長橋臥波，未云何龍？！
隨著通車時間越來越近，滬通長江大橋也愈發成為關注的焦點。
我們為您帶來一篇對大橋總設計師高宗余的專訪，聽他揭秘大橋背后不為人知的故事。
（高宗余，全國工程勘察設計大師，曾先后獲得國家科技進步特等獎和一等獎）
世界排名前十的斜拉橋（均含在建）中，有7座在中國，其中3座是中鐵大橋院設計的；世界排名前十的鐵路斜拉橋中，9座在中國，9座都是大橋院設計的；世界排名前十的公路懸索橋中，有5座在中國，大橋院設計了其中的2座。中國是世界橋梁設計和建造的第一梯隊，名副其實。
即將通車的滬通長江公鐵兩用大橋，在世界排名前十的公鐵兩用斜拉橋中，位居榜首。“公鐵兩用橋的設計和建造，比純公路橋難度要大很多。”滬通大橋總設計師、中國中鐵大橋勘測設計院集團有限公司總工程師、教授級高工高宗余說。
（大橋如鋼鐵巨龍般蜿蜒盤旋于江面）
“這橋建得不容易”
“滬通長江大橋是2005年正式開始研究的，此后整整5年，我們都在論證橋位。這5年非常痛苦，因為此處長江已進入海口，江面寬，又是黃金水道，通航要求高，而且好的橋位早就被選完了。”高宗余介紹說。
2009年末，“（南）通-蘇（州）-嘉（興）-甬（寧波）”城際鐵路規劃確定了，開始做前期設計，而高速公路的跨江“錫通通道”（無錫-南通）也要過江，于是決定通滬鐵路、“通-蘇-嘉-甬”、“錫通通道”三者共享一座跨江大橋，鐵路由原來的雙線改為4線，一增一減，僅此就可為國家省下至少100億元建橋投入，還大大節省了土地和岸線。于是，2010年2月，在蘇通大橋上游40公里處建設滬通公鐵兩用橋的方案得以確定，國家發改委將此列為“多通道合建”的范例。
2013年12月，鐵總和江蘇省政府下達《新建南通到上海鐵路滬通長江大橋工程初步設計的批復》，僅3個月，大橋院在高宗余的帶領下，開足馬力，將大橋所有的施工圖出完——2014年3月，滬通大橋正式開工。
滬通大橋通航孔主跨為1092米，將是國內最大的公鐵兩用斜拉橋。“為什么主跨要1092米？橋梁設計師開始設計橋梁跨度和橋塔時，首先要考慮哪些因素？”記者請教他。
“最重要的是兩大要素：外部條件和地質缺陷點”，高宗余說，“以滬通大橋為例，外部條件首先要滿足交通部門規定的長江通航凈寬要求，長江這一段航道寬度要求是900米；其次，因為這里臨近長江出海口，水流還受漲潮落潮的影響，夏季和冬季的江水流向也不同，大橋不可能總是正對著主航道，所以還要加上大橋軸線和流向的夾角；再者，還要將橋墩的寬度和防撞設施考慮進去，因為通航的要求是必須滿足10萬噸船的航行需求，所以橋墩必須足夠堅固，能承受10萬噸船舶的撞擊。滬通大橋的跨度是經過精確計算得出來的。”
為確保10萬噸船的通航，交通部門規定從江陰到出海口的長江大橋凈空高度為62米。“在凈空高度之上，橋塔從橋面到塔頂的高度有個大致合理的比例，就是大橋跨度的四分之一。跨度1092米，橋塔上部至少250-270米，再加上橋面下的凈空高度、承臺高度，所以最后確定塔高330米。”高宗余說，“簡單來說，就是江寬和航道、防洪要求決定了跨度，跨度和凈空高度又決定了橋塔的高度。”
（2019年6月27日，滬通長江大橋南主塔成功封頂）
全世界荷載最重的大橋
滬通長江大橋是鐵路4線通行，而1957年通車的武漢長江大橋和1968年通車的南京長江大橋，鐵路還只是雙線通行。直到40多年后，2009年建成通車的京廣高鐵跨江通道——武漢天興洲公鐵兩用大橋才首次采用4線通行，總設計師高宗余因“三索面三主桁公鐵兩用斜拉橋建造技術”于2013年獲得了國家科技進步一等獎。
但天興洲橋的跨度僅504米，滬通大橋主跨是1092米，這意味著什么？
“首先是橋梁的載重量大大提高了。”高宗余說，“按設計規范，客貨兼運的干線鐵路每線的荷載是8噸/米，只走旅客列車的客運專線的每線荷載是6.4噸/米，而公路橋每一車道的荷載標準是1.05噸/米，三者相加就可以算出2條干線鐵路、2條客運專線和公路6條車道的滬通大橋荷載，已經是世界之最：35噸/米。”
（2020年5月8日，正在進行聯調聯試的通滬鐵路成功首跑重聯動車組試驗列車）
