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新首钢大桥打通“百里长街”
时间:2019-10-10
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如同两个面对面席地而坐的拔河健儿,脚互蹬形成拱,手拉钢索人后倾,背后各有一个“帮手”用力拖拽钢索,长安街与永定河交汇处,在道桥公司项目团队精心打磨下,兼具力与美的“和力之门”——新首钢大桥已由图纸变为现实,成为京西一道亮丽风景线和北京新地标。

封闭百年的首钢东大门再次敞开。沿着长安街一路向西,曾经在首钢厂东门戛然而止的石景山路在新中国成立70周年来临之际实现历史性贯通,长安街西延线首次跨越永定河,从石景山直通门头沟,京西城市再次焕发新活力。

创意之美 兼具力与美

站在新首钢大桥上眺望永定河美景,看“落霞与孤鹜齐飞,秋水共长天一色”,品味融汇古今的底蕴和活力,感受京西巨变,如今,大桥的设计愿景已变为现实。

新首钢大桥坐落于长安街西延线上,横跨永定河水系,最终延伸至门头沟区三石路。有“神州第一街”之称的长安街,是北京城的一条东西轴线,此前从西三环公主坟桥一路向西,跨过五环后到达老首钢东门,长安街也就走到了头。为了打通京西的交通,多年前,北京启动了长安街西延方案,跨越永定河的新首钢大桥成为连接石景山和门头沟的枢纽。

新首钢大桥全长1354米,其中主桥全长639米,主桥为全钢结构倒“U”形双斜钢塔斜拉桥,主跨跨径280米。由于两个倒“U”形钢塔分别向东、西两侧倾斜,从高空俯瞰,仿佛两个面对面席地而坐的拔河健儿,脚抵着脚,手拉着手,各自向后用力拉伸,故而在设计之初也被称为“和力之门”。

这是全球首例双塔斜拉钢构组合体系桥;大桥桥面最宽处54.9米,约为南京长江大桥的2.7倍,是目前全国最宽的大桥;大桥斜钢塔高达124.93米,是目前北京高度最高的跨河大桥;大桥最大倾斜角度为71.5度,南北桥墩更是前后错出25.1米,倾斜角度相当大;大桥总体钢结构用量达到4.5万吨,比“鸟巢”4.2万吨的用量还要多;在国际上首次最全面地把数字设计建造用于大型桥梁全过程、全寿命管理……对于大桥的创意之美、施工之最,项目经理寇志强如数家珍。

创造之美 匠心造精品

新首钢大桥几乎囊括了所有高、精、尖、新技术,其施工难度在国内处于前列,甚至一些部位的施工难度属于世界级难题。为建成北京地标性桥梁建筑,集团聘请了中国工程院院士等国内拱桥方面专家进行技术指导及疑难破解,成立了以集团公司副总经理、总工程师张晋勋、副总工程师李久林等为代表的集团内部专家顾问团,组建起强大的技术团队向技术难关发起“进攻”,积极开展技术攻关,推广应用了一系列新技术,为大桥稳步推进提供技术支撑。

混凝土平台筑牢大桥之基。

“新首钢大桥虽然在2017年才进入人们的视线,但项目部从2016年就开始了相关课题的研究。”项目总工程师何辉斌说大桥用钢量高达4.5万吨,要支撑起如此大的重量,基础结构的安全稳固至关重要。

项目部找来了国内为数不多的超大旋挖钻机,给桥体做了一个超大基础,随后在这个浇筑好的混凝土基础平台上展开了一场特殊的安装工序。

“与其说是安装,倒不如说是‘沾上’。”何辉斌说大桥高塔接近130米高,为让这座塔稳稳立住,用来连接钢构件的混凝土平台中面积最大的足有230平方米,上面还密布着85根1.8米长的锚杆,远远看去如同一只刺猬。混凝土平台要与首段钢结构的85个孔准确对接,每根锚杆的直径达9厘米,开孔左右仅各预留了2厘米的空间,“这2厘米的空间能最大限度保证锚杆准确就位,还能避免因开孔过大影响钢结构安全,实现一次性就位。”

首段塔节安装时正值2017年深冬,室外温度降至冰点,为保证塔节安装到位,项目部给塔节盖上了一床“被子”,里面每隔五六米就安装一台电暖器,确保灌浆时的温度能够达到5℃,提高了浇筑的整体性和结构的安全性。

90%的钢构件预制而成。

“从低空仰望,两个钢塔似乎只是轻轻一扭,可正是这一扭,给施工带来好多难题。”回忆起大桥建设历程,寇志强连呼不易,处处是难关。

第一道难关,便是钢构件的加工。新首钢大桥的主桥用钢量达4.3万吨,其中约90%的钢构件都是通过预制加工的方式先在工厂加工好,然后运输到现场拼装。

“因为有倾斜,寻常软件已绘制不出单元板块的平面图。我们引入了三维设计软件,先建出三维模型,再从三维模型拆解出一个个单元板块,把它放样成二维平面图,最后进行加工。”寇志强介绍,为了验证加工工艺是否可行,在江苏扬州的加工厂,工作人员特意选取了接近塔顶合龙位置最弯扭的一个节段,从中取出1/4块体进行足尺试验,通过逆向建模,去和原先的设计模型做拟合对比,检验偏差,“最弯扭的一段通过验收后,才进入大批量加工。”

