一條沱江，清水悠(you)悠(you)。橋(qiao)(qiao)面(mian)，錘(chui)聲連連，焊花四落；橋(qiao)(qiao)下，鋼柱林(lin)立，江水緩流(liu)。站在(zai)岸邊高坡遠望，一座巨(ju)“弓”初(chu)具雛形，安臥(wo)在(zai)橋(qiao)(qiao)墩之(zhi)上(shang)。

這是成渝(yu)中線高(gao)(gao)鐵(tie)建(jian)(jian)設現場，眼前的(de)巨“弓”便是簡(jian)陽沱(tuo)江特大橋(qiao)的(de)雛(chu)形。成渝(yu)中線高(gao)(gao)鐵(tie)是長江沿江高(gao)(gao)鐵(tie)的(de)重(zhong)要組(zu)(zu)成部(bu)分(fen)，全(quan)線長292公里(li)，建(jian)(jian)成后，將使成渝(yu)通行時間縮短至50分(fen)鐘。簡(jian)陽沱(tuo)江特大橋(qiao)是其中的(de)關鍵(jian)控(kong)制性工程，主(zhu)拱(gong)計(ji)算(suan)跨徑320米(mi)，邊拱(gong)計(ji)算(suan)跨徑72米(mi)，是一(yi)座無推力組(zu)(zu)合拱(gong)橋(qiao)。

無推力組合拱橋(qiao)如(ru)何設計？建設中有(you)何難點，如(ru)何突破？近(jin)日，本(ben)報記者進行了探訪。

創新設計

基于泥巖、砂巖地質條件和通航需求，確定無推力組合拱橋設計方案

“弓(gong)”臂湛藍(lan)，“弓(gong)”弦平(ping)順。水(shui)面岸邊，兩座巨型橋(qiao)墩供巨“弓(gong)”安臥(wo)。在簡陽沱江(jiang)特大橋(qiao)建設現(xian)場，數十米高的橋(qiao)面上(shang)，藍(lan)色主拱緩緩向前延伸(shen)。工人手持(chi)焊(han)槍(qiang)，藍(lan)光閃(shan)耀，焊(han)花(hua)綻放。

“這座拱橋的(de)主(zhu)拱橫跨(kua)320米,每幅拱肋由4根鋼(gang)管(guan)構成，管(guan)內灌注混(hun)凝土。”走上(shang)大橋，負責(ze)橋梁(liang)(liang)設計的(de)中鐵二(er)院高級工程(cheng)師彭福兵娓娓道來(lai)，“主(zhu)拱所有(you)的(de)水平(ping)力都由鋼(gang)箱系(xi)梁(liang)(liang)承擔，主(zhu)拱對基礎不產生水平(ping)推力，并(bing)且(qie)大橋由鋼(gang)管(guan)混(hun)凝土主(zhu)拱、鋼(gang)箱—混(hun)凝土邊拱、鋼(gang)箱系(xi)梁(liang)(liang)等組合(he)而成，所以叫無推力組合(he)拱橋。”

為何(he)選擇(ze)無(wu)推力組合拱橋，又如(ru)何(he)設計(ji)？彭(peng)福兵(bing)坦言，“方案設計(ji)大費周折(zhe)。”

2020年(nian)，中鐵二院的設計團隊(dui)(dui)就開始圍(wei)繞成渝(yu)中線如何跨(kua)越沱(tuo)江(jiang)展(zhan)開研究(jiu)。團隊(dui)(dui)來到四川簡陽石(shi)鐘(zhong)鎮的沱(tuo)江(jiang)岸(an)邊觀(guan)察——河(he)岸(an)寬闊，足(zu)足(zu)有300米，河(he)中水流緩慢，河(he)兩(liang)岸(an)低(di)山丘陵遍布。

