图为聊泰铁路黄河公铁桥。受访单位供图
山东省济南市平阴县与聊城东阿县隔黄河相望。
在平阴县与东阿县下游2000米处，一座钢桁梁公铁两用桥展露新姿。这座桥是在建聊泰铁路黄河公铁桥，全长3.37公里，其中跨越黄河段782.4米。
“聊泰铁路黄河公铁桥是国内最大跨径钢桁梁公铁两用桥，也是目前黄河上施工结构形式最复杂的公铁桥之一。”中铁一局聊泰铁路黄河公铁桥项目经理王晓勇说。
近日，聊泰铁路黄河公铁桥工程收尾工作正在紧张进行中。
在“千层蛋糕”里捅“马蜂窝”
聊泰铁路黄河公铁桥设计复杂。整个桥体由钢桁梁、现浇连续梁、先简支后连续小箱梁组合而成，分上下两层桥面。上层为公路桥面，宽24米，下层为铁路桥面，宽11.4米，是目前黄河上施工结构形式最复杂的公铁两用桥之一。
据设计人员介绍，聊泰铁路黄河公铁桥设计有多项创新。钢桁梁采用斜桁架设计，增强了主梁的横向刚度，以满足列车行驶条件；采用带内力安装腹杆的方式，可大幅缩小主桁支点处弦杆弯矩，降低支点处弦杆应力水平；主桁架预拱度设置采用正弦曲线拟合法，相比传统抛物线拟合法可有效降低安装次内力，减小施工难度。为尽力减少桥梁自身用钢量，设计还采用栓焊结合施工方式，增加了钢梁的稳定性。最终，全桥设计用钢量为1.4万吨。
东阿县与平阴县，地面标高低于黄河。为满足后期通航要求及连接既有105国道，钢桁梁桥设计呈缓缓的“人”字形坡度。
聊泰黄河公铁桥桥梁施工所在管段，岩溶发育十分活跃。地质勘探报告显示，施工区域河床土质层种类繁多，有粉砂层、粉质黏土层、黏土层以及岩石层等。“这样的地层犹如千层蛋糕，而桩基施工区域内的溶腔分布，更似镶嵌在千层蛋糕中的马蜂窝。”中铁一局聊泰黄河公铁桥项目总工程师刘军说。
在这样的地质条件下进行桩基施工，如同在千层蛋糕里捅马蜂窝，还要保证千层蛋糕不变形。
施工难度再大，也要保证施工质量和黄河河床安全。
2号墩位正处在一个高11米，分布范围达300多平方米的溶腔上部。若施工过程处理不慎，将导致大的透水事故，引起黄河河床塌陷、栈桥平台垮塌等安全事故。
“对此，我们制定了特殊工艺流程，先注浆后钻孔，保证岩溶中的桩基安全施工。”刘军说。
同时，项目技术小组还进行了创新，改普通单层护筒施工为双层护筒施工。
“外层护筒为导向护筒，在黄河高流速下，可使引孔工序完成一次成孔，护筒下放效率较原工艺提高50%；内层护筒则保证在桩基施工过程中，外层泥沙倒灌进入溶腔。”王晓勇说。
据介绍，双层护筒工法属于国内领先技术，为同类型施工作业提供了宝贵经验，丰富了我国桥梁建设技术体系。
18层楼高度精准“穿针引线”
将重达1.4万吨、780米长的主桥钢桁梁架于黄河之上，绝非易事。
“为减少钢桁梁架设施工对河道的干扰和破坏，我们采用了多点同步顶推技术。”刘军说。
聊泰黄河公铁桥钢桁梁顶推最大跨度180米、单边顶推总长度781.2米、顶推总重量1.47万吨，顶推长度和重量处于同类桥梁前列。
钢桁梁顶推架设桥梁是一项成熟的施工工艺，关键核心是做到各个环节的精准同步。
聊泰黄河公铁桥主桥钢桁梁共由21540个构件、303720颗高强螺栓、11.22公里长的焊缝组成。其中钢桁梁最大构件吊重62.5吨，钢件安装高度50米。钢梁吊装区域位于黄河滩地，该地风力风向并不稳定。在这样的环境下进行钢桁梁拼装，相当于在18层楼的高度上“穿针引线”。
为做到“安全、环保、高效”施工，建设者采用了智能、仿真等多项先进技术。
项目技术团队结合测量数据、综合考虑横纵向风力，预先在地面进行模拟拼装，将高空作业危险降到最低。项目技术团队还将钢桁梁顶推操作由人工操作转换成了智能操作。“我们选用的智能控制系统和顶升系统，可同时控制30多台千斤顶同步运行。指挥人员通过电脑、WiFi即可远程控制。系统可记录顶推过程中的每一个施工循环参数，并与设计、监控参数进行综合分析判定，让指挥人员做到每道工序心中有数。此外，项目技术团队还建立了监控预警信息系统，对钢梁变形应变数据进行实时监控。当出现超标及异常数据时，系统会及时报警，保证施工安全。”刘军说。
避免废水、废渣进入黄河
聊泰铁路黄河公铁桥建设，还是一项绿色工程。技术团队首创的国家级工艺工法——“泥沙分离器+气举反循环清孔”方法，利用多种设备，对水、细砂、泥浆和钻渣进行分离和二次处理。为确保不让一滴废水、一颗废渣进入黄河，该项目的施工现场被护筒全程围了起来，所有注浆、打桩工作或工序都在该护筒内进行，从而避免护筒内泥浆与河水串通。而水下施工中产生的混杂着泥沙的水被抽取、分离，泥浆重新进入桩孔重复利用，分离出的干钻渣由运渣车运至弃土场。
在水面之上，项目技术团队在施工现场设置了自动洗车装置、沉淀池等设施。拌和站、预制场产生的碱性废料采用间歇式自然沉淀的方式，被加入适量的酸调节pH值，再进行中和沉淀处理，处理后的水可循环利用。而使用的燃油设备在取得环保施用编号之后，工作人员可用其在施工场地设置隔油池，及时收集所有含油污水，将含油污水进行隔油处理后再将其引入蒸发池，并将收集到的废油回收处理。
聊泰铁路黄河公铁桥及公路接线工程横跨黄河，连接聊城市东阿县及济南市平阴县。工程建成后，将成为鲁西北地区向南纵向联系的重要通道，为黄河两岸人民出行提供便利。
科技日报
作者：矫阳 王延斌
责任编辑：品一