“华北第一跨”与“350公里时速”双桥辉映:官厅湖上的两座超级工程如何续写百年京张传奇?

在河北怀来官厅水库的万顷碧波之上,两座超级大桥如长虹卧波,横跨水面。一座是2021年通车的怀来大桥(官厅水库公路大桥),主跨720米,被誉为“华北第一跨”;另一座是2019年通车的京张高铁官厅水库特大桥,全长9.08公里,是世界上第一座适用于设计时速350公里的高寒、大风沙高速铁路钢桁梁桥。从1909年詹天佑主持修建的京张铁路,到2019年通车的京张高铁,官厅湖上的桥梁群见证了中国从“追赶”到“领跑”的百年跨越。这两座大桥与京包铁路桥、京藏高速桥共同构成了官厅水库上四桥并行的壮丽景观。

(注:官厅湖大桥并非单指一座桥,而是官厅水库上多座跨湖大桥的统称。以下分别介绍最具代表性的公路桥——怀来大桥与铁路桥——京张高铁官厅水库特大桥。)

一、怀来大桥(官厅水库公路大桥)——华北第一跨的绿色奇迹

位置与概况

怀来大桥,工程名为“官厅水库公路大桥”,位于河北省张家口市怀来县境内,横跨官厅水库水道。大桥起自110国道狼山乡狼山村东侧,向南展线,跨官厅水库,在东花园镇达子营村西与康祁公路平交相接,连接北京延庆至河北怀来。线路全长1988米,主桥长720米,桥面宽33.6米,采用双向四车道城市主干路标准建设,设计时速60公里。

大桥由主桥和南、北岸引桥两部分组成。主桥为钢-混组合梁单跨悬索桥,主缆跨径为(210+720+210)米,索塔高107.8米。主桥720米一跨过湖,为华北地区第一跨度悬索桥。

建设历程:六年磨一剑,从开工到通车

怀来大桥于2015年10月开工建设。2018年8月7日,大桥首节段加劲梁起吊成功。同年10月30日,主桥成功合龙。2019年12月25日,大桥通过工程质量竣工验收。2021年6月28日上午9时,怀来大桥竣工通车仪式在大桥上隆重举行。项目投资10.39亿元。

结构技术:双塔单跨悬索桥的四大突破

怀来大桥在设计建造中实现了多项技术突破,代表了当时中国悬索桥技术的先进水平。

其一,国内首次采用免涂装耐候钢。 大桥主桥加劲梁采用混凝土桥面板+密布横梁的加劲梁结构体系,钢材材质为免涂装耐候钢材料,是国内首次在大跨度桥梁上使用。耐候钢含有的铜、铬、镍等合金元素使钢材表面形成致密和附着性强的保护膜,保护锈层下面的基体不受锈蚀。整个桥梁建设过程中不必用漆涂装,节省了后期涂装及养护的费用。

其二,钢-混组合结构加劲梁。 大桥是国内首座耐候全焊钢-混组合结构加劲梁悬索桥。这一结构解决了钢桥面铺装使用年限短的问题。

其三,北方最大沉井基础。 锚碇采用沉井基础,平面尺寸50×55米,高度33米,是北方黏性土地区最大的沉井基础。

其四,49节段加劲梁精准施工。 大桥加劲梁共分为49个节段,单节段标准长15米。其中有吊索加劲梁47个节段,南北岸主塔下横梁处各有1个无吊索加劲梁节段。加劲梁铺设完成后进行焊接工作,桥面下设置施工防护层,防止污染物掉入湖中。

生态保护:一级水源保护区的“零污染”施工

官厅水库是北京三大水源保护地之一。桥址处位于一级水源保护区。环保是这座大桥建设的首要考量。

大桥采用悬索桥形式,不在水中建桥墩,避免建设过程对官厅水库造成污染。主缆由127根直径5.25毫米的镀锌高强度钢丝拧成1股,再由91股拧成1根主缆。项目建设者花了两个月时间才完成这项工作。