“經我(wo)們鉆探(tan)勘察發現，沱(tuo)江兩岸地層(ceng)以泥巖(yan)和(he)砂巖(yan)為主，地基(ji)承載力(li)(li)較差。”彭福兵說，基(ji)于這(zhe)樣的(de)地質(zhi)條件(jian)，常規的(de)有推力(li)(li)拱橋方案(an)便不宜(yi)采用(yong)。

同(tong)時，沱江未來有通航需(xu)求，又對橋梁主(zhu)跨提出要(yao)求。“所以設計還要(yao)考慮盡(jin)量(liang)減少橋墩，減少對通航的(de)影響。”彭(peng)福(fu)兵說。

2021年8月，新(xin)建成渝中(zhong)線鐵路可行性研究報告批(pi)復，工(gong)(gong)程開工(gong)(gong)日(ri)漸臨近，橋梁設計(ji)(ji)也變得十分緊迫。怎么辦？設計(ji)(ji)室里，中(zhong)鐵二院十多人的(de)設計(ji)(ji)團(tuan)隊整(zheng)理(li)地形資(zi)料和橋梁設計(ji)(ji)資(zi)料，展開頭腦風暴(bao)。彼時(shi)，擺在團(tuan)隊面前有兩個選(xuan)擇：嘗試(shi)無(wu)推力組合拱(gong)橋設計(ji)(ji)或采取斜拉橋的(de)設計(ji)(ji)方式。

若采用斜(xie)拉橋(qiao)(qiao)設計，開(kai)挖(wa)量(liang)大，施工周(zhou)期長，成(cheng)本較高，但設計經驗相(xiang)對豐富；采用無(wu)推力組合拱橋(qiao)(qiao)設計，開(kai)挖(wa)量(liang)少，施工周(zhou)期短，成(cheng)本較低，但設計經驗不(bu)足(zu)。“綜合權衡橋(qiao)(qiao)梁(liang)安全性、經濟(ji)性和施工可行性后，我們(men)最(zui)終確定無(wu)推力組合拱橋(qiao)(qiao)的(de)設計方案。”彭(peng)福兵說。

橋梁(liang)設(she)計(ji)緊(jin)鑼(luo)密鼓(gu)地展(zhan)開。設(she)計(ji)團隊反復分析受力結構，確(que)(que)定橋墩位置，明確(que)(que)拱橋主跨長度(du)；同時，制出800多張設(she)計(ji)圖，從立面、斷(duan)面等不同角(jiao)度(du)展(zhan)示橋梁(liang)結構。最終(zhong)，一(yi)套(tao)可靠詳(xiang)實的無推力組合(he)拱橋設(she)計(ji)方(fang)案逐(zhu)漸成形(xing)。

數字建模

利用建筑信息模型，通過提前虛擬拼裝和實時監測調整，精準提升巨型主拱

橋上(shang)，藍色拱(gong)肋伸向天際(ji)。橋下，巨(ju)型支架密密麻(ma)麻(ma)。如何(he)讓每一節拱(gong)肋向上(shang)生長？工程師(shi)們花(hua)了不少心思。

來(lai)到沱江特(te)大橋的(de)堆場(chang)，眼前，每節拱(gong)肋(lei)(lei)長達12米，由4根直徑1.1米的(de)鋼管構成。在拱(gong)肋(lei)(lei)鋼管內，還將澆筑大量混凝(ning)土(tu)用以受力。未來(lai)，這些拱(gong)肋(lei)(lei)將被提(ti)升至大橋上，組成主(zhu)拱(gong)。

“由于鋼管眾(zhong)多，每(mei)一節拱(gong)肋(lei)在焊接時都會有焊縫，也可能存在尺寸誤差(cha)。若等拱(gong)肋(lei)送到橋上再解決誤差(cha)問題，就會大幅增加施(shi)工難(nan)度。”中(zhong)鐵大橋局成渝中(zhong)線(xian)站前五標段總工馬天亮說(shuo)。

如何解(jie)決這一難題？施工團隊嘗(chang)試將建筑信(xin)息(xi)模型（BIM）和(he)虛(xu)擬拼裝技術(shu)結合，提高組合拱拼裝和(he)提升(sheng)效率。

