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第三期:走近大橋

時間:2019-04-16 18:27:38 來源:人民鐵道網 作者:

 

  第三講主講人:秦順全
  主講内容:走近大橋
  關鍵詞:橋梁分類 深水施工 高鐵橋梁
  講課時間:2013年4月8日
  秦順全  中國工程院院士   中國中鐵大橋局集團有限公司總工程師    第十二屆全國人大常委
 
  尋找“橋魂”的人
 
  1980年,17歲的川中少年在高考志願欄中填寫了鐵路工程專業。清貧的大學時代,他多次從成都趕往幾百公裡外的重慶去看長江大橋,每次眺望跨江的彩虹,都充滿了建設的憧憬。
 
  他就是秦順全,中鐵大橋局集團有限公司總工程師、教授級高工,享受國務院特殊津貼專家,全國勞動模範,第十、十一屆全國人大代表,第十二屆全國人大常委,2009年12月當選中國工程院院士、成為我國最年輕的橋梁院士。
 
  而今,川中少年夢想成真。他主持設計建造了多座世界級大橋:武漢天興洲公鐵兩用長江大橋、南京大勝關長江大橋、鄭州公鐵兩用黃河大橋;他首創了橋梁施工無應力狀态控制安裝計算的新理論
 
  形成了中國人自己的斜拉橋建造技術理論體系;他首次提出并主持研究了海上大跨度連續梁橋整孔預制架設等成套技術方案,主持研制了填補國内空白的2500噸運架梁浮吊等關鍵設備。
 
  秦順全倍感驕傲的是:“世界上已有的橋型,中國人全部能做。”
 
  在建橋競技場上,他擔當技術領軍的中鐵大橋局是中國橋梁建設的骨幹和龍頭企業,是中國唯一集橋梁科學研究、工程設計、土建施工、裝備研發四位于一體的大型工程公司,先後被美國《工程新聞記錄》評為“世界最大225家國際承包商”“國際十大橋梁承包商” 。
 
  他為橋癡迷,“修橋不為破紀錄,不為建'地标',永遠是為交通功能服務。”
 
  他認為,中國是一個橋梁大國,并不缺乏領先于國際的建橋技術,但要建橋技術全面創新還需要更大的努力,隻有通過技術創新,我們才能找到橋魂。(信愛華)
 
  主講課題:走近大橋
 
  4月8日,一場關于大橋的科普盛宴準時開場,公路橋、鐵路橋、梁橋、拱橋、斜拉橋、懸索橋、開啟橋……令人目不暇接。我國最年輕的中國工程院橋梁院士秦順全,借助圖片、三維動畫、視頻等解構了各類型橋梁結構以及橋梁建設過程。
 
  曾幾何時,橋梁作為路的延伸隻為了滿足人們的交通需求,而今橋梁被賦予了更為豐富的内容---賞心悅目的景觀、獨一無二的城市地标。透過秦院士的講述,我們發現橋梁跨度越修越大,越修越讓人驚豔---排名世界第一的日本明石海峽橋跨度達到1991米,被法國人譽為“雲中之橋”的米約大橋最高點距離地面1125英尺(約為342.9米)。
 
  挺拔、堅固的橋梁其實更像男人,無論是遍布城市的立交橋還是随着路網延伸挺立的鐵道橋。他們幾十年、上百年默默無聞地屹立着,用堅實的臂膀托起平坦、暢通的路面,供行人和車輛安心通行。有責任感、勇于擔當的男人值得女人愛,堅固且經得起考驗的橋梁則值得所有人愛。
 
  橋梁分類和受力特征
 
  在外行看來,橋梁無疑是一個大家族,有古香古色的石橋、木橋、竹橋,有讓人眼花缭亂的鋼橋、拱橋、斜拉橋……而在秦順全這樣的内行看來,橋梁的分類很簡單、很明确:按照結構體系分為梁式橋、拱式橋、斜拉橋、懸索橋;按照橋面位置分為上承式橋、中承式橋、下承式橋;按照材料分為木橋、圬工橋、鋼橋、混凝土橋;按照跨越方式分為固定式橋、開啟橋、浮橋、漫水橋。正所謂知識就是力量,院士的三言兩語就對外行全面、迅速認識橋梁起到了四兩撥千斤的作用。
 
