科技日报记者 金凤 通讯员 王海芳
9月26日上午，长江江畔，微风渐起。当最后一个节段稳稳落至上塔柱，世界最高斜拉桥桥塔——高350米的常泰长江大桥南主塔顺利封顶，钻石造型的桥塔“闪耀”在滚滚长江之中，蔚为壮观。
常泰长江大桥是世界首座集高速公路、城际铁路和普通公路于一体的过江通道，主跨1208米的主航道桥为世界最大跨度钢桁梁斜拉桥。
大桥主塔由基础和塔身两部分组成，基础为台阶型减冲刷减自重沉井，塔身分为下塔柱、中塔柱和上塔柱三部分。桥塔采用的“钢-混”混合空间钻石型结构和“钢箱-核芯混凝土”组合索塔锚固结构均为世界首创，其顺利实施标志大桥核心技术攻关再次取得重大突破。
世界最高斜拉桥桥塔——高350米的常泰长江大桥南主塔顺利封顶。胡旭摄
“钻石塔”巧夺天工
矗立江边，远远看去，封顶的常泰长江大桥主塔一柱擎天。中塔柱和下塔柱分别由4根塔肢组成，远远看去，像一颗硕大的钻石。
“常泰长江大桥南主塔采用‘钢材-混凝土’混合结构空间钻石型桥塔设计，这种结构是世界首创。”中铁大桥勘测设计院桥塔设计负责人张金涛告诉科技日报记者，常规的桥塔只有两个塔肢，如果按照两个塔肢设计的话，单个塔肢截面最长约21米，但想达到相同的承载效果，设计为4个塔肢，单个塔肢截面最长仅需13米。混凝土体积缩小，将大大减少开裂风险。
中铁大桥勘测设计院常泰长江大桥设计代表张皓清算了一笔账，相较于两肢塔方案，四肢塔方案的单肢混凝土用量降低约30%，可有效降低单次浇筑混凝土的干缩及收缩裂纹。
“更重要的是，塔肢多了，就增大了桥塔截面惯性矩，也就提高了塔的整体刚度。比如生活中常见的四条腿梯子肯定比两条腿的梯子更稳固。”张皓清说。
但是，主塔从“两条腿”变成“四条腿”，给施工带来不小难度。
“4个塔肢是按照一定角度和距离固定的，在江面上，温差、日照、风力都会对塔肢造成影响，而其中一个塔肢变形、错位，其他塔肢也会受影响。因此，我们在4个塔肢间设置了8道横撑对顶锁定结构，施工过程中，将4个塔肢连接成整体，在塔肢与塔柱连接的部位布放了千斤顶以及应力传感器，如果塔肢被风吹动，千斤顶可以自动调节油压，使得横撑与塔壁始终保持密贴，确保塔肢线型处于理想可控的状态。”张金涛说。
世界最高斜拉桥桥塔——高350米的常泰长江大桥南主塔顺利封顶。胡旭摄
智能造塔机一边搭积木一边“保健”
180多米的中塔柱在高空“拔节生长”，如何监测它的“生命体征”是否符合施工标准，是否经得起风水日晒？
智能造塔机的研制，堪称塔柱施工的“保健医生”。
中铁大桥局常泰长江大桥CT-A4标工程部部长李杰告诉科技日报记者，中铁大桥局项目团队联合企业开展科研攻关，研发出新一代智能造塔机。
“我们在造塔机中加入了智能化信息化模块，可以实现应力预警、环境识别、智能养护、违章抓拍、工效分析、质量后评价六大功能。应力预警可对造塔机安全状态实时监控，环境识别对作业面风速、风向、温度等环境状况进行检测及预判。”李杰说，如果作业风速超过8级，造塔机将不再爬升，如果风速持续增加，作业人员就要紧急撤离至塔肢内腔设置的安全区避风。
同时，造塔机还会对塔柱一边建造一边养护，李杰介绍，一般来说，混凝土在浇筑完成后内部会温度升高，内外温差如果较大，有开裂风险。于是，施工团队在混凝土内部安装温度监控元件，造塔机底部设置智能化密闭养护层，自动感知启停养护设备，实现夏季喷雾、冬季蒸汽，持续时间达14天的密闭养护。
在繁杂的施工中，借助智能化、信息化手段，施工效率大大提升，中塔柱以每天1米的速度快速“长个”。
世界最高斜拉桥桥塔——高350米的常泰长江大桥南主塔顺利封顶。胡旭摄
钢箱联袂混凝土，让上塔柱既受压又耐拉
随着常泰长江大桥南主塔的封顶，夜色下的江面，又添一道风景。
南主塔上塔柱采用的是“钢箱-核芯混凝土”组合索塔锚固结构，这也是常泰长江大桥的“世界首创”。上塔柱中间的核芯区为混凝土结构，四周是钢箱结构。通过充分利用钢与混凝土两种不同材料的力学性能差异，来实现索塔锚固体系整体和局部受力的协调统一，从而有效提高使用效率。
“之所以采用这种结构，是因为大桥建成后上塔柱承受约12万吨的竖向力。‘钢箱-核芯混凝土’组合索塔锚固结构不仅使混凝土受压性能和钢材的受拉性能得到充分发挥，同时又能满足结构刚度要求，可以让大桥在运营后足够安全可靠。”张金涛介绍，这种设计，让上塔柱钢塔嵌入中塔柱顶部混凝土节段，二者像榫卯结构一样严丝合缝地结合在一起。
为了让上塔柱更稳健、精准地“拔高”，施工团队在上塔柱首节钢塔采用了“定位倒链初定位、三向千斤顶精确定位、支撑架焊接锁定”的三级定位措施，保证了首节钢塔定位精准、施工安全高效。
独特的结构设计也让建设效率更高。张金涛说，相较于混凝土，钢混组合结构的施工周期更短，同等情况下，上塔柱用钢混组合结构替代常规钢筋混凝土，可以节省2个多月的工期。
中铁大桥局常泰大桥现场设计代表张皓清介绍，现场吊装时面临受力均衡性控制难、定位精度要求高、水上高空作业风险大等施工难题。项目部优化工艺措施，细化施工方案，推演施工过程，选择平潮时段起吊，塔机分级带力，有效降低起吊风险。
