近日，随着主航道桥钢桁梁合龙段焊缝焊接完成，二航局、一公局集团参建的江苏常泰长江大桥以“毫米级”精度顺利合龙。至此，这座世界最大跨度斜拉桥历时5年建设实现全线贯通，长江南北两岸的常州和泰州两市成功实现江上“牵手”，主航道桥钢桥面铺装施工全面启动，为大桥明年竣工通车奠定坚实基础。
大桥建设过程中，中交建设者匠心应用智能化、机械化、信息化等新质生产力，高质量建设世界级桥梁。
最大沉井的“智能大脑”
作为长江上首座集高速公路、城际铁路、一级公路“三位一体”的过江通道，常泰长江大桥在建设之初，就面临攻克“四个世界首创，六个世界之最”的难题。大桥全长10公里，其中，公铁合建段由一座主跨1208米的斜拉桥、两座主跨388米的钢桁拱桥和一座连续钢桁梁桥组成，创下了最大跨度斜拉桥、最大跨度公铁两用钢桁拱桥和最大连续长度钢桁梁的世界纪录。
大桥5号墩是北主塔基础，沉井总高64米。沉井底面尺寸相当于13个篮球场大小，总重22万吨，为世界最大水中沉井。水下地质条件复杂，土层土质不均，沉井需要潜入土层40米以下，这是项目团队面临的巨大挑战。
2020年6月，5号墩沉井开启取土施工。“第一次取土时，在泥土下大约16.5米到21米的深度就遇到黏土层；第三次取土时，在更深处遇到了胶结层。地质条件比前期地勘的要复杂。”二航局常泰大桥项目副经理陈建荣回忆说。黏土层在吸力作用下，会形成一个个的坑洞，表面像蜂窝煤一样，再加上胶结层里的大石头块，极易造成吸泥管堵塞。
传统的气举取土需要通过门吊操作员手持遥控器完成吸泥管的下放、起升、移位等操作，无法精准判断吸泥管的作业情况。“操作过程中，若不慎过度吸泥，导致压力失衡，容易出现泥土反涌等‘翻砂’隐患，造成沉井突沉甚至倾斜。”陈建荣说。
为此，二航局研发的“秘密武器”——沉井智能气举取土集群控制系统，赋予大桥“智慧大脑”，有效地避免了传统气举取土的弊端。
新控制系统集高压射水喷头、供气管与吸泥管于一体，拆装仅需4个小时，比传统分离式设备拆装节约一半时间。供气管在底部将压缩空气通入吸泥管，与周围水环境形成压力差，井底水流就会流入管内。高压射水喷头强烈扰动井底泥沙，让泥水混合物被快速地吸出，实现高效吸泥。
此外，新控制系统还安装了北斗定位系统、压力传感器和高清摄像头，能实现远程集中控制、取土指令预设路径自动化运行等功能，精确控制取土深度。
项目团队还研发了电动双头铰刀、高压旋喷钻机、气水混合冲射及机械臂水下刃脚取土机器人、特质石块抓斗等成套设备，在井孔及剪力键盲区软塑粘土、胶结砂层等施工中发挥了重要作用，加快了取土进度。
2020年12月，历经200余天的紧张施工，5号墩沉井取土下沉作业圆满结束。远远望去，灰蓝色的沉井下潜到江面65米以下深处，牢牢扎根于河床底部。
超级工程的“机械工厂”
常泰长江大桥主塔高350米，是世界最高斜拉桥桥塔。常规的桥塔有2个塔肢，常泰长江大桥创新采用4个塔肢。“镂空结构缩小了每个塔肢的尺寸，降低了混凝土开裂的风险，让大桥造型更加通透立体，结构更稳固，但同时也增加了施工难度。”项目常务副经理王辉介绍说。
钢筋是大桥主塔的“筋骨”。创新结构下，常泰大桥钢筋的施工变得更加复杂。传统桥塔钢筋施工一般采用人工散绑钢筋的作业形式，由工人高空作业将钢筋逐根绑扎，存在作业量大、劳动力需求高、安装精度低、施工效率低等问题。常泰大桥混凝土塔柱钢筋用量超过4300吨，超大体量的主塔又分成4个塔肢。如果采用人工散绑钢筋的传统施工方式，工人数量、高空作业风险都将翻倍。
为了降低施工风险和成本，经过充分准备，项目团队以“工厂化生产、装配化施工、智能化控制”为理念，创新开发钢筋部品工业化智能建造成套技术及装备。王辉说：“新技术改变了塔柱钢筋传统施工模式，以钢筋智能加工云工厂为基础，搭配PT6500型钢筋片体柔性制造生产线和KT6000型钢筋块体柔性制造生产线，实现钢筋部品装配化施工。”
流水线上，各式各样的机械手臂将钢筋弯折、焊接，并完成构件转运、码垛等作业。项目团队通过连接“云工厂”的智能终端，输入代码指令，机器人接到系统“派单”后自动执行加工任务。钢筋加工成单元件，通过生产线焊接成钢筋片体，片体再加工成块体。在流水线上，一根根钢筋就这样自动组合，拼接成一个个部品，运往现场安装。
