
探索新结构
兼顾刚度与跨度，创造公铁两用桥跨度纪录
西堠门公铁两用大桥，连接舟山群岛的金塘岛与册子岛，所处海域风大、浪高、水深、流急，须同时满足高铁、汽车通行以及船舶通航要求。
“大桥处在进出宁波舟山港的海上黄金通道，每天过往200多艘3万吨级集装箱轮和多种散货轮，主跨必须超千米。”中铁大桥院总工程师肖海珠说，再结合水下地形特点，主跨需达到1500米级。
主跨1500米级的公铁两用大桥，在中国桥梁建设史上从未有过。我国已建成的最大跨度公铁两用桥为沪苏通长江公铁大桥，主跨为1092米；已合龙的最大跨度公铁两用桥为常泰长江大桥，主跨为1208米。这两座公铁两用桥，均采用斜拉桥体系。“对斜拉桥而言，跨度1200米级已到极限。”中铁大桥局西堠门公铁大桥总工程师王东辉说，随着跨度加大，构件规模、施工风险将呈几何式增长。
“目前，世界上的超大跨度桥梁普遍采用悬索桥体系。不过，大跨度悬索桥刚度较弱，难以满足动车组列车通行要求。”肖海珠告诉记者，为此，西堠门公铁两用大桥创新采用了斜拉—悬索协作体系。这种新的结构体系，兼具斜拉桥刚度大、悬索桥跨越能力强的优点，相较于单一结构桥型，在同等材料和工艺的情况下，更能保障施工安全、通行要求。
2017年，西堠门公铁两用大桥进入可行性研究阶段。经初步论证，中铁大桥院设计组提出了主跨1488米斜拉—悬索协作体系桥方案。“彼时，在我国即便是公路桥梁，都不曾有设计并建造过主跨超过300米斜拉—悬索协作体系桥的先例，但我们对方案底气十足。”肖海珠说。
底气源自10多年的研究积累。据介绍，中铁大桥院2003年即启动斜拉—悬索协作体系研究，10余年探索，终于成功完成斜拉—悬索协作体系的基础研究，摸清相关技术参数。随后，设计组与业主方积极沟通，经历了几十次研讨会以及三次方案评审会后，终于赢得专家和建设单位的认可。
解决了大跨度难题，西堠门公铁两用大桥还面临大风挑战。
大桥所处的西堠门海峡宽度仅约2700米，较窄的海峡形成狭管效应，再加上其处在沿海高风速带，每年6级及以上大风天超过100天。而大风，容易引发桥梁发生颤振现象，导致结构破坏。相关测算显示，西堠门公铁两用大桥须抵御的最大风速应达64米/秒，超过17级台风中心最大风力。
“为此，我们专门设计了三箱分离式钢箱梁结构，中间箱通行高铁，两侧边箱分幅通行公路。”肖海珠说，整个桥面形状就像倒过来的机翼，箱与箱之间的镂空帮助大桥获得良好的气动外形。经风洞试验验证，即使风速达到107米/秒时，主梁也不会出现颤振。
2022年10月31日，西堠门公铁两用大桥正式开工。目前，大桥主桥5号主墩、4号主墩已从海底拔地而起。
研发新装备
主墩在海底岩层中“生根”，稳稳立于大海之上
建桥先要建基础。支撑起跨海大桥的桥墩基础，是大桥建造成功的“重中之重”，也是支撑桥梁跨越天堑的“定海神针”。
大桥册子岛侧主墩（5号主墩），所处位置水深达60米，海下地形起伏不平，最大高差可达8米，基岩裸露且海床面倾斜。“大风、急流、裸岩、深水，在这种条件下打桩难度极大。”中铁大桥局西堠门公铁大桥常务副经理李永旗说。经过多轮讨论协商，中铁大桥局与中铁大桥院最终决定：由18根直径6.3米的超大直径钻孔灌注桩来组成主墩桩基。
确定了施工方案，各类智能装备相继进场——