  在《鐵路視野》的現場,秦順全借助随處可見的竹簽,演示了橋梁構件受力的主要3種特征---受彎,即把重物放在水平構件上;受壓,即在構件兩端相向施力;受拉,即在構件兩端反方向拉伸。形象而直觀的演示,不僅使現場觀衆一緻認同,拉斷一個構件“必須通過強烈的破壞”“懸索橋最堅固”等觀點,而且使他們輕松理解為什麼懸索橋世界冠軍---明石海峽大橋跨度能做到1991米,而2010年梁橋世界冠軍---重慶石闆坡大橋的跨度僅為330米。
 
  發展壯大的高鐵橋梁群
 
  近年來,橋梁群體不斷壯大,在交通體系中所占比重不斷增加。連線成網的高速鐵路也被橋梁占去了“半壁江山”。有數據顯示,我國已建成的9300多公裡高速鐵路中有一半以上是橋梁,全長1318公裡的京滬高鐵橋梁所占比重超過了80%。随着土地資源的稀缺和土地價值的大幅增長,“以橋代路”正成為高速鐵路的大趨勢。
 
  梁橋、拱橋、斜拉橋、懸索橋還可以繼續細分為公路橋和鐵路橋。較之于公路橋,鐵路橋的荷載要大得多。用秦院士的話說,目前中國1線鐵路橋的荷載相當于8線到10線公路橋的荷載,4線鐵路、6線公路的武漢天興洲公鐵兩用長江大橋折算下來相當于36線的公路橋荷載。與此同時,行駛在鐵路橋尤其是高鐵橋梁上的列車時速較之汽車要快得多,沖力也大得多。為了堅固、耐用起見,鐵路橋的跨度都相對小一些。鐵路混凝土梁式橋的世界紀錄保持者是葡萄牙的波爾圖鐵路橋,跨度為250米;襄渝二線上的牛角坪特大橋,以192米的跨度屈居世界第二。由此不難看出,橋梁的跨度大小和荷載、通行車輛行駛速度成反比的。
 
  在節目現場,秦院士講的最多的是天興洲大橋和南京大勝關長江大橋。它們“哥倆”無疑是中國已有橋梁中的翹楚,不僅是建設者的驕傲,更是中國鐵路、全體中國人的驕傲。在鐵路橋的圈子裡,有不少中國血統的明星,如世界公鐵兩用橋跨度排名第一的天興洲大橋、世界公鐵兩用橋長度排名第一的鄭州公鐵兩用黃河大橋、世界鐵路橋跨度排名第一的安慶長江大橋、在世界範圍首創6線鐵路設計的大勝關大橋……
 
  橋梁為什麼能橫空出世
 
  很多人都會驚豔于橋梁的外觀,卻鮮有深究橋梁是怎麼建起來的。秦順全介紹說,橋梁大概有5種建造方法,包括支架法、伸臂平衡法、頂推法、轉體法、預制架設法。使用轉體法建一座拱橋,可以先在山邊做一個拱的定型,然後在拱的部分把它拼好,做完之後再把它轉過來,就形成了一座橋。這樣建橋方式的好處在于減少了施工難度且不影響交通,同時很好地解釋了為什麼很多橋梁尤其是立交橋能夠一夜之間橫空出世。
 
  橋梁施工不是魔法,從來沒有橫空出世的奇迹。隻不過很多人注意到橋梁的時候,它的絕大部分基礎工作已經完成。
 
  用業内人士的話說,“當你看到橋的時候,我們最難的時候已經過去了。”對于建設者而言,最難建的橋是深水橋梁,深水橋梁最難的部分則隐身于水下。然而,越難越有挑戰性,世界各國都在躍躍欲試建造更宏偉、更有創造性的跨海大橋。
 
  院士的講述始終通俗明了,如潺潺溪水、潤物春雨,現場觀衆一邊吸收着關于橋梁的正能量,一邊感受着那份珍藏了30多年、醇厚的愛橋之情。 (信愛華) 
 
    水下的魔法和深水大橋的王者

       水面下“變戲法”
 
  世界上的建築物多不勝數,但也許很難再有其他建築物能像橋梁一樣可以擁有如此靈動舒展的形态。彎曲如新月的橋拱,延伸如展翅的橋面,穩固如大山的橋墩……橋梁的所有部分都在展示着它挺拔的美。橋梁是凝固的藝術品,更是秦院士所說的“路的延伸”,是“跨越天塹的福音”。
 
  世界上的橋梁多不勝數,但也許很難再有其他橋梁像深水大橋一樣高深莫測。深水大橋往往比普通大橋更加雄偉,它碩大的“根”深深紮在看不見的水面下,人們一邊贊歎着這水上飛虹,一邊卻又摸不透它是如何從水中“生長”出來的。
 
