美呆了!中国在北极圈建了座与极光相伴的悬索桥

  出品 | 网易新闻

  作者 | 云帆,科研工作者

  在过去,对于挪威纳尔维克市居民而言,跨越奥福特峡湾是一件梦寐以求却一直未能实现的事情,恶劣的自然条件、艰苦的施工环境让无数国家的工程师“望湾兴叹”。但来自万里之外的中国工程队却让梦想成为现实,2018年12月,由中国承建的哈罗格兰德大桥正式通车。

  这是一座北极圈内跨径最大的悬索桥,被人们誉为“与极光相伴的大桥”。

美呆了!中國在北極圈建了座與極光相伴的懸索橋

  (与极光相伴的哈罗格兰德大桥)

  (一)曾经,想到奥福特峡湾对岸必须把整个峡湾绕一遍

  哈罗格兰德大桥位于北极圈以北200公里处,全长1533米,主跨1141.4米,建设共计花费4.5亿美元。在它建成之前,对于纳尔维克市居民而言,穿越奥福特峡湾到达对岸的城市从来都不是一件轻松的事情。

  纳尔维克市(Narvik)是世界上最北端的不冻港,也是世界上最北的港市,有着发达的旅游业和进出口业务,曾经,要穿越奥福特峡湾到达对岸,人们需要沿着7575公路绕路11英里,把整个峡湾都走一遍。

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  (哈罗格兰德大桥工程位置示意图)

  不仅如此,公路沿途还多是崇山峻岭,经常会发生岩石滑坡的现象,这也给当地居民的安全带来了严重的威胁。

  如果能在奥福特湾修建一座跨海大桥,人们就可以直接跨过奥福特峡湾,上述的一切问题都将迎刃而解。

  (二)在环境恶劣的北极圈建桥,如何克服自然环境的威胁?

  哈罗格兰德大桥位于北极圈内,面临着极寒、大风、极昼或极夜等多种极端气候,如何克服极端环境的影响,保障工程的顺利进行,一直是工程师们不得不解决的问题。

  这里从11月到来年5月,一年中大半时间天气寒冷,桥址建设处最冷可达零下32摄氏度,而且全年温度变化幅度大,这让混凝土桥梁很容易产生大幅度变形,对于桥梁来说,这可能会产生灾难性的后果。

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  (哈罗格兰德大桥雪景)

  为此,项目组针对严寒气候进行了大量有针对性的设计,猫道、架缆、吊梁,每一个重要节点都做了详尽的建设方案,凡是使用的结构件,不仅有CE认证(一种欧洲的安全认证标准),还要经过极寒气候的试验认证,充分考虑环境、气候的影响,提前进行预演。有了充分的准备,即便在挪威最寒冷的一、二月份,施工仍如常进行。

  这里不仅天气寒冷,大风同样对工程建设是一个巨大的挑战,尤其是冬季,工程施工中最高达每小时100公里。

  而且,大风对悬索桥有着巨大的危害,悬索桥属于柔性结构,大风产生的涡流会使悬索桥上下摆动变形,历史上的塔科马海峡大桥,就是因为没有考虑到大风的影响,而在建成短短四个月后就被大风摧毁。

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  (被大风摧毁的塔科马海峡大桥)

  针对大风气候,项目和西南交大展开了合作,特别进行了风洞试验,以保证结构物的安全。同时,工程师们也针对其独特情况自创柔性带抗风体系整体式猫道安装主缆,最大限度地减少了大风对施工的影响。

  为了防止大风产生的涡流使悬索桥上下摆动变形,造成灾难性后果,工程师们还对钢箱梁的结构进行了特殊的空气动力学设计——桥段的侧面被限制在了一个特殊的角度,这个角度的形状可以帮助风平滑地流过桥段,减少旋涡的产生,进而在有强风吹过的时候保持平稳。

  除了寒冷和大风外,极夜也是工程不得不面对的问题,大桥位于北极圈,一年约有2个月,黑夜在20小时以上,但工程却不能停。

  为此,项目组向当地工程师请教,并结合国内多年建桥经验而来的工程实践,尽可能减少了极夜带来的影响,大桥主缆的架设就是在极夜的情况下进行的。

  (三)修建这座与极光相伴的大桥,工程上都有哪些创新?

  哈罗格兰德大桥是世界第一座采用空间主缆构造的非自锚式悬索桥、欧洲第一座采用预制平行钢丝索股工艺主缆的悬索桥、挪威第一座采用HDPE(高密度聚乙烯)防护套吊索的悬索桥,工程中有不少的技术创新。

  A型索塔的建造

  工程一开始便是要建造两座巨大的A型索塔,与悬索桥常见的“H”形不同,哈罗格兰德大桥两座索塔是不规则空间设计的“A”字形。

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  (A型索塔的建设)

  这种新颖的设计,给施工带来不小挑战,为了减少建造难度,提高施工速度,工程师们采用了在国内已经相当成熟的滑模施工方法进行施工。

  施工中,首先向夹在桥塔上特殊的模具灌满水泥,待水泥凝固后,再使用液压升降机升高模具的位置,然后再次向模具浇筑混凝土,采用这个机械化程度高的方法每次可升高八英寸,大大提高了施工效率。

  主缆的制作

  哈罗格兰德大桥的总长为1533米,支撑大桥桥面的主缆更是长达1800米,这1800米长的主缆将承载所有桥基公路的重量,总计达12000吨。

  每根主缆由四十根索股结合而成,而每一根索股也是由127根稍小的钢缆组合而成。主缆的制作采用了预制平行钢丝索股法,这在国内是一种相当成熟的工艺,但在挪威国内还属首次。

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  (预制平行钢丝索股法主缆和索股截面示意图)

  预制平行钢丝索股法是将主缆分成若干索股,采用高强钢丝预制,索股两端用热铸锚锚固,这种施工方法能较可靠地保证钢丝平行、无扭转、无交叉,排列紧密,可提高主缆密实度,架设时受气候条件影响较小,可缩短现场架设工期,有利于提高架设质量。

  在完成了主缆的制作后,工程师们以山体为锚点,在地下50米的山体中,浇筑了一面三米厚的混凝土墙,然后将缆绳的末端固定在锚洞中,从而支撑桥梁的重量。

  桥面的安装

  在解决了A型塔的建造和主缆的安装两大难题之后,项目很快到了最后一步——桥面的安装,但在这里,工程师们遇到了前所未有的难题。

  首先,由于索塔的A型设计导致顶端主缆之间的距离过近,对桥面的安装和未来的交通都造成了巨大的影响,在这个问题尚未解决前,工程不得不暂时停下。

  工程师们在主缆之上每几个节点加装一个液压装置,将主缆缓慢地推开以使它处于一个合适的位置,最终将缆线的问题解决。

  解决了缆线的问题,项目就迎来了最后桥面的安装。

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  (桥面的安装)

  这里值得一提的是,哈罗格兰德大桥所用的三十段桥面均是由中国生产,并跋涉了12000英里运到挪威,过程中桥段稍有损毁,就只能重新制作,所以运输必须十分小心。

  项目所用的桥段每块重达250吨,为了安装这些桥面,项目使用了挪威最大的起重机,这台起重机臂展近130米高,载荷达800吨,而且安装过程不容许有一点起伏,否则后续的桥段很难对齐并安装。

  北欧有着全球最为严苛的基建标准,除了技术上的问题,这也是施工中不得不面对的一大挑战。

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  (猫道上采取的安全措施)

  经过周密的设计和安全性试验,最终,按照北欧的质量标准,哈罗格兰德大桥顺利合龙,并在2018年十二月顺利通车。

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  编辑| 史文慧

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