敢为人先开新路 百米海下稳扎根——读懂西堠门公铁两用大桥建设智慧“密码”

【蜂耘网 机械重工】4月16日，甬舟（宁波—舟山）铁路西堠门公铁两用大桥建设迎来新进展。“5号桥塔主墩的18根6.3米钻孔桩混凝土全部灌注完成。桩基最深达海平面以下100米（水深近60米，入岩深度47.5米）。”中铁大桥局甬舟铁路西堠门公铁两用大桥常务副经理李永旗说。

 

　　西堠门公铁两用大桥全长3118米，是在建甬舟铁路及甬舟高速公路复线、跨越西堠门水道的跨海桥梁，连接舟山金塘岛和册子岛，设计为铁路双线，时速250公里；两侧为双向6车道高速公路，设计时速100公里。

 

　　西堠门公铁两用大桥主跨1488米，是目前世界最大跨度公铁大桥。这种“公铁平层”布置，使桥面宽度达到68米，这座桥也成为了世界最宽的跨海大桥。

 

　　这座工程的多项世界级桥梁难题是如何攻克的？科技日报记者就此采访了相关专家。

 

　　“悬索+斜拉”填补桥梁设计空白

 

　　2016年，相关设计团队开始对西堠门公铁两用大桥进行设计预研后发现，大桥所处航道是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。同时，西堠门海峡6级以上大风每年超100天，最大浪高达7.8米，桥墩位处最大水深超60米、设计流速3.47米/秒，基岩裸露且岩面倾斜。

 

　　为达到通航需要，西堠门公铁两用大桥单跨设计必须达千米以上。当时，世界单跨最大公铁两用桥沪苏通大桥正在建设，单跨1092米，已形成一套设计创新技术。但设计团队发现，在西堠门海域找不到1000米级斜拉桥的桥塔基坑位置。

 

　　“此前，我国已建跨海公铁桥梁的桥梁基础没有超过海平面以下50米水深的案例，最大水深超60米所带来风险太大。”中铁大桥勘测设计院总工程师、西堠门公铁两用大桥总设计师肖海珠说。

 

　　综合考虑通航需求和海中复杂地形地质等综合因素后，设计团队结合柔性悬索桥大跨和斜拉桥刚性的优势，在国内首创“悬索+斜拉”及公铁同层设计，将跨海铁路桥单跨一举推至1488米，建立了大跨度“悬索+斜拉”协作体系的计算理论，填补了相关桥梁设计方面的空白。

 

　　倒机翼形状主梁更抗风

 

　　西堠门公铁两用大桥为啥要设计成最宽的公铁平层，而不是技术相对成熟的公铁上下两层？“这是因为抗风需求。”中铁大桥勘测设计院西堠门公铁两用大桥项目负责人潘韬表示，双层桁梁因结构本身原因，侧向面积大，抗风稳定性难以满足要求。

 

　　依据空气动力学原理，设计团队将西堠门公铁两用大桥主梁设计为倒置的机翼形状。当空气流过机翼时，因机翼上表面的曲线形状，会在机翼上表面产生较低的压力，在下表面产生较高的压力。

 

　　“这种上下表面的压力差是机翼产生升力的主要原因。而倒置的机翼主梁的形状，恰恰让这种压力差相反，当空气流过主梁时，使桥梁的力量向下，结构更牢固。”潘韬说。

 

　　除了抗风，设计团队还研发了风屏障+箱间盖板+抑流板的综合抗风措施，降低了涡振纵向相干性，完全消除了大桥的涡振现象。

 

　　世界最粗钻孔桩竖牢海底

 

　　西堠门公铁两用大桥采用18根直径6.3米的钻孔桩基础——这是世界直径最大的桥梁钻孔桩基础。

 

　　如何令其在波涛汹涌间稳稳扎根？“我们在建设中首次尝试采用自浮式钢桁架钻孔平台，将水上施工转化为陆地施工。”李永旗说。

 

　　受洋流、高低潮等影响，平台浮运的精确定位十分重要。在这过程中，哪怕一根缆绳断裂，都可能造成毁灭性后果。中铁大桥局研制开发了数字孪生平台，指导平台精准定位。

 

　　为突破岩层，中铁大桥局还自主研发了ZJD7000大型动力头钻机，配备先进智能化系统，具有施工数据实时运算显示存储、无线遥控操作、多点监控等功能。

 

　　西堠门公铁两用大桥建设正全力推进。“4号主塔钢沉井基础已完成沉放着床施工，下一步将按计划推进钢沉井封底填筑施工。”中铁四局二公司西堠门公铁两用大桥项目部总工程师李勇海说。

 

　　甬舟高铁是国家《中长期铁路网规划（2016—2030年）》重大项目，西起宁波东站，终于舟山白泉站，线路全长77公里，预计2028年具备通车条件，届时高铁上岛，舟山将结束不通火车的历史。

 

 

(蜂耘机械重工网 责任编辑：娟子）