房子看高,桥梁看跨。桥梁的主跨长度,是衡量桥梁技术水平和建设能力的重要标志。跨度越大,意味着用材量大、自重大、相应的建设难度也越大。
(资料图)
20多年前,中国修建跨径440米的桥梁曾广受西方质疑,而如今的中国,跨径超千米的大桥已不新奇。世界最大(长)跨径悬索桥、斜拉桥、跨海大桥的前十座,中国均占据半壁江山甚至更多。
伴随着桥梁跨径的延长,我国的桥梁工程技术不断创新超越。
中国工程院院士高宗余,就是实现这些超越的主导者之一。他在桥梁建造领域兢兢业业奋斗36年,主持修建的大桥创下多项世界纪录,斩获多项国际大奖,为我国桥梁工程技术发展做出了重要贡献。
创新——一次次突破造就多个“世界之最”
时间倒回20年。21世纪初,随着京广高铁的修建,高铁如何跨越长江,连通大江南北,成为人们关注的话题。
根据京广高铁路线规划,需要在武汉天兴洲修建一座公路、高铁两用大桥。大桥南起武汉青化立交桥,跨过浩浩长江,直抵江北的汉施立交桥。
在长江上修建公铁大桥,上要确保汽车、高铁安全通行,下要确保各种吨位的轮船顺畅通航,这就要求大桥的主跨要达到500米以上,一系列的挑战也随之而来。
与普通公路桥、铁路桥相比,公铁两用大桥通常“上层跑汽车,下层跑火车”,一条高铁的载重量相当于4条高速公路。天兴洲大桥为四线铁路和六车道公路共用的大桥,其中有一条双线高铁,四线铁路加上六车道公路,总载重量相当于34车道公路。
跨径如此之大,载重如此之多,如何确保大桥的安全牢靠,这就是技术难点所在。
没有现成的方案,一切都需要创新。以往的公铁两用桥最多只有两线铁路四车道公路,这类桥梁都采用“两主桁”结构。而这放在天兴洲长江大桥上显然不适用。
怎么办?高宗余和团队经过审慎考虑,认真推演,大胆提出了一个全新的方案——那就是“三索面三主桁”结构,而这个方案在当时世界上没有先例。
方案一提出就引起了热烈的讨论,尤其是一些外国专家不断发出疑问:增加一面斜拉索后,大桥结构受力复杂,如何确保桥梁安全?悬臂安装时对接点多,施工架设难度大,如何确保桥梁能顺利建成?
高宗余带领团队开展了关键技术研究。根据无应力状态理论,研发了具有自主知识产权的设计软件,获得了大桥施工建造全过程的精准控制力和变形指标,全面论证了大桥的行车性能;针对三片主桁悬臂安装对接点多的特点,研制成功载重700吨的自动控制架梁吊机,实现桁段架设中的多点起吊和精确对位。
难题一一解决。
与以往的“两索面两主桁”结构相比,“三索面三主桁”结构行车性能好,节省用钢3300吨,节省工程造价1.1亿多元。
2009年12月26日,主跨504米的武汉天兴洲公铁两用长江大桥胜利建成通车,使得高铁第一次跨越了长江。我国的高铁版图、交通格局,由此翻开了新的一页。
这座大桥建成后,通过的列车和汽车无数,为国家的经济社会发展作出了贡献,收获了诸多“中国之最、世界之最”。
2010年6月,荣获了有世界桥梁界“诺贝尔奖”之称的乔治·理查德森奖。2013年,荣获国家科技进步一等奖。“三索面三主桁”也开创了一个全新的斜拉桥结构,此后多数大跨度桥梁都采用这种结构。
破题和创新一直是高宗余桥梁设计生涯的主题:主持设计我国第一座跨海大桥——上海东海大桥外海段时,高宗余和同事们提出了“预制、整体、工厂”概念,大大提高了建桥效率;主持设计郑州黄河两用公铁大桥时,将钢桁梁设计成独特的倒梯形,上宽下窄,上层为双向六车道国道公路,下层为高速铁路,为世界首次采用……