  深水橋的萌芽是從水底開始的。說來奇特,深水橋的承台和橋墩施工必須要保證在無水的狀态下進行,而在波濤洶湧的江河中,怎樣的魔法才能讓水中出現一片沒有水的空間?答案就是圍堰。像秦院士這樣的橋梁工程師是一群不可思議的人,他們是深水橋的締造者。秦院士幽默地說:“我們要在水下變個戲法。”橋梁工程師首先在岸上制作可以自浮的圍堰,這就是後面水下施工中的防水結構。形象一點比喻的話,圍堰就像是一個沒有底的盆子,或者一個巨大的鋼鐵罩子。
 
  圍堰制作完成後由工程船舶運到預定的橋墩位置之上,然後工程師們利用抛錨定位的方法将它沉到水底。從水面到水底,這樣一個龐然大物的定位誤差不能超過10厘米,工程的精度令人驚歎。圍堰沉水之後進行樁基施工,再将圍堰中的水抽空,并用水下灌注混凝土的方法進行封底。經過這樣一番神奇的“變戲法”,“沒底的盆”就變成了“有底的盆”。在這個“盆”的混凝土底上,工程師們再進行承台澆築施工。所謂承台,就是連接下面混凝土樁基和橋墩的一個過渡結構,施工人員就在圍堰圍起來的這樣一個空間裡從承台開始施工。圍堰就像一道保護屏障将水擋在外圍,承台澆築完後再進行墩身鋼筋綁紮,然後澆築墩身。這樣,大橋的“根”就牢牢紮在了水下。當設計數量的橋墩都用如此方法完成之後,深水大橋的“根”就穩穩地矗立在水中了。
 
  從江河走向大海 
 
  深水大橋中的王者是跨海大橋。不管在中國還是在世界其他國家,深水大橋建設都是從江河走向大海。在征服了長江、黃河之後,我國的橋梁工程師又征服了大海,相繼建造了目前世界上最長的跨海大橋---杭州灣跨海大橋和東海跨海大橋、膠州灣跨海大橋等。世界各國都在躍躍欲試,都想要建造出更宏偉、更有創造性的跨海大橋,比如從阿拉斯加到俄羅斯遠東地區的白令海峽工程、從亞平甯半島意大利南端到西西裡島的墨西納海峽工程、從西班牙到摩洛哥的直布羅陀海峽工程以及從丹麥到德國的費馬海峽工程。據秦院士介紹,我國目前正在着手準備的是瓊州海峽工程,此外還有備受關注的台灣海峽工程。
 
  70米的“魔咒”
 
  跨海大橋的建設難度比江河中的橋梁更進一步。秦院士将瓊州海峽工程、台灣海峽工程稱為真正意義上的跨海大橋,因為比起杭州灣大橋和東海大橋等近海橋梁來說,這兩個海峽工程最大的特點就是水更深,這也給橋梁建設提出了更為苛刻的要求。過去,長江中建設的大橋水深最深是65米,在國際上最深也沒有超過70米的。而瓊州海峽和台灣海峽的水深都在80米至100米左右,這麼深的水,怎麼建?
 
  橋梁領域有一個工種叫潛水工。深水基礎建好後,必須要有潛水工下水檢查質量,如果有問題,潛水工會通過水下作業來進行彌補。難題就在這裡出現了。潛水工下潛作業的極限深度是70米,水深到了80米至100米,已經超過了極限深度。因此,跨海大橋深水基礎要突破的最大難關就是不用潛水工下潛、通過機械設備就能檢查水下工程質量,并且可以使用機械設備解決工程問題,而我國目前還沒有在水深超過65米的情況下使用施工機械的實踐經驗。現階段,技術人員正在對此難題進行攻關。
 
  “吹”出來的跨海大橋
 
  跨海大橋的跨度往往比江河中的橋梁更大,跨度加大後橋梁的柔性也會相應地變大;柔性加大之後,橋梁的風穩定性問題就随之出現了。1940年,跨度853米、剛修建完成4個月的美國塔科馬橋被強風吹垮。這起事故之後,橋梁領域興起了抗風研究的新方向。現在,工程師們可以先做出橋梁的模型,在風洞裡面觀察不同風速、不同風向的風對橋梁穩定性、行車舒适性的影響,跨海大橋的風穩定性研究在實驗室裡就可以完成了。 (文個) 
 
 
 

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标簽: 走近 大橋
編輯: 劉海霞
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