世界級(jí)“水橋”打造“河上有河 船上有船”奇觀
時(shí)間：2023-06-29 來源：中國建材報(bào) 分享：
經(jīng)過近70年的醞釀、5年多的建設(shè)、2萬多名建設(shè)者的奮戰(zhàn)，2022年12月30日，承載著千年夢想的“世紀(jì)工程”——引江濟(jì)淮工程一期試通水通航。
經(jīng)過近70年的醞釀、5年多的建設(shè)、2萬多名建設(shè)者的奮戰(zhàn)，2022年12月30日，承載著千年夢想的“世紀(jì)工程”——引江濟(jì)淮工程一期試通水通航。
這是國務(wù)院確定的全國172項(xiàng)節(jié)水供水重大水利工程中的標(biāo)志性工程，也是潤澤安徽、惠及河南、造?；春印⑤椛渲性闹卮蠡A(chǔ)設(shè)施和重要民生工程。
引江濟(jì)淮淠河總干渠渡槽 安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司/供圖
在江淮分水嶺北側(cè)，引江濟(jì)淮工程與淠河總干渠立體交叉，天、地兩河高差三十余米，工程實(shí)施時(shí)會(huì)截?cái)噤暮涌偢汕黾?jí)航道通航和向合肥市區(qū)的供水，因此，需新建一座兼行船、載水，且一孔跨越II級(jí)航道的渡槽進(jìn)行連接，于是引江濟(jì)淮淠河總干渠渡槽應(yīng)運(yùn)而生。這個(gè)大型構(gòu)造物為國內(nèi)首例，國外也較為罕見。
“淠河總干渠渡槽，為引江濟(jì)淮工程控制性和難點(diǎn)工程，是世界最大跨度通航鋼結(jié)構(gòu)渡槽水橋，世界首座波折鋼腹板渡槽水橋，國內(nèi)首座鋼結(jié)構(gòu)渡槽水橋。項(xiàng)目的建成填補(bǔ)了國內(nèi)大跨度重荷載鋼渡槽技術(shù)空白，開創(chuàng)了大跨度鋼渡槽水橋先河，對(duì)水利和交通行業(yè)的發(fā)展起到了示范引領(lǐng)作用。”安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司（以下簡稱設(shè)計(jì)總院）高級(jí)技術(shù)總監(jiān)徐宏光向本報(bào)介紹。
多項(xiàng)原創(chuàng)技術(shù)創(chuàng)“多個(gè)第一”
“今年，國際橋梁大會(huì)（IBC）6個(gè)專項(xiàng)獎(jiǎng)競爭非常激烈。淠河總干渠渡槽與國內(nèi)20個(gè)橋梁項(xiàng)目、國外眾多高質(zhì)量項(xiàng)目共同爭奪國際橋梁大會(huì)6個(gè)專項(xiàng)獎(jiǎng)，最終成功榮獲亞瑟·海頓獎(jiǎng)，成為2023年中國在國際橋梁大會(huì)上唯一一個(gè)獲獎(jiǎng)項(xiàng)目。”徐宏光激動(dòng)不已地表示。
亞瑟·海頓獎(jiǎng)側(cè)重于人行橋、旅客捷運(yùn)系統(tǒng)、非傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)等特殊用途的創(chuàng)新橋梁。淠河總干渠渡槽被譽(yù)為“河上有河、船上有船”的“水立交”“船立交”。
淠河總干渠渡槽現(xiàn)已被列入中國交通和水利行業(yè)重點(diǎn)科技清單項(xiàng)目，并榮獲中國橋梁工程創(chuàng)新獎(jiǎng)、中國鋼結(jié)構(gòu)金獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng)。
設(shè)計(jì)總院總工程師兼工程技術(shù)研究院院長吳志剛談起淠河總干渠渡槽的創(chuàng)新和原創(chuàng)技術(shù)時(shí)，如數(shù)家珍。“上平下拱、上開下合、外桁內(nèi)波”的結(jié)構(gòu)體系和復(fù)合不銹鋼波折腹板水槽，不僅可以釋放水體與結(jié)構(gòu)溫差導(dǎo)致的不協(xié)調(diào)變形內(nèi)力，還提高了行船超大開口U形槽體的側(cè)向穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了超大變幅水荷載作用下的結(jié)構(gòu)跨度突破，從而成就這一世界最大跨度通航渡槽。
多項(xiàng)原創(chuàng)技術(shù)創(chuàng)造“多個(gè)第一”。如首次提出了船-水-波折結(jié)構(gòu)間的流固耦合分析方法，波折板回流、漩渦對(duì)過流能力、航行安全的研究方法，水-波折板-鋼桁梁-大氣之間的溫度場變形協(xié)調(diào)理論，揭示了水、日照、大氣對(duì)波折板、鋼桁梁的變形影響規(guī)律。
