走近大国工程 | 长虹卧峡谷 天堑变通途
探访世界最大跨度上承式钢管混凝土拱桥——德余高速乌江大桥
7月10日建成通车的德余高速乌江大桥。贵州省交通运输厅 供图
乌江，贵州省内第一大河，长江上游南岸最大支流。乌江河谷深幽，两岸高山险峻。7月10日，贵州省遵义市凤冈县，铜仁市思南县、石阡县三地交界处，由中交一公局第四工程有限公司承建的德江至余庆高速公路重点控制性工程——乌江大桥顺利建成通车。蓝天白云下，青山绿水间，红色大桥宛若长虹卧波，跨越乌江两岸。
德余高速乌江大桥全长1834米，钢结构的红色主桥跨度504米，为目前世界最大跨度上承式钢管混凝土拱桥。这座拥有“钢脊梁”的大桥，涉及1.3万多吨钢结构。乌江大桥的建设者们在结构体系、施工控制、高新材料方面进行了大量创新，探索形成了“新型结构设计、计算原理研究、制造线形控制、智能调控安装”成套技术，有力推进了拱桥设计理论发展、拱桥快速建造技术革新，引领山区桥梁建设向更高水平发展。
让我们走近这座代表目前同类型桥梁建造世界顶级水平的大桥，探寻它的创新密码。
全球首个“全栓接”，22万颗高强度螺栓连接上万吨钢结构
在德余高速乌江大桥的1.3万多吨钢结构中，作为拱桥主拱圈骨架的拱肋节段共有60个，重量最大的达157吨。如何保证在高空精准拼接、精确安装，是个巨大难题。
项目部进行了关键技术创新，在国内首创运用拱、柱、梁全固结无支座整体式受力体系，实行“全栓接”，即全桥主拱、立柱和桥面梁等钢结构全部通过高强度螺栓进行连接。
德余高速公路乌江大桥因此成为目前世界上唯一一座运用全栓接技术工艺建设的桥梁，结构新、精度高，施工难度居世界同类型桥梁前列。
在全栓接装配式体系下，大桥所使用的钢结构，需要在重庆加工后，经水路运输到施工现场，再在江边的拼装厂内进行反复调校，才能进行高空拼接。
集中的工厂化生产、高效的大构件材料水上运输、现场安装的施工方式，有力提高了拱桥加工质量、提升了施工质效。
“整座桥的钢结构都以高强度螺栓进行连接，这对精度提出了极高要求，容许最大误差仅有3毫米，技术难度非常大。”德余高速乌江大桥项目负责人王志金介绍，大桥拱肋、风撑之间全部采用高强度螺栓连接，这意味着全桥22万颗螺栓孔的位置不能有丝毫错位。
德余高速乌江大桥主拱圈吊装中。贵州省交通运输厅 供图
2022年4月10日，大桥最重拱肋节段和风撑结构进入施工阶段。怎样打好这场毫米级别的“精度战”，完成钢结构之间的精准对接？项目建设团队创新提出“厂内卧拼+现场立拼”双拼工艺及原形复位安装控制方法。
在拱肋立拼阶段，面对无同类型项目借鉴、无针对性规范标准指导的艰难条件，项目团队融合各参建方控制标准及要求，固化36道标准施工程序、22项工序报验、17项关键控制指标，实现拱肋无应力线形毫米级精度制造。据介绍，经过双拼工艺的精准调节，大桥的相对高差、轴线偏差控制在5毫米以内，横桥向控制在3毫米以内。
拱肋风撑连接装配化、拱上立柱连接装配化、桥面梁连接装配化、UHPC（超高性能混凝土）桥面板装配化……在全栓接装配式体系下，风撑安装连接仅需1天便能完成，相较于传统焊接体系，效率提高了一倍。同时，可实现拱肋、风撑同步安装，增加拱肋悬臂拼装的稳定性，降低安全风险。
“拱肋吊装效率也大大提高，从原计划的两天一节，提高到一天一节。”贵州中交德余公司总经理代周超说，在拱肋吊装前，固化拱肋装船、船舶定位、缆索吊检查、扣背索牵引等各项辅助工作的顺利开展，加快了现场吊装进度，为主拱的顺利合龙打下了坚实基础。
全方位精准控制，以毫米级精度拼接“钢脊梁”
德余高速乌江大桥地处山区峡谷，群山环抱、江面高空阵风肆虐，风向、风速多变。
大桥的拱肋合龙前，最大悬臂长达237米。在复杂的风场等外部条件下，其线形控制及稳定控制都很困难，大桥精准合龙面临巨大挑战和压力。
德余高速乌江大桥建设过程中，始终有“火眼金睛”时刻紧盯，这就是高精度测量设备的运用。
项目团队创新应用了徕卡TS60全自动测量机器人，研发了首节段多点约束精调支架及拱肋安装三维姿态精调技术，在拱肋弦管上布设三维姿态监测棱镜，对拱肋的三维姿态、拱肋线形、横向偏位等进行全天候自动监测。同时，采用数字预拼装技术对三维姿态进行自动分析，对控制点目标坐标进行精调，并运用全自动单点扫描机器人，实时监测、动态调整三维姿态。这为拱肋的高精度安装、定位提供了宝贵的数据支撑。
