出品 | 網(wǎng)易新聞
作者 | 須臾千秋，清華大學(xué)土木工程博士
長(zhǎng)江是中國(guó)最長(zhǎng)的河流，從中上游的重慶、武漢到下游的南京、上海，串起了中國(guó)南方大部分重要城市，如今，中國(guó)人已經(jīng)在長(zhǎng)江上建起了超過(guò)一百座橋梁，我們今天要介紹的即將竣工的南京長(zhǎng)江五橋，正是其中的一座。
（一）這是一條由橋梁和隧道兩部分組成的過(guò)江通道
長(zhǎng)江越到下游，河道越寬，修橋也就越不容易，到了南京，長(zhǎng)江的寬度已經(jīng)超過(guò)了兩公里，在這樣寬的河面上修橋，每一座都是世界級(jí)的難度。
在1968年之前，南京的江面上沒(méi)有一座橋，長(zhǎng)江兩岸的交通只能依靠輪渡，一直到1968年國(guó)慶節(jié)，第一座南京長(zhǎng)江大橋才建成通車。
當(dāng)時(shí)的國(guó)家財(cái)政比較緊張，工程技術(shù)也很落后，因此只能選擇相對(duì)而言施工條件較好、江面跨度較小的位置建橋。但當(dāng)時(shí)，長(zhǎng)江兩岸的交通需求也較小，因此這座橋還能夠滿足當(dāng)時(shí)的需要。
但改革開(kāi)放后，南京的經(jīng)濟(jì)發(fā)展日新月異，城市規(guī)模也迅速擴(kuò)大，長(zhǎng)江兩岸交通需求也急劇提高，每天數(shù)百萬(wàn)輛汽車和幾百列火車來(lái)往長(zhǎng)江南北，不僅大橋的數(shù)量要足夠多，選址也不能像以前那樣挑三揀四，而是每隔幾公里就要有一座橋，以便于人們的方便就近過(guò)江，提高整體交通效率。
（長(zhǎng)江五橋所處位置）
我們今天要說(shuō)的這座南京長(zhǎng)江五橋，就是南京道路網(wǎng)橫跨長(zhǎng)江的第五座大橋，因?yàn)榇┰浇闹蓿视直环Q為江心洲大橋。
它位于南京長(zhǎng)江三橋下游約5公里、南京長(zhǎng)江大橋上游約13公里處，全長(zhǎng)11.99千米，說(shuō)是大橋，其實(shí)長(zhǎng)江五橋是由橋梁和隧道兩部分組成的過(guò)江通道。
大橋自北向南起自南京市浦口區(qū)五里橋，接江北大道，以橋梁的形式跨越4.4公里的長(zhǎng)江主航道后，經(jīng)梅子洲（江心洲），以1.8公里的隧道形式下穿夾江，止于夾江南岸，連接江山大街。大橋全線采用雙向六車道的一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，路基和橋梁段設(shè)計(jì)速度100公里/小時(shí)，寬度30.5米，隧道段設(shè)計(jì)速度80公里/小時(shí)。
為了保障長(zhǎng)江主航道的通航要求，橋梁左汊主航道橋梁通航凈空高度在設(shè)計(jì)最高通航水位以上不小于32米，左側(cè)主通航孔所覆蓋的10.5米深水航道有效寬度不小于150米。
?。ń衲?月28日，南京長(zhǎng)江五橋剛剛順利合龍）
（二）全新施工理念，大橋超90%工程步驟預(yù)制拼裝完成
長(zhǎng)江五橋的橋梁部分采用的是斜拉橋的結(jié)構(gòu)形式，斜拉橋的橋梁跨度較大，可以保障橋下的正常通航，而且抗風(fēng)能力強(qiáng)，是一種現(xiàn)代化的橋梁結(jié)構(gòu)形式。
斜拉橋的承重關(guān)鍵在于索塔，橋梁的自重和橋面板承載的各種外力沿著高強(qiáng)度斜拉索傳到高聳的索塔上，再由索塔傳到地基，索塔的穩(wěn)固決定了全橋的穩(wěn)定。
長(zhǎng)江五橋的索塔是國(guó)內(nèi)首創(chuàng)的鋼殼-混凝土組合索塔，這種索塔外層是鋼殼結(jié)構(gòu)，內(nèi)部是鋼筋混凝土。這種組合結(jié)構(gòu)體系有利于提高橋梁的承載力和耐久性，自重和體積比混凝土結(jié)構(gòu)的索塔大大減少，外觀也更加纖薄美觀。