“相比人工绑扎，加工后的部品精度更高。”王辉说，“成型的片体精度能达到毫米级，钢筋加工效率也远超人工。装配化流程让施工效率提高70%，也大幅减少了现场高空钢筋绑扎人员成本。”
为了避免加工环节中，钢筋的二次搬运、人工录入信息容易出现错误等问题，项目团队为每一根钢筋定制专属“身份证”。管理人员只要拿起手机，扫描挂在钢筋上的二维码，任意钢筋的供货商、工区、长度、根数、重量、收料人、进场日期等信息一目了然。
项目团队还将这些“身份信息”录入智能化钢筋“云工厂”控制系统，钢筋加工、配送、处理等信息将伴随钢筋的“一生”。控制系统还能实现迅速、精准地建立钢筋模型，让钢筋原材料加工损耗降至最低，钢筋废料能减少近1%。“可别小看这1%，消耗量最大的一个月就节约钢筋用量9.6吨。”王辉笑道。
2023年1月，大桥北主塔部品钢筋全部安装完成，凭借先进的成套技术，工期节约近5个月，经济效益可观。
世界级桥梁的“数字医生”
大桥主塔相当于120层楼高，结构复杂，施工精度要求高，为了确保安全、质量，建设者们匠心研发了索塔施工数字孪生系统。
数字孪生系统就像一位桥塔施工的“保健医生”，通过构建数字化模型，在电脑上再造了一个数字“桥塔”，实现了可视化模拟关键工艺功能，把施工中发现的安全风险、“疑难杂症”及时排查解决。
现场布置的多个传感器，接入系统后就像是“听诊器”，对桥塔环境数据、实时人员在线情况、设备在线运行情况、主体结构及临时结构应力和轴偏等数据监测进行深入剖析、拿捏到位。
“‘孪生’的意义在于系统能与现场人员实时交互，保障施工安全稳定高效进行。”二航局常泰长江大桥项目副经理汤叶帅说。
系统还具备测算工效功能。现场人员输入当日混凝土用量、施工人员数量、施工进度等参数可得到具体工期，准确度高达90%，为工序转换、资源调配提供数据保障。
大桥主塔单个预制构件重达210吨，最高需吊装至近370米。“市面上没有能满足需求的起重设备，只能‘量身’定制。”汤叶帅说。项目团队只能另谋出路，与中联重科在湖南常德历经136天，联合研发出全球首台万吨米级智能化塔吊。它就像一位“高空绿巨人”，帮助桥塔“节节升高”。
2021年底，“绿巨人”正式“入职”。使用不久后发现，塔吊在风力大的情况下易出现晃动，施工风险陡增。
面对高空作业安全痛点，“医生”站了出来。项目团队在塔吊原有液压爬升系统的基础上新增了湿度仪、应力监测器，并在塔吊高点放置风速仪，纳入数字孪生系统监控数据。每当遇到超出预警的大风，“数字医生”就能收到监测数据，指导作业人员第一时间调整塔吊高度，加固爬架，为塔吊保驾护航。
以往出现施工问题主要依靠人工检测出来，但往往暴露时间晚、安全隐患大且容易遗漏。数字孪生系统的后台界面上复杂的数据、图像每15分钟更新一次。如果出现数据异常，监测人员会第一时间联系现场管理人员排查解决，将小问题扼杀在摇篮，保护施工安全。
2023年3月，大桥主航道桥泰州侧钢桁梁开始吊装架设。全桥共需要吊装91个节段，平均重量为1500吨，最重的达到1865.5吨。在长江上几十米高的上空，进行如此大规模、大体量的架设工序，精度要求、安全风险是极大的挑战。
项目团队经多轮研讨测算后，决定在钢桁梁上布设500多套传感器，配套开发智能监控系统，并将检测数据汇总给“数字医生”。“数字医生”通过模拟大桥当前悬臂架设姿态，为钢桁梁线型控制及桥梁合龙调整的一系列措施提供依据，保证每一次架梁都安全可控、精准无误。2024年6月上旬，主跨1208米的世界最大跨度斜拉桥顺利合龙，精度控制在2毫米以内。
长江下游，碧波奔涌。这座以新质生产力“淬炼”的大桥，宛如钢铁巨龙横卧在长江之上。大桥的建成将提升路网整体运行效率，更好地服务长三角一体化发展和长江经济带发展战略。
来源
交通建设报
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