跨越山谷的大桥是怎么建成的？
世界第一高桥——杭瑞高速的北盘江大桥（又名尼珠河大桥），位于云南省宣威市普立乡，一个云贵交界处的峡谷之上。 由于中国特有的三级阶梯地势，山脉和丘陵遍布全国，尤其是西南的贵州、云南等省份，可以说是“地无三尺平”。这些山峰还极其陡峭，根本没有修建平直公路的条件，就连普通的盘山公路都很难修。 于是，在复杂的地形、破碎的地质条件的逼迫下，中国工程师们积累了大量的桥梁修建经验。 （一）在峡谷上建桥，扛不扛风很重要 北盘江大桥全长1341.4米，桥面到谷底垂直高度565米，相当于200层楼高。在它的帮助下，云南宣威到贵州六盘水的交通时间从原来的5个小时缩短到了1个小时。 它是一座钢桁架梁斜拉桥。这种桥型与悬索桥一起，并称为两种最优秀的现代化桥梁。它们都颠覆了人们对于桥梁的传统认知，不再由桥梁下部笨重粗大的支撑结构来维持稳定，而是靠几根看似柔弱的钢索将大桥拉起来。 （第一高桥北盘江大桥是一座钢桁架梁斜拉桥） 其中，悬索桥是将两根粗达一米的钢索悬挂在大桥两端的桥塔上，再用较细的拉杆将桥面吊在悬索上组成的。它的施工相对简便，精度要求也较小。 然而，悬索桥是一种“柔性桥”，在面对狂风暴雨、极端环境时，它就明显不够稳固。自1918年以来，已经有11座悬索大桥遭受狂风毁坏。考虑到山顶的环境恶劣，北盘江大桥选择了钢桁架斜拉桥的结构形式。 （美国塔科马悬索桥遭风灾破坏） 斜拉桥是在主桥塔顶放出斜拉索，斜拉索的另一端悬挂在桥面上，将桥面梁直接拉起而成的一种现代桥梁。它的桥面梁需要承担斜拉索对其的附加压力，因此需要采用抗压能力很强的钢桁架桥面梁。它较之悬索桥而言更为粗壮，刚度也更大，是一种“刚性桥”。 斜拉桥不需要悬索桥锚碇等大体积结构的基坑开挖和弃土处理，对环境影响小，这在交通运输不便、地质条件多变的山区中有很强的竞争优势。 （斜拉桥与悬索桥） 斜拉桥的斜拉索与桥面梁，都是需要直接受力的结构，这就为施工提出了更高的工艺和精度要求。 在施工中，刚性梁一些额外的受力与微小的变形都可能使大桥出现安全隐患，而斜拉索的松紧程度也会改变大桥的内部应力，从而造成不良影响。因此可以说，斜拉桥是很考验国家科技水平的一种桥梁。 （斜拉桥示意图。斜拉桥靠斜拉索拉住桥面，同时桥面本身也受压力。这对桥面的要求比悬索桥更高。） （二）斜拉桥稳不稳，首先看钢索 斜拉桥的安全与稳定高度依赖于斜拉索。 北盘江大桥的斜拉索呈扇形双排双索面布置，斜拉索上端固定在塔柱上，下端锚固于钢桁架梁上，全桥共有224根斜拉索。“吓人”的是，斜拉索的直径只有15.2毫米粗，和人的手指一般。这么细的钢索，能拉得起这么重的大桥吗？ （北盘江大桥的斜拉索） 事实上，斜拉桥的钢索用的不是普通的钢材。一般而言，普通的建筑用钢强度在200-400兆帕之间，有些高规格的建筑物会用到460兆帕的高强钢。而早在2006年，中国就开始专门进行斜拉索用镀锌钢丝规模化生产制造的技术攻关，并在2008年完成了攻关，将斜拉索的抗拉强度提升到了1770兆帕，一举打破了国外对我们的高价垄断。 七年过去，北盘江大桥所使用的OVM平行钢绞线拉索，其抗拉强度已经轻松超过了1860兆帕，动载应力幅达250兆帕，远超国际标准的要求。 普通钢材与北盘江大桥斜拉索的差距，就像是木材与普通钢材的差距。因此，这些以一当十的钢丝虽然细，但是却能有力地拉起整座大桥，我们丝毫不用担心。 