9月26日上午，長江江畔，微風漸起。當最后一個節段穩穩落至上塔柱，世界最高斜拉橋橋塔——高350米的常泰長江大橋南主塔順利封頂，鉆石造型的橋塔“閃耀”在滾滾長江之中，蔚為壯觀。
常泰長江大橋是世界首座集高速公路、城際鐵路和普通公路于一體的過江通道，主跨1208米的主航道橋為世界最大跨度鋼桁梁斜拉橋。
大橋主塔由基礎和塔身兩部分組成，基礎為臺階型減沖刷減自重沉井，塔身分為下塔柱、中塔柱和上塔柱三部分。橋塔采用的“鋼-混”混合空間鉆石型結構和“鋼箱-核芯混凝土”組合索塔錨固結構均為世界首創，其順利實施標志大橋核心技術攻關再次取得重大突破。
“鉆石塔”巧奪天工
矗立江邊，遠遠看去，封頂的常泰長江大橋主塔一柱擎天。中塔柱和下塔柱分別由4根塔肢組成，遠遠看去，像一顆碩大的鉆石。
“常泰長江大橋南主塔采用‘鋼材-混凝土’混合結構空間鉆石型橋塔設計，這種結構是世界首創。”中鐵大橋勘測設計院橋塔設計負責人張金濤告訴科技日報記者，常規的橋塔只有兩個塔肢，如果按照兩個塔肢設計的話，單個塔肢截面最長約21米，但想達到相同的承載效果，設計為4個塔肢，單個塔肢截面最長僅需13米。混凝土體積縮小，將大大減少開裂風險。
中鐵大橋勘測設計院常泰長江大橋設計代表張皓清算了一筆賬，相較于兩肢塔方案，四肢塔方案的單肢混凝土用量降低約30%，可有效降低單次澆筑混凝土的干縮及收縮裂紋。
“更重要的是，塔肢多了，就增大了橋塔截面慣性矩，也就提高了塔的整體剛度。比如生活中常見的四條腿梯子肯定比兩條腿的梯子更穩固。”張皓清說。
但是，主塔從“兩條腿”變成“四條腿”，給施工帶來不小難度。
“4個塔肢是按照一定角度和距離固定的，在江面上，溫差、日照、風力都會對塔肢造成影響，而其中一個塔肢變形、錯位，其他塔肢也會受影響。因此，我們在4個塔肢間設置了8道橫撐對頂鎖定結構，施工過程中，將4個塔肢連接成整體，在塔肢與塔柱連接的部位布放了千斤頂以及應力傳感器，如果塔肢被風吹動，千斤頂可以自動調節油壓，使得橫撐與塔壁始終保持密貼，確保塔肢線型處于理想可控的狀態。”張金濤說。
智能造塔機一邊搭積木一邊“保健”
180多米的中塔柱在高空“拔節生長”，如何監測它的“生命體征”是否符合施工標準，是否經得起風水日曬？
智能造塔機的研制，堪稱塔柱施工的“保健醫生”。
中鐵大橋局常泰長江大橋CT-A4標工程部部長李杰告訴科技日報記者，中鐵大橋局項目團隊聯合企業開展科研攻關，研發出新一代智能造塔機。
“我們在造塔機中加入了智能化信息化模塊，可以實現應力預警、環境識別、智能養護、違章抓拍、工效分析、質量后評價六大功能。應力預警可對造塔機安全狀態實時監控，環境識別對作業面風速、風向、溫度等環境狀況進行檢測及預判。”李杰說，如果作業風速超過8級，造塔機將不再爬升，如果風速持續增加，作業人員就要緊急撤離至塔肢內腔設置的安全區避風。
同時，造塔機還會對塔柱一邊建造一邊養護，李杰介紹，一般來說，混凝土在澆筑完成后內部會溫度升高，內外溫差如果較大，有開裂風險。于是，施工團隊在混凝土內部安裝溫度監控元件，造塔機底部設置智能化密閉養護層，自動感知啟停養護設備，實現夏季噴霧、冬季蒸汽，持續時間達14天的密閉養護。
在繁雜的施工中，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“長個”。
鋼箱聯袂混凝土，讓上塔柱既受壓又耐拉
隨著常泰長江大橋南主塔的封頂，夜色下的江面，又添一道風景。
南主塔上塔柱采用的是“鋼箱-核芯混凝土”組合索塔錨固結構，這也是常泰長江大橋的“世界首創”。上塔柱中間的核芯區為混凝土結構，四周是鋼箱結構。通過充分利用鋼與混凝土兩種不同材料的力學性能差異，來實現索塔錨固體系整體和局部受力的協調統一，從而有效提高使用效率。
“之所以采用這種結構，是因為大橋建成后上塔柱承受約12萬噸的豎向力。‘鋼箱-核芯混凝土’組合索塔錨固結構不僅使混凝土受壓性能和鋼材的受拉性能得到充分發揮，同時又能滿足結構剛度要求，可以讓大橋在運營后足夠安全可靠。”張金濤介紹，這種設計，讓上塔柱鋼塔嵌入中塔柱頂部混凝土節段，二者像榫卯結構一樣嚴絲合縫地結合在一起。
為了讓上塔柱更穩健、精準地“拔高”，施工團隊在上塔柱首節鋼塔采用了“定位倒鏈初定位、三向千斤頂精確定位、支撐架焊接鎖定”的三級定位措施，保證了首節鋼塔定位精準、施工安全高效。
獨特的結構設計也讓建設效率更高。張金濤說，相較于混凝土，鋼混組合結構的施工周期更短，同等情況下，上塔柱用鋼混組合結構替代常規鋼筋混凝土，可以節省2個多月的工期。
中鐵大橋局常泰大橋現場設計代表張皓清介紹，現場吊裝時面臨受力均衡性控制難、定位精度要求高、水上高空作業風險大等施工難題。項目部優化工藝措施，細化施工方案，推演施工過程，選擇平潮時段起吊，塔機分級帶力，有效降低起吊風險。