實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益相統(tǒng)一
在解決鋼結(jié)構(gòu)腐蝕和防腐涂裝引起的水體污染問題上，首次在水橋中采用的免涂裝不銹鋼復(fù)合鋼板功不可沒。此外，為適應(yīng)水橋伸縮、止水需求，特意研發(fā)的U形復(fù)合式止水伸縮縫，既滿足了水橋大位移、多向扭轉(zhuǎn)變形要求，又確保了工程滴水不漏。
“淠河總干渠渡槽十分注重生態(tài)環(huán)境保護(hù)，必須確保兩大運(yùn)河的生態(tài)環(huán)境健康發(fā)展?！痹O(shè)計(jì)總院結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)化研究所所長殷亮說，“采用橋梁跨越，對(duì)自然環(huán)境的影響極小，避免了在引江濟(jì)淮運(yùn)河中設(shè)墩。水橋邊跨設(shè)置專門通道及護(hù)坡，以滿足周邊野生動(dòng)物正?；顒?dòng)、飲水、覓食等通行需求，充分體現(xiàn)了生態(tài)環(huán)保理念。為提升景觀設(shè)計(jì)，渡槽采用全焊接結(jié)構(gòu)，鋼板向內(nèi)變厚，外觀整齊平順。鏤空的桁架結(jié)構(gòu)，輕盈通透。拱肋圓潤流暢，結(jié)構(gòu)整體造型優(yōu)美，實(shí)現(xiàn)了與周邊環(huán)境的和諧統(tǒng)一。”
值得一提的是，渡槽采用的波折鋼腹板、全焊接連接等設(shè)計(jì)方案，比平鋼板、螺栓連接等方案，節(jié)省18萬個(gè)螺栓和4700噸鋼材。
主體受力結(jié)構(gòu)采用Q345qD、Q420qD橋梁用結(jié)構(gòu)鋼。水槽采用不銹鋼復(fù)合板，側(cè)壁為4mm316L+20mmQ345qD波折板,底板為4mm316L+30mmQ345qD平鋼板，軋制工藝，迎水面為4mm316L不銹鋼，采用免涂裝防腐，實(shí)現(xiàn)了飲用水環(huán)保和鋼結(jié)構(gòu)耐久雙重需求。鋼結(jié)構(gòu)用量2.1萬噸。
“渡槽鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)、加工制造、安裝過程中，均采用了BIM智能建造技術(shù)?！?設(shè)計(jì)總院橋梁設(shè)計(jì)院副院長朱宇進(jìn)一步介紹道，基于BIM模型輸出材料清單，便可進(jìn)行算量輔助材料采購。通過切割模擬，確定最佳切割路徑，最終輸出排板加工程序、下料作業(yè)指導(dǎo)，以及板材規(guī)格，方便材料采購及數(shù)控加工。制造和安裝中，二維碼管理系統(tǒng)主要用于車間原材料入庫、構(gòu)件檢驗(yàn)、成品報(bào)檢、發(fā)貨、現(xiàn)場收貨等一系列操作流程。
利用BIM模型進(jìn)行焊接技術(shù)交底，準(zhǔn)確直觀，減少因焊接順序引起的額外變形。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際工況，利用BIM模型對(duì)槽位構(gòu)件吊裝進(jìn)行模擬，確定合理的吊裝順序。上弦桿最后吊裝，這也是吊裝模擬的重要成果，解決了槽壁板的安裝難題。
針對(duì)后續(xù)管養(yǎng)問題，殷亮表示，目前已立項(xiàng)《淠河總干渠渡槽運(yùn)營健康安全監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)及關(guān)鍵技術(shù)研究》，建立了渡槽水橋數(shù)字孿生體，對(duì)物理實(shí)體全壽命周期的變化進(jìn)行數(shù)字化、模型化和可視化，在數(shù)字空間再造一條渡槽，作為現(xiàn)實(shí)對(duì)比的映射和鏡像，用于渡槽結(jié)構(gòu)的安全監(jiān)測，保障渡槽水工結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)行，便于及時(shí)掌控既有渡槽的健康狀態(tài)，了解渡槽結(jié)構(gòu)的工作情況。
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