除了强度外，这些斜拉索还采用了最先进的四层防腐体系，由外到内分别有HDPE外护套、单根小HDPE护套、油脂涂层与镀锌涂层，共同保护着斜拉索，使北盘江大桥的斜拉索拥有远高于其它一般斜拉索的寿命和安全性。 （三）从设计到施工，全部是“最新科技” 北盘江大桥从设计之初就承担着最新科技的探索任务。 从纸面的设计阶段开始，北盘江大桥的规格就非常高，使用了最新的科研成果，包括“中纵梁加大次横梁”结构体系，提高了结构受力性能，并通过焊接变形模拟计算分析，确定了正交异性钢桥面板与钢桁梁合理的连接构造和工艺。 与“天顶星”的科技水平相对的，是非常恶劣的施工条件。北盘江大桥所处的峡谷处山势陡峭、施工场地极为狭窄，并且常年刮着六级以上大风。这里距离最近的小镇还有二十公里远，就连施工用水都难以获得。 为此，工程师们特意为了施工修建了三级泵水系统，将江水从山谷的最深处泵到了565米高的施工平面上。为了给水泵供电，项目部特意在谷底修建了一个小型变电站，30多个人沿着40厘米的山路耗时一个月才将一吨重的设备搬到谷底。 为了这座大桥，工程师们就这样一个工程套一个工程，可以说是建立了一整套包括后勤保障在内的施工体系出来。 而且，通常来说，斜拉桥的桥面梁是采用“顶推”的方法进行施工的。也就是说，在桥塔架设好之后，将一节一节的桥面梁节段陆续拼接到桥体上，向斜拉索加力并固定。随着施工的进行，两边的桥面模块和拉索向中间逐渐推进并最终合拢。 但在施工过程中，由于主塔的两侧施工不会完全同时进行，顶推方案会使得主塔两侧的重量不平衡，对主塔造成水平推力，进而可能破坏桩基，影响索塔的稳定性。因此，工程师们一直在探索比较新的施工工艺。 另外，虽然峡谷深达565米，但峡谷底部的尼珠河却是条毫无通航能力的小河。桥梁的“积木”——节段梁通常重达几百吨，需要一定吨位的船只才能将其运送到现场。 工程部无法利用尼珠河将节段梁整体运送到拼接位置附近，只能拆成更小的“积木”：几吨至十几吨的小型结构构件，再一片一片地运送过来，而在桥上直接拼接结构构件是一件费时费力、误差又大的方案。这又给工程带来了更大的麻烦。 为了一揽子解决所有这些问题，工程师们尝试着采用了新工艺——钢桁梁整节段梁底轨道纵移悬拼工法。 这种工艺是指在施工现场，以极强的精度控制水平，将“积木”迅速拼装成160吨重的节段组梁，随后进行整体吊装。这样一来，安装过程迅速，既缩短了工期，又减小了对桥墩的伤害。 这是一种非常新的、同时也非常不成熟的工法，甚至被许多业内的权威抨击过。专家们大都担心这种全新工法的精准度，还有人担心施工时新架结构对旧有结构产生影响。 这就对施工队伍的专业性提出了非常高的要求，研究团队顶住了来自各方的压力，并通过足尺模型试验验证了工法的可行性，最终将这种方法推行了下去，并且在摸索中也获得了许多难以言传的技术细节。 如今，这一套施工工艺已经被写成了规范流程，成为了企业的施工工法。未来其它斜拉桥的建造过程中再遇到这种问题，解决起来只会越来越简单。 作为世界上认知度最高的标签，中国制造（Made in China）正寻求战略升级。「了不起的中国制造」专栏，力邀行业权威、资深玩家，呈现他们眼中的中国创新之路。 投稿请联系newsresearch_ntes@163.com，稿件一经刊用，将提供千字800元的稿酬。 —————————————— 出品 | 网易新闻 作者| 须臾千秋 欢迎关注《了不起的中国制造》官方微博 欢迎关注《了不起的中国制造》网易号 编辑| 史文慧