世界首座高铁悬索桥“七冠王”——五峰山长江大桥以七大世界纪录闯进“无人区”

世界首座高铁悬索桥“七冠王”——五峰山长江大桥以七大世界纪录闯进“无人区”

在2020年12月11日那个寒风凛冽却令人热血沸腾的时刻,首列G8301次复兴号列车,呼啸着通过镇江五峰山脚下的长江大桥。世界铁路桥梁史在这一天掀开新的一页——五峰山长江大桥正式通车运营,成为全球首座高速铁路悬索桥。这座全长6409米、主跨1092米、上层八车道高速公路下层四线高速铁路的超级工程,一举创造了7项世界纪录,填补了世界高速铁路悬索桥和中国公铁两用悬索桥技术空白,在世界范围内首次建立了中国高速铁路悬索桥的设计方法、计算理论和技术标准。

一、工程概况:悬索桥首次承载高速铁路

五峰山长江大桥位于镇江境内,是连淮扬镇铁路(连镇高铁)和京沪高速公路南延的关键控制性工程。大桥全长6409米,主跨1092米,上层为双向八车道高速公路,设计时速100公里;下层为四线高速铁路,设计时速250公里。在长江镇江段最繁忙的航道上空,高速铁路、高速公路与万吨级巨轮实现了立体交汇。

在桥梁建设领域,悬索桥因其柔性特点长期被认为不适合铺设高速铁路。五峰山长江大桥总设计师、全国工程勘察设计大师徐恭义坦言:“悬索桥跨越能力强,但结构容易变形。如此规模的高铁悬索桥,世界上没有案例可参考,也没有成熟技术可参照,我们已经进入了‘无人区’。”正是这次闯入“无人区”的探索,为中国工程师带来了挑战未知极限的难得契机。

二、七项世界之最:全方位突破高铁悬索桥极限

五峰山长江大桥创造了七项世界纪录。

世界首座高速铁路悬索桥,填补了世界高速铁路悬索桥的空白。世界上公路铁路车道数最多、荷载重量最大的公铁两用悬索桥——公路八车道与铁路四线同时通行,总荷载居全球首位。世界上主缆直径最大的悬索桥,单根主缆直径达1.3米,钢丝强度超过1960兆帕,单根主缆拉力高达9万吨,可以轻松吊起1.5艘满载的“辽宁号”航空母舰。世界上陆地沉井基础面积最大的悬索桥——北锚碇沉井长100.7米、宽72.1米,面积几乎相当于一个足球场,重达133万吨,是世界上最大的陆地沉井之一。

世界首座采用板桁结合新型加劲梁结构的公铁两用悬索桥,这一创新将原来扁平的桥梁结构变得立体化,使桥梁在车辆和风作用下的稳定性得到显著提高。世界首次在铁路道砟桥面采用轧制不锈钢复合钢板,解决了铁路桥面的耐腐蚀性难题。世界首次在正交异性板U肋与顶板之间采用全熔透焊接技术,极大提高了桥面系的抗疲劳性能。从刚性指标体系的确定、结构构造设计到施工控制,再到设备创新,建设团队实现了七大技术创新,共获得20余项专利,为7项世界纪录打下了坚实的技术基础。

三、填补“三大空白”:从零起步建起中国高铁悬索桥标准体系

五峰山长江大桥的建成填补了三大空白:世界高速铁路悬索桥空白、中国公铁两用悬索桥空白、中国铁路悬索桥空白。

铁路悬索桥在设计中最核心的难点在于刚度——悬索桥属于柔性结构,在大风、温度变化和列车运行时极易产生过大的竖向和横向变形。如果挠度超标,高铁以250公里时速运行时会丧失平顺性,严重危及行车安全。设计单位从零起步,系统研究了大跨度悬索桥在高速列车通过时的风-车-轨-桥耦合动力响应,最终在世界的“无人区”中创立了高速铁路悬索桥的中国设计方法、计算理论和技术标准。

四、区域意义:苏北腹地打破高铁“断头路”

五峰山大桥铁路桥投用运营后,连镇高铁终于实现全线贯通,苏北、苏中通过镇江接入全国高速铁路网,连云港至南京的车程从原来的约5小时压缩至2小时左右。大桥被列为2018年国家科技进步特等奖候选工程,并获得国际桥梁及结构工程协会杰出结构奖提名。五峰山大桥正以巍峨之躯、世界纪录之姿,向世界宣告着中国高速铁路桥梁从“追赶者”到“引领者”的历史性跨越。