大(da)屏幕上，虛擬的橋梁模型位于中央，兩側列著鋼管(guan)拱提升(sheng)參數(shu)、應力(li)監測、鋼管(guan)拱姿(zi)態等數(shu)據指標。

“模擬(ni)組合(he)！”馬天亮一聲令(ling)下(xia)，工(gong)人點擊按鈕，一段(duan)拱肋(lei)進行虛(xu)擬(ni)拼裝(zhuang)。

“總工，虛擬拼(pin)裝結果(guo)顯示，鋼管拱姿態正常，符合提升前的精(jing)準拼(pin)接需求。”

如此情景(jing)，在施工現場時(shi)常上演。這(zhe)種(zhong)虛擬拼裝如何(he)實現？原來，工人已利用數(shu)(shu)字(zi)采集設備進行掃描(miao)，將(jiang)每一節拱肋數(shu)(shu)字(zi)化(hua)，然(ran)后將(jiang)數(shu)(shu)據傳輸至(zhi)系統內，便能進行虛擬拼裝。

長江沿(yan)岸鐵路集團四(si)川公(gong)司(si)科技(ji)創新帶頭人胡鵬說，施(shi)工團隊引入地(di)理信息(xi)系統(tong)（GIS），將(jiang)鐵路沿(yan)線施(shi)工資(zi)料數字化，實(shi)現了(le)鐵路施(shi)工的數字孿生，建成了(le)建筑信息(xi)模型系統(tong)。

消除提(ti)升前的潛在(zai)誤差(cha)，只是完成精(jing)準提(ti)升工作的第一步(bu)。

“施工中，我們要將跨(kua)度174米、重達2400噸的鋼(gang)結構大節段(duan)鋼(gang)拱(gong)一(yi)次(ci)性提升，怎么實現？”馬(ma)天(tian)亮賣(mai)了(le)個關子。

原來，常規方式下，施工團隊(dui)要用千斤頂提升，提升時(shi)(shi)的(de)(de)各(ge)點位(wei)承(cheng)受重量要進(jin)行人工計算，以(yi)保(bao)證提升時(shi)(shi)的(de)(de)平衡。現(xian)在，團隊(dui)把一套基于建筑信息模型系統的(de)(de)智(zhi)能監測設(she)備布設(she)在各(ge)個提升點位(wei)上，提升時(shi)(shi)數據及時(shi)(shi)反(fan)饋，當點位(wei)出現(xian)相對高差(cha)并達(da)到限值時(shi)(shi)，系統便能立刻調整各(ge)吊點的(de)(de)相對高差(cha)，實現(xian)提升過程(cheng)中(zhong)的(de)(de)穩定和精準(zhun)。“現(xian)在，我們的(de)(de)高差(cha)控(kong)制精度已達(da)到毫米級。”馬天亮(liang)說。

高效組合

引入智能化螺栓施擰和混凝土智能溫控技術，保障不同材料組合質量

橋面(mian)緩緩向前延伸，巨型(xing)組合拱旁(pang)，工人穿梭來往。站(zhan)在沱江特(te)大橋上，仔細看，已建成的拱肋靠一顆顆螺栓緊(jin)緊(jin)“攥(zuan)”在一起。

一座鐵路大橋，擁(yong)有約7.2萬套高(gao)強度螺(luo)栓(shuan)。螺(luo)栓(shuan)雖(sui)小，作用(yong)巨大。

中午時分，橋(qiao)面溫度(du)(du)高(gao)達50多攝氏(shi)度(du)(du)。工(gong)人們身著工(gong)服，汗水(shui)浸透了里衣。他們冒著高(gao)溫，揮動(dong)扳手，將一顆顆螺栓施擰到(dao)位。

如何(he)讓(rang)每(mei)一顆螺栓(shuan)精準施(shi)擰(ning)，保證主拱部件高效組合？施(shi)工隊伍為高強度螺栓(shuan)配上(shang)了一個智能施(shi)擰(ning)系統。