（組合結(jié)構(gòu)索塔）
鋼材具有良好的抗拉性能，但是抗壓能力弱，單純的鋼材受到壓力時(shí)很容易發(fā)生翹曲，進(jìn)而使得整個(gè)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，而混凝土則具有良好的抗壓性能，受壓時(shí)十分穩(wěn)定，但抗拉能力很弱，受到拉應(yīng)力時(shí)很容易發(fā)生脆性斷裂。組合結(jié)構(gòu)是將鋼材與混凝土的優(yōu)勢(shì)結(jié)合在一起，用鋼材受拉力，用混凝土受壓力，各盡所能，最大限度地利用材料的優(yōu)勢(shì)，提高系統(tǒng)安全性的同時(shí)也可以節(jié)約材料。
大橋所用的斜拉索也采用了創(chuàng)新工藝，每一個(gè)索塔兩側(cè)各有20對(duì)斜拉索，每一根斜拉索由66根鋼絞線組成，外面包著白色的防銹外殼。施工采用往復(fù)牽引法穿鋼絞線，比傳統(tǒng)的整根安裝的平行鋼絲索有更強(qiáng)的抗風(fēng)振能力，在遇到大風(fēng)襲擊時(shí)，橋體發(fā)生的振動(dòng)幅度更小。同時(shí)，這種新工藝也減少了整根安裝和日后更換的施工難度。
?。ǜ邚?qiáng)斜拉索，每條重達(dá)20多噸）
相比起其它橋梁，長(zhǎng)江五橋的先進(jìn)之處并不體現(xiàn)在某一個(gè)具體的施工工藝上，而是體現(xiàn)在整體的施工理念上。
大橋超過(guò)90%的工程步驟都是預(yù)制拼裝完成的，主塔、橋面、橋墩等這些構(gòu)件都是在工廠完成生產(chǎn)，再運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)一一組裝的。
采用預(yù)制拼裝法，可以將大量的工序轉(zhuǎn)移到工廠之外，場(chǎng)內(nèi)外進(jìn)行結(jié)構(gòu)的平行作業(yè)，一邊現(xiàn)場(chǎng)施工，一邊在場(chǎng)外生產(chǎn)預(yù)制件。這樣一來(lái)，不僅不需要在現(xiàn)場(chǎng)等待漫長(zhǎng)的澆筑和混凝土凝結(jié)，把工期縮短一半，還極大地改善了施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境。
預(yù)制拼裝帶來(lái)的場(chǎng)內(nèi)揚(yáng)塵極少，也沒(méi)有太多的施工噪聲。此外，每一個(gè)預(yù)制構(gòu)件上都有一個(gè)身份二維碼，掃一掃，可以詳細(xì)了解每個(gè)構(gòu)件的全部信息。如果哪個(gè)構(gòu)件的質(zhì)量出了問(wèn)題，可以迅速追根溯源。
?。ㄆ囱b施工中的大橋）
大橋橋面的混凝土也采用了創(chuàng)新技術(shù)。與普通混凝土不同，這種混凝土的內(nèi)部加入了鋼纖維材料，同時(shí)通過(guò)調(diào)整配合比及骨料的粒徑，將強(qiáng)度提升為普通混凝土的五倍。
這樣的橋面板僅需17厘米即可滿足設(shè)計(jì)要求，而傳統(tǒng)混凝土則需要28厘米。這種創(chuàng)新減輕了橋體的自重，增加了大橋的強(qiáng)度，而且大大減小了使用過(guò)程中的磨損，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看降低了橋梁的維護(hù)成本。
（三）穿越重點(diǎn)生態(tài)保護(hù)區(qū)，環(huán)保要求極高，如何滿足？
長(zhǎng)江五橋穿越綠水灣濕地公園和夾江飲用水源保護(hù)區(qū)，均為生態(tài)紅線一級(jí)管控區(qū)，環(huán)評(píng)對(duì)污染控制要求非常嚴(yán)格，甚至不允許橋面雨水排入長(zhǎng)江。