首先登场的是自浮式钢桁架钻孔平台。这是一个重7600吨、相当于31个标准篮球场大小的施工平台。为了将平台运至墩位处，施工单位出动了5艘拖船。
再登场的是大型动力头钻机。要想往海底岩石里打桩，离不开“金刚钻”的助力。为此，中铁大桥局联合国内厂家成功研制出了ZJD7000大型动力头钻机。这台“金刚钻”不仅“力大无穷”，还“聪明伶俐”，配备先进智能化、视频监控和远程传输系统，具有无线遥控操作、多点监控、故障报警、远程故障诊断等功能。在一系列智能设备的加持下，大桥5号主墩18根6.3米钻孔桩顺利完成。
另一侧，金塘岛侧主墩（4号主墩）则采用了截然不同的工艺——设置沉井基础。
“这是世界首座嵌入式设置沉井基础，此前从未有过先例。”中铁四局项目部总工程师李勇海介绍，整个钢沉井重达1万吨，是个外径达58米、内径36米、高37米的“大家伙”。目前，沉井已顺利精准沉放到位，正在紧张有序推进沉井封底混凝土浇筑施工。
采用新技术
让大桥施工“耳聪目明”，更好应对天气影响
风速仪、波浪仪、海流计、潮位计、温湿度仪……走进大桥施工现场，一系列监测设备琳琅满目，如同走进了海边气象站。
这一切，都是为了摸清海洋气候，尽量减少风浪对精准施工的影响。“风浪冲击会带来施工误差、安全风险。通过智能系统实时监测风、浪、潮、流等信息，可以提高对风、雨、雾、气温的预报精准度和预报效率，以便我们及时针对恶劣天气快速响应。”中铁大桥科学研究院技术员徐有良说。
目前，中铁大桥局技术团队已研发出“复杂海洋环境下风、浪、流实时监测系统”，可精准预测未来7天风速、潮位、水流速等气象信息。
2022年，台风轩岚诺和梅花经过舟山区域，施工区域瞬时实测最大风速34.75米/秒，最大浪高3.04米。“正是得益于这套系统，我们提前组织对设备进行保护、人员有序撤离，极大降低了损失。”徐有良说。
施工过程，既要“耳聪目明”，也要“心中有数”，数字孪生系统发挥了重要作用。
例如，在自浮式钢桁架钻孔平台的安全过程中，施工团队在平台上装配了倾角仪、北斗传感器、锚索计等传感器。这些数据实时传输到后台，在电脑内生成自浮式钢桁架钻孔平台的“数字分身”。
“数字孪生系统真实模拟了现场实景，我们通过‘孪生体’反馈的结构状态和调索指令，对施工平台进行调控，指导平台精准定位。”中铁大桥局桥科院总经理王波说。
再比如，在5号主墩的混凝土浇筑过程中，施工团队利用三维激光扫描仪，获取了钢结构件的“身材数据”，并进行云端“彩排”。
“云端‘彩排’，不占用场地资源、省时省力，帮助我们及时了解拼装过程可能出现的问题，及时对误差、位置关系、碰撞等进行调整，保证实际施工高效进行。”中铁大桥局桥科院总工程师彭旭民说。
鸥鹭眠沙，渔樵唱晚，蔚蓝的海域养育了依海而居的人们，施工过程更需践行绿色理念。
这一点，智能系统再次发挥重要作用。在整个大桥施工工地，PM2.5、PM10、风速、温度、噪声等监测设备随时可见，实时采集环境参数。
“系统一旦发现超阈值指标，便会自动预警，拌和站喷淋降尘系统自动开启，砂石料仓喷雾设施也会自动喷雾降尘。”王波说。
放眼舟山群岛，一座座桥梁连通岛屿。作为国家中长期铁路网规划中的重大项目，甬舟铁路建成通车后，将结束舟山群岛不通铁路的历史，为“轨道上的长三角”作出新贡献。
《 人民日报 》（ 2024年09月25日 18 版）