組合拱上，不同位置的(de)螺(luo)栓(shuan)設(she)定扭(niu)矩有所不同，智(zhi)能化施擰系(xi)統為每一(yi)個螺(luo)栓(shuan)都匹配了(le)編(bian)號，并明確輸入了(le)相(xiang)應螺(luo)栓(shuan)的(de)設(she)定扭(niu)矩。工人使用智(zhi)能化扳手施擰螺(luo)栓(shuan)后，通過傳感(gan)器(qi)感(gan)應，螺(luo)栓(shuan)的(de)施擰扭(niu)矩和施工時間就得以(yi)回傳系(xi)統。

“在我(wo)們的(de)建(jian)筑(zhu)信息模(mo)型系統(tong)上，每個螺(luo)栓(shuan)的(de)位(wei)置和擰緊狀(zhuang)態都能清(qing)晰(xi)展示(shi)。”馬(ma)天亮說，這樣就實(shi)現了對(dui)每個螺(luo)栓(shuan)施擰狀(zhuang)態的(de)全面掌控，避免漏(lou)擰、欠擰和超擰現象。

不僅(jin)要(yao)讓螺栓“攥(zuan)”住不同(tong)(tong)主拱部(bu)件(jian)，也要(yao)讓鋼管與混凝土充分組(zu)合。材料不同(tong)(tong)，性(xing)能各異，怎么確保(bao)不同(tong)(tong)材料的高效組(zu)合？

馬(ma)天(tian)亮把手指(zhi)向了施工(gong)項目部大屏(ping)幕上的智能溫(wen)(wen)控系統(tong)，混凝土溫(wen)(wen)度(du)、流(liu)(liu)量等(deng)參(can)數依次展示(shi)。“內部混凝土溫(wen)(wen)度(du)過高(gao)，增加冷卻(que)水(shui)管通水(shui)流(liu)(liu)量。”傳感(gan)器監測到混凝土溫(wen)(wen)度(du)異常后，智能溫(wen)(wen)控系統(tong)自主啟動(dong)對冷卻(que)水(shui)管通水(shui)時(shi)長和流(liu)(liu)量的調節(jie)。

“大(da)體積混(hun)凝土(tu)(tu)(tu)澆筑(zhu)進鋼管(guan)后(hou)，如果混(hun)凝土(tu)(tu)(tu)內(nei)外溫(wen)差(cha)過大(da)，存在(zai)開裂風險，嚴重影響組合拱的質量。”馬天亮說，引入(ru)智能(neng)溫(wen)控(kong)(kong)系(xi)(xi)統后(hou)，工人在(zai)澆筑(zhu)混(hun)凝土(tu)(tu)(tu)時(shi)，在(zai)鋼管(guan)內(nei)埋設(she)了溫(wen)度傳感器和(he)冷卻水(shui)管(guan)，傳感器實(shi)時(shi)采集混(hun)凝土(tu)(tu)(tu)參數，系(xi)(xi)統根據智能(neng)溫(wen)控(kong)(kong)算(suan)法，自動(dong)控(kong)(kong)制冷卻水(shui)管(guan)通水(shui)時(shi)長和(he)流量，精準(zhun)控(kong)(kong)制混(hun)凝土(tu)(tu)(tu)降溫(wen)速率。“這樣，冷卻過程實(shi)現智能(neng)化(hua)、無人化(hua)。”馬天亮說，目前已完(wan)成(cheng)超(chao)5000立方米的混(hun)凝土(tu)(tu)(tu)智能(neng)溫(wen)控(kong)(kong)。

今年下半(ban)年，沱(tuo)江特大橋即將合龍。當包含不同(tong)部件(jian)和材料的巨型組(zu)合拱(gong)精準(zhun)提(ti)升、高效組(zu)合，這(zhe)座中承式無推(tui)力組(zu)合拱(gong)橋將等待(dai)第一(yi)趟高鐵(tie)列車飛馳(chi)而過。