在加劲梁施工时,项目部采用“陆地、海上、空中”三种作业方式,避免对水库水源造成污染。整个桥梁采用免涂装耐候钢,避免油漆落入湖里,最大限度保护了官厅水库水质。

交通意义:冬奥廊道与“一水三城”的纽带

怀来大桥是北京2022年冬奥会奥运廊道的重要组成部分。大桥紧连东花园、燕山文化新城、沙城三个中心城区,是怀来“一水三城”的标志性工程。大桥是连通官厅水库国家湿地公园道路、发展旅游经济的重要纽带,两岸通行时间大大缩短,极大地方便了两地居民出行。大桥的建成可完善出京路网,为北京增添一条直通塞外晋蒙的快速通道。

荣誉奖项:国家优质工程奖

2023年1月,怀来县城市道路工程(沙城-东花园)跨官厅水库特大桥工程荣获2022—2023年度第一批国家优质工程奖。国家优质工程奖设立于1981年,是经国务院确认的我国工程建设领域设立最早、规格最高的国家级质量奖。此外,该项目还荣获2022年中国交通运输协会科学技术一等奖、2022年中国铁路工程总公司科学技术一等奖。

二、京张高铁官厅水库特大桥——350公里时速的“世界第一”

位置与概况

京张高铁官厅水库特大桥位于河北省张家口市怀来县境内,在官厅水库大坝上游16.7公里处跨越官厅水库。大桥全长9077.89米(一说9077米),主桥长880米。桥面为双线电气化高速铁路,设计时速350公里。大桥东起东花园北站,上跨官厅水库水道,西至怀来站。它是京张高铁全线的控制性工程之一。

建设历程:三年建成,服务冬奥

官厅水库特大桥于2016年3月开工建设。2017年12月,主桥完工。2018年10月30日,大桥合龙。2019年12月30日,京张高铁通车,大桥同步投入运营。

工程量极为庞大。仅基础部分,全桥桩基就打了2505根,其中直接位于水库内的水下桩有129根,加起来约12.4万米,相当于14座珠穆朗玛峰的高度。

结构技术:8孔110米钢桁梁的三大世界之最

官厅水库特大桥是世界上第一座适用于设计时速350公里的高寒、大风沙高速铁路的钢桁梁桥。

主桥采用8孔110米简支拱形钢桁梁跨越官厅水库。8个造型优美的曲弦桁梁组成,仿佛一道长虹跨越宽阔平静的官厅水库。大桥设计充分体现了“轻质、大跨、高强”的理念。它是国内首例适用于350公里时速有砟轨道高速铁路的钢桁梁铁路桥。

技术创新:三大核心突破

其一,“预拼装+顶推”施工工法。 大桥钢梁采用“预拼装+顶推”的施工方法作业——所有钢梁都在岸上拼装好,再利用千斤顶将组装好的橘红色钢结构一段段推到桥墩上固定。整个施工过程涉水工程少,最大限度减少水上施工工序,对水库影响最小。

其二,智能景观照明。 大桥配备了智能景观照明系统,点亮官厅水库的夜空。

其三,有砟轨道高速铁路钢桁梁。 大桥是国内首例适用于350公里时速有砟轨道高速铁路的钢桁梁铁路桥。

生态保护:施工期间水质无变化

为有效监控施工对湖水水质的影响,官厅水库管理处委托第三方水质监测单位对水库水质进行实时监测。检测数据显示,施工期间水库水质无变化,施工未对水库造成污染。

交通意义:百年京张的世纪跨越

京张高铁作为2022年冬奥会的交通保障线、京津冀一体化发展的经济服务线、传承京张铁路百年历史的文化线,代表了我国高铁建设的最高水平。从1909年京张铁路通车,到2019年京张高铁通车——从自主设计修建零的突破到世界最先进水平,从时速35公里到350公里。官厅水库特大桥正是这一百年跨越的见证者与参与者。

三、四桥并行:官厅水库上的桥梁博物馆

在官厅水库上,四座大桥并行跨越水面,形成了一道独特的风景线。

京包铁路妫水河大桥(官厅湖大桥)新桥于1996年5月22日开工建设,1997年12月2日完工通车。京藏高速公路官厅湖大桥于2002年建成通车。京张高铁官厅水库特大桥于2019年通车。怀来大桥(官厅水库公路大桥) 于2021年通车。

四座大桥分别代表了不同时代的桥梁建设水平——从普速铁路到高速公路,从高速铁路到城市主干路。它们共同构成了官厅水库上一座活态的“桥梁博物馆”,见证了中国桥梁与铁路事业从追赶到引领的壮阔历程。