發(fā)生降雨時(shí)，雨水與橋面塵土泥沙、汽油漏油等摻混在一起，含有許多污染物，直接流入橋下的長(zhǎng)江中確實(shí)會(huì)對(duì)江水造成污染。因此，大橋中設(shè)置了橋面雨水收集處理系統(tǒng)，將橋面鋪裝層表面排水和結(jié)構(gòu)層內(nèi)部滲水收集起來(lái)集中處理。
降雨時(shí)，大橋通過(guò)泄水孔、橋梁兩側(cè)縱向雨水干管收集橋面徑流，隨后進(jìn)入地面消能池，以消除橋面污水從橋面落到地面十幾米的動(dòng)能。
經(jīng)過(guò)消能后的雨水再進(jìn)入隔油沉淀池中，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的沉淀，初期雨水中的懸浮物在重力沉降作用下沉淀在池體底部，油污則經(jīng)過(guò)隔板隔離在水的頂部。經(jīng)過(guò)沉淀后，去除污染物的雨水接入城市雨水排放管網(wǎng)排出，沉淀污泥和油污則通過(guò)吸污車專門(mén)進(jìn)行處理。
全過(guò)程中，不會(huì)對(duì)濕地公園造成環(huán)境影響。
（隔油沉淀池構(gòu)造圖）
跨江大橋的修建還會(huì)造成一定的水土流失問(wèn)題，在橋梁施工中涉及到大量的土方開(kāi)挖，勢(shì)必會(huì)破壞地表的土壤和植被。因此，施工方專門(mén)設(shè)置了水土保持方案編制小組，對(duì)施工挖開(kāi)的表土進(jìn)行集中堆放，待施工結(jié)束后重新用作綠化用土。
除了進(jìn)行常規(guī)的截排水、坡面防護(hù)等措施外，小組對(duì)工程的挖方和填方進(jìn)行了細(xì)致的計(jì)算和設(shè)計(jì)，進(jìn)行更加科學(xué)合理的土方調(diào)配，使得工程自身的挖方和填方能夠自相平衡，無(wú)需額外設(shè)置取土場(chǎng)，也大大減少了額外棄土，最大限度地降低了施工對(duì)地表水土的改變和干擾。
（四）為修南京長(zhǎng)江五橋的隧道，量身打造超級(jí)盾構(gòu)機(jī)
除了大橋外，長(zhǎng)江五橋的隧道部分也采用了最新的技術(shù)。
隧道工程全長(zhǎng)1159米，隧道管片外徑15米，開(kāi)挖直徑15.46米，屬國(guó)內(nèi)罕見(jiàn)超大直徑盾構(gòu)隧道。
專為五橋隧道量身打造的穿江“利器”是一臺(tái)整機(jī)長(zhǎng)140米、總重達(dá)3500余噸的“超級(jí)盾構(gòu)機(jī)”，共安裝了237把不同類型刀具，其中有1/3的刀具可進(jìn)行常壓換刀，能夠極大地提高檢修和施工效率。
（盾構(gòu)施工內(nèi)景）
盾構(gòu)機(jī)穿越江底，施工風(fēng)險(xiǎn)特別高。
工程始發(fā)端最淺覆土7.1米，不足0.5倍隧道直徑，為淺覆土始發(fā)，最深處41.6米，基坑深度達(dá)38.9米，相當(dāng)于地下13層樓高度，是南京第一超深基坑。
盾構(gòu)機(jī)的施工正是要在這些壓力差異巨大的環(huán)境中進(jìn)行，能夠應(yīng)付如此復(fù)雜的施工環(huán)境，得益于大量水下隧道施工經(jīng)驗(yàn)的積累和工程人員的高素質(zhì)。長(zhǎng)江五橋隧道建成后，將成為國(guó)直徑最大的公路盾構(gòu)隧道。
結(jié)語(yǔ)
2020年5月，“新時(shí)代”號(hào)盾構(gòu)機(jī)在隧道中破土而出，南京長(zhǎng)江五橋夾江隧道全線貫通，6月，南京長(zhǎng)江五橋的橋梁部分全部梁段安裝任務(wù)完成，橋梁成功合龍，預(yù)計(jì)今年年內(nèi)，長(zhǎng)江五橋即可完成最后的路面鋪設(shè)、裝修工作并最終通車，大橋建成后將不設(shè)收費(fèi)站，成為南京市第4條免費(fèi)過(guò)江通道。
編輯| 史文慧
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