由此可見，公路橋的荷載與公鐵兩用橋的荷載完全不是一個數量級。記者請教中鐵大橋院副總工程師肖海珠，橋梁的跨度越大、荷載越重，對橋梁設計帶來的難度是什么？
肖海珠說：“大跨度橋的特點是‘柔’，就是在重力作用下，兩座橋塔最中間的橋面變形會比較大，工程上叫‘撓跨比’。滬通大橋的撓跨比不能超過千分之二，也就是橋面跨度1092米，最中間部分上下變形的繞度不能超過2米。”
將來列車駛過滬通大橋中間時，橋面竟然會上下移動將近2米？這是記者事先沒想到的。如此幅度，客運專列的時速又高達200余公里，會不會因軌道變形而危及行車安全？
“這確實帶來了滬通大橋必須攻克的諸多難點，也是高總帶領我們攻關的幾個重大創新點。高總首創了軌道形位研究，明確了橋上線路軌距差、軌道高差等十多項關鍵控制指標，形成了高鐵大跨度橋梁形位控制設計方法，破解了列車高速通過大橋時軌道平順不平順、旅客舒適不舒適的難題。”肖海珠說。
高宗余還帶領設計團隊通過建立計算機空間模型，對橋梁鋼結構和斜拉索的穩定性進行分析，以最大可能地減少橋面的撓動幅度。之前的斜拉橋，大多是大橋兩側各有一排斜拉索系在橋塔上，這在橋梁專業上叫“兩索面兩主桁”。而滬通大橋荷載太重，高宗余決定采用“三索面三主桁”，也就是在橋的雙主桁的鋼桁梁和兩側的斜拉索之外，在橋中間再加一個鋼桁梁和再拉一排斜拉索，用三排斜拉索牢牢拉住橋面。高宗余還提出，僅僅結構上加強還不夠，還必須采用強度更大、更耐久的橋梁鋼和斜拉索才行。
“當時我們已有Q420橋梁鋼和1860兆帕斜拉索，這在國際上已經領先了，國外至今也沒有造過大跨度的4線鐵路橋。”肖海珠說，“但高總提出要研制屈服強度500兆帕的Q500橋梁鋼和應力可達2000兆帕的新型斜拉索。”
根據大橋設計團隊提出的技術要求，在寶武和鞍鋼的大力支持下，這2款世界上強度最高的橋梁專用鋼材終于先后合作研制成功。這不僅提高了橋梁鋼和斜拉索的強度，還使整座橋梁的結構支撐變輕了，滬通大橋的自重也大大減輕了。
“滬通大橋的‘鋼筋鐵骨’，都是我們中國人自主創新研制的。”高宗余很自豪地說。
“造橋時遇到什么情況，您作為設計師最緊張？”記者問。
“那就是大橋即將合龍前一刻，因為橋梁懸臂伸出去最遠，”高宗余說，“那時橋面所有的重量都在斜拉索上，前一天晚上會反復地思考：橋梁和橋塔的固結是否可靠？每根斜拉索的力是不是計算準確……”
合龍時，通常會舉行一個慶祝儀式，真沒想到這彩旗飄揚的時刻，竟然是設計師心情最緊張的時刻。
“我們做工程的，講假話沒有用的，實踐會立刻讓你現原形。大橋順利合龍了，我們才真的放心了。”他說。
（2019年9月20日，滬通大橋全橋合龍）
“工程師不能失敗！”
“科學家可以失敗，但工程師不能失敗。科學家要苦思冥想，說不定失敗反而會激發出智慧的火花；而我們是工程師，工程師失敗了，工程就失敗了，這國家的損失就太大了。”高宗余多次對團隊同事說。
做工程的，決不允許失敗。這是高宗余和他團隊的執念。
滬通大橋遇到的一大難題是砂土地基。地質勘探發現，橋塔所在的位置再往下二三百米，仍是砂土層。通常建橋是在河床上打樁，樁要一直打到巖石層站住，然后在樁上造橋塔，找不到巖石層可怎么辦？
此關必破。高宗余和他的設計團隊反復研討，最后他拍板確定了一根樁也不打的“沉井方案”。這是個超巨型的“鋼殼 鋼筋混凝土”組合式沉井，平面尺寸相當于12個籃球場，是世界上規模最大的深水沉井基礎。沉井分為上下兩部分，各有將近20層樓這么高，下部是鋼殼沉井，在南通制造基地焊接完成后，浮運到現場，全部打進江底的砂土層后，底部再用近10多米厚的混凝土封住，形成一個超5000平方米的承重平面；然后上面再加混凝土沉井，混凝土沉井高出江面，上部形成一個高8米的承重平臺，橋塔就站在承重平臺上。”高宗余說，“我們用這項世界首創的巨型組合沉井技術，將基礎打得牢牢的，確保滬通大橋可以抵御8級地震和13級臺風侵襲。”
要不是他揭開這水下的秘密，還真不知道滬通大橋與南京長江大橋在江底下有這么大的不同。
“對我們設計師來說，每一座大橋都是不同的，都是根據功能要求和各種環境限制條件專門定制的。滬通長江大橋，就是我們為服務長三角定制的。”高宗余說。