正是这一次次的突破和创新,成就了我国桥梁建设的多个“世界之最”,帮助中国桥梁建设从跟跑、并跑走向了领跑,在世界绽放光芒。
担当——铺就“中国跨度”传奇
南通与苏州,一个在长江之北,一个处长江之南,一江之隔,使两地交通面临巨大阻碍。曾几何时,从南通到苏州、上海,需要绕一个大弯,“南通不通”成为许多人心头之痛。
伴随着长三角一体化发展战略的推进,打通交通梗阻,架设沪苏通长江公铁大桥,成为人们的期盼。
2005年,高宗余受命进行沪苏通长江公铁大桥的选址,综合各方面的考虑,最终决定采用南通九圩港到苏州张家港之间的桥位。
然而,这里临近长江入海口,长江江面比上游、中游更加宽阔,穿梭往来的船舶也更多,对桥梁跨径要求更高。沪苏通长江公铁大桥桥位确定后,一计算,大桥的跨度要超过千米,达到了1092米!而当时国内外同类型的桥梁,跨度最大的才630米,而且还在建设中,从630到1092米,跨度一下提高了70%。
这为大桥的建设带来不少难题:跨度越大,用材急剧增长,自身重量也会增加,据统计,大桥建设用钢量达48万吨,相当于12个“鸟巢”,如此大的重量,大桥自身能否承受得住?跨度大,能否跑高速列车,其抗重是否足够?桥的跨度过大后,如何更好地防风防震,桥的动力响应如何设计,这也是个问题……
在桥梁设计领域有一种说法,很多方案从理论上看起来是可行的,但是到底能不能落地,就要考虑多方面的因素,而这一切都是未知的,都需要桥梁设计者根据自己的经验、知识做出判断。所以面对从未建设过的桥梁类型,拍板往往是最难的,这考验着决策人的胆识、决心和能力。
“能不能行?”“是不是步子迈得大了些?”大家心里都没底,把目光投向高宗余。
高宗余深知自己的责任,这座桥梁直接影响着长三角一体化战略,只能成功,不能退缩。但他也深知,担当不仅需要不畏困难的勇气,更需要科学严谨的态度,只有深入论证,科学决策,才能圆满完成任务。他一遍一遍走访,一遍一遍计算推演,基于多年的经验、缜密的分析,认为可以完成,最后拍板——做!
经过多年的建设,沪苏通长江公铁大桥顺利建成通车。大桥全长11.07公里,主跨1092米,集国家干线铁路、城际铁路和高速公路于一体,可抵御14级台风、8级地震、10万吨级船舶的撞击。桥上高铁飞驰,桥下的长江上,大大小小的轮船,包括10万吨、15万吨的巨轮依然能够来往自如。南通与苏州、上海之间,从此有了便捷的通道,这片长三角的重要区域,从此更加紧密地融合在了一起。
中铁大桥局和中铁大桥院,是一个拥有庞大的科技创新群体的团队,被誉为“中国建桥第一军”。身为总工程师的高宗余,是这个群体的技术带头人。
近年来,中铁大桥院承担了很多创造世界纪录的桥,作为技术带头人,这些桥梁建设中都有高宗余的身影,一些重大的技术创新,都离不开他决策的支持。一遇到问题瓶颈,他总会身先士卒、挺身而出,解决问题。
设计二院院长傅战工提起了一桩事:南京仙新路长江大桥主跨1760米,建成之后将是目前国内最大跨度的桥梁。桥的跨度大、梁却比较窄,这种情况下抗风就成了问题,要么把梁做得更高,但是钢结构的制造难度和运输难度就增大,要么干脆就把桥做宽一点,但又会造成浪费。工程师们犹豫了,不知道往哪个方向努力,建设时间又很紧急,耽误不得,急得他们满头大汗。
高宗余了解情况后,经过思考,提出解决方案:宽度不要人为的增加,高度不要人为的箱梁,在梁的气动外形上做文章。大家按照这个思路去做了,既没有加宽也没有加高,而是和科研单位一道反复试验,把梁的形状设计成不同的样子,最后抗风能力真的顺利通过了测试。