单元板块到达现场后,还要在现场的加工厂进行二次加工。“为了吊装的需要,我们将高塔分为31个钢节段,矮塔分为21个钢节段,这52个钢节段都得通过二次加工,由单元板块组装而成。”寇志强说52个钢节段中,有6个节段的重量都超过了500吨,最重的有620吨,绝对算得上是全国最重的钢节段。

“重量大之外,更关键的是每个钢节段都是不规则的,如何保证节段和节段之间也能最完美地契合?”为此,项目部又想出了“2+1”的三段预拼法,每三个节段组成一个小组,验证与设计100%相符后,拉走小组中的第一个节段,再加入一个新节段重新组成一个小组,如此循环,确保52个节段均能满足高矮塔的线型要求。

全部钢节段“一吊成功”。

“像搭积木一样盖房子。”每每提到预制构件,人们最爱使用的形容词便是“搭积木”,以凸显其简便的优点。然而,在新首钢大桥,“像搭积木一样建大桥”绝非一件容易的事儿。

“还是因为斜塔的造型,钢节段也多是不规则的形状,凭借老工人的丰富经验去设置吊索、寻找重心的传统方法,在这个工程里可就不好使了。”项目BIM负责人刘长宇说,唯一的方法就是通过BIM建模,在计算机上求出重心,把吊装姿态确定好,现场直接起吊。

随着斜塔高度的上升,钢节段的重量也随之减少,从最重的620吨到最轻的只有150吨,但倾斜角度却在随之加大,最大的倾斜角度有71.5度。“简言之,就是高而轻、矮而重,但无论高矮轻重,我们都是一吊成功。”

主梁合龙“一锤子买卖”。

今年8月1日进行的主梁合龙直接关系到全桥建设的成败,是一锤子买卖,只许成功,不许失败。而钢结构对温度较为敏感,常会随着温度的改变而发生伸缩,“由于矮塔是临时锁定,会随着主梁的伸缩而发生位移,夏天要胀出来25厘米,冬天要缩进去25厘米,这25厘米就直接影响了合龙难度。”

在黄金二十四小时内精准控制力的传导是关键:当天凌晨5点是室外气温最低的时刻,合龙口最大,主梁最容易吊装就位,将主梁吊装就位;紧接着,在早上7点太阳完全升起、气温升高前,完成对矮塔临时锁定的解锁工作,以防止钢结构因热胀而“推”坏钢梁;最后,在傍晚太阳落山、气温降低、钢结构开始冷缩前将合龙部位满焊到位,以实现整座桥的正常伸缩。吊装、解锁、焊接,项目部对每一步的操作时段都精准控制,实现了主梁一次性成功合龙。

奉献之美 凝聚新合力

“639米长的主桥,我们一干就是4年,真的是像绣花一样建桥。”尽管已经同桥梁打了18年的交道,所获殊荣诸多,可在新首钢大桥的每一天,寇志强仍觉得如履薄冰,“总觉得睡不踏实,每天早上4点就自动醒来,这些白头发都是在项目上长出来的。”

同样睡不踏实的还有安全总监李根深。为了给边跨横梁和斜拉索施工腾出作业面,今年5月16日起,新首钢大桥上开始进行钢支架的拆除。这些钢支架是当初高矮塔施工时为了配合吊装而特别设计的操作平台,支架最高点有130米,相当于43层楼高。“高空作业,最担心的就是发生坠落。”
每天只要没有会,李根深都会紧盯在施工现场。早上6点20分工人们还没上岗时,他就到了桥上,一直呆到中午11点午休,夜间抢工整宿待在施工现场更是家常便饭,他必须一遍遍地确认大伙儿都用上了安全措施。“除了工地上常见的安全带外,我们还用上了防坠器,工人只要上桥就得在安全带上再系上它。”李根深说一旦发生意外下坠,防坠器就会自动锁死,拉着工人不往下坠落,“就像电影拍摄时吊的威亚,人从正面看不见它,但它却是生命的保护器。”

项目部每一名人员都在尽心尽责、默默坚守中全力确保着工程施工进度、质量和安全,成就着大桥建设奇迹:2016年6月,大桥开始基础桩施工;2017年11月2日,完成首段钢塔吊装;2018年7月16日,实现首段钢塔合龙;2019年8月1日,大桥钢梁实现零误差贯通;2019年9月10日,完成桥面铺油施工,2019年9月29日,新首钢大桥正式通车。四年时间里,项目团队用匠心和汗水打造出一个横跨永定河、直通门头沟与石景山的钢铁艺术品。

站在新首钢大桥上,脚下是碧波粼粼的永定河,两岸是日新月异的新首钢产业园区……“北京最美大桥”的美誉名副其实。以这片美好之地为起点,京西将焕发新活力,在这座新时代首都城市复兴新地标上,市民将亲身感受到京西巨变。