项目团队采用三维激光扫描仪给拱肋进行深度“体检”，覆盖50万个扫描点，建立起高精模型构件，用以直观、快速地检查出钢结构件在制造、安装中存在的误差。
施工人员正在德余高速乌江大桥主拱上作业。贵州省交通运输厅 供图
项目团队还首创全栓接钢管混凝土拱桥数字化预拼装成套技术，在拱肋立拼完成后，现场扫描实际钢结构加工线形数据，利用独有的算法及处理方式，将安装模型、加工模型、理论模型进行高精度匹配组合分析，提前预判后续加工、安装可能遇到的问题。在制造线形控制、拱肋吊装首节段姿态精调、主拱封铰及合龙时机确定、钢梁制造误差检验、立柱制造及安装位形确定等过程中，项目团队均采用了这一技术，攻克多项关键技术难题。
针对拱肋在吊装中可能遇到的问题，施工团队提出施工全过程最优控制理论，研发应用全天候智能云监测技术，对缆索系统、扣挂系统、锚固系统、塔架结构、主体结构的受力状态及变形规律，进行全天候监测，对风险进行分级预警。研发应用快速自动连续预警、智能张拉设备，提高了索力精度，加强了同步性控制，实现拱肋合龙线形与目标线形自动吻合，保证大桥顺利合龙。
此外，项目团队还提出了立柱及桥面梁高空安装精准控制及调整成套技术，建立了栓接结构误差发散模型，提出主梁自适应安装的制造线形计算方法，解决了大跨度栓接拱桥拱上结构精准安装与控制难题。
一项项技术创新与突破，保障了每一块钢结构在空中完美组合，以毫米级的高精度，高效率铸成大桥强健的“脊梁”。
数智化建造，让施工更加安全高效
德余高速乌江大桥的施工现场，是贵州典型的喀斯特地貌，场地狭小，施工规划、实施都很困难。
乌江滔滔奔流，在江面上150米的高空作业施工，如何保障安全？“数智化”能先行消除各项安全隐患和风险。
项目负责人介绍，他们进场前期便展开了BIM（建筑信息模型）+信息化的技术应用。通过无人机倾斜摄影、场地三维规划、主桥方案三维模拟、方案的空间模拟优化等，建成关于工程初始环境的数字化模型，实现临建方案合理、临建成本可控。施工过程中，项目部运用中交一公局集团BIM应用管理系统进行管理，应用模块涵盖工序报验、质量管理、安全管理，BIM可视化应用交底等。在平面图纸上无法发现的空间问题，在电子屏幕上暴露无遗。通过工艺模拟，项目部在施工中顺利规避了安全风险。
德余高速乌江大桥构件运输船经过思林船闸。贵州省交通运输厅 供图
“项目开通了5G定制化网络，施工现场实现5G网络全覆盖。”王志金介绍，项目部将BIM、5G通信、物联网技术、3D打印、AR技术、无人机+720云全景等先进信息技术与生产相融合，以“科技引领”为主题，在大桥附近建造了“乌江大桥智慧建造馆”。依托这个“智慧指挥部”，项目部推动实现项目安全质量管理信息化、场地布置合理化、进度调整动态化、工序交底可视化、监控测量实时化，助力将项目打造成品牌工程。
在具体施工环节，他们通过AR技术，利用BIM+AR施工助手移动端APP，将BIM模型在真实环境中进行厘米级定位，1:1叠加在施工工地与项目现场。通过这样的操作，可以检查预埋件及其他隐蔽工程是否准确施工操作，从而解决因传统施工过程中容易漏做预埋件带来的后期返工问题，同时为施工环节和验收环节提供可视化的参考和指导，有效减少施工错误、降低返工成本、提升施工效率。
在德余高速乌江大桥主桥的施工中，采用了缆索吊+斜拉扣挂施工工艺，涉及的临时结构较多，安全风险较高。针对这一情况，施工单位联合监控单位，结合后期运营需求，研发出斜拉扣挂监测系统，对扣背索索力、扣塔偏位、扣塔应力、后锚滑移、拱肋应力等进行监测，实现结构安全监控数据化。相应建立分级预警机制，设置不同预警等级阈值，实时掌握设备状态，有针对性地发出预警，降低安全风险。这在应对山区峡谷极端天气，保障主桥安全、高效施工中发挥了极其重要的作用。
“数智化建造，打造世界顶级桥梁。”在这样的思路下，德余高速乌江大桥坚持高精度、严要求建设，为同类型桥梁建造提供了可推广借鉴的技术经验。它的顺利建成通车，将进一步提高区域交通通行能力和服务水平，对促进沿线产业结构升级、资源开发利用、旅游产业发展具有重要意义。（萧子静 刘叶琳 饶南南）
中国法治新闻网摘编：亓淦玉 |