这样的例子在高宗余工作中数不胜数,他的这份担当也有力地推动了我国桥梁建设技术的发展:他和团队系统构建了高铁大跨桥梁建造成套技术,使我国高铁桥梁在跨越能力、承载能力、建造技术、行车速度等方面均处于世界领先地位;研发的复杂环境下跨海桥梁建造技术,为我国跨海桥梁工程建设提供重要技术支撑……
笃实——带领中国桥梁继续领跑
在中铁大桥院,提到高宗余的技术能力,大家都会竖起大拇指:上世纪80年代,我国没有现成的桥梁设计软件,他就自己做了“斜拉结构软件系统”,至今仍在国际上处于领先地位;他基本功扎实,“一张图纸交到他手上,一眼就能看出哪里不对”;他知识储备丰富,国内外各种技术流派都如数家珍,大脑里仿佛有一个“资料库”……
而他付出的辛苦却是不为人知:他的办公室里一整墙的书,别人在娱乐休息,他在阅读钻研;建长江二桥时光数据就能汇总成一本100多页的书,一边编程序,一边做计算,一边不断完善,上万个数据,算一遍要10个小时,就这样硬是干了半年;作为总工,院里每一个技术方案都需要他签字,他深知责任重大,压力大的时候经常失眠掉头发,吃饭睡觉脑子里还一直转着事。
他看上去儒雅温和,为人也低调谦虚,但涉及到技术的问题,却从来不含糊,一点通融都不给。
中铁大桥院的青年工程师一来就知道,在高宗余这里,做不了“差不多先生”。
他问得很细,还喜欢追问:数据报出来,他问核过没有,谁核的,用什么算出来的,采用了什么理论,这个理论放这里合不合适,为什么觉得应该这么做,有些小伙子事先没做准备,被问得急了,直接挤出差不多、多少左右,他当即严厉:你不能差不多,该多少就是多少!
但在青年工程师的眼里,他又是个好老师。中铁大桥院常务副总工程师肖海珠只比高宗余小7岁,跟高宗余共事20多年,他却说自己是他实打实的“徒弟”。“刚开始我只有书本知识,他就手把手教我。有一次一个斜拉桥数据总是不对,又着急要,我急得不行,他就放下手中的工作,一点一点帮我查错,不厌其烦。”肖海珠说,“他在传授技术上从来是毫无保留,生怕你学得太慢,恨不得一下子就培养成材。”
在技术上,高宗余从来都是顶在前面,而抛头露面的事,他却总是一再地推。沪苏通长江公铁大桥通车典礼上,大伙叫了他好几次,他都一直推辞,“您是桥梁的总设计师啊,去是应该的!”还是不去,“这些都是大家的功劳”,最后大伙只有把他硬拽了去。
开评审会,他也是最后一个发言,“我要是第一个发言,很有可能给人定调子的感觉,我不想大家因为我是总工而不愿提出不同的意见。”
说起未来的规划,他滔滔不绝,要面向国家重大工程建设需要,展开大跨度桥梁、跨海大桥、险峻山区大桥等新一轮的研究;要把新材料和新装备自主研发的这个产业制高点拿下,促进我国的产业技术进步……而问及到底主持设计多少座桥梁时,他一愣,随即笑道:“30多座?领导一直让算一个准确的数字,我说不用了,多少不重要,这又不是我个人的成绩,都是集体努力的结果。”
世界桥梁界有这样一句话:世界桥梁建设20世纪70年代以前看欧美,90年代看日本,21世纪看中国。
我国桥梁建设经过多年的努力,如今迎来了21世纪的“超越”阶段,“十三五”期间,我国设计建造的桥梁创下多个世界第一,被誉为桥梁建设的“中国奇迹”。未来,在以高宗余为代表的众多桥梁建设者的努力下,必将将这个奇迹一直续写下去。
责任编辑:牛淋淋
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