“滬通大橋是為服務長三角定制的”
——全國工程勘察設計大師高宗余一席談

□ 本刊特約記者 鄭 蔚

世界排名前十的斜拉橋（均含在建）中，有7座在中國；世界排名前十的鐵路斜拉橋中，有9座在中國；世界排名前十的公路懸索橋中，有5座在中國；世界排名前四的鐵路懸索橋中，3座在中國。中國是世界橋梁設計和建造的第一梯隊，名副其實。

今夏將要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。

2008年，蘇通長江大橋建成通車，大大縮短了南通到上海的時空距離；12年后，滬通長江大橋巍然屹立在距它上游40公里處。兩者雖然都是斜拉橋，但蘇通大橋是公路橋，而滬通大橋是公鐵兩用橋?！肮F兩用橋的設計和建造，比純公路橋難度要大很多?！睖ù髽蚩傇O計師、中國中鐵大橋勘測設計院集團有限公司總工程師高宗余說。

高宗余，南京六合人，畢業(yè)于西南交大鐵道橋梁專業(yè)，2011年被評為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。

“滬通大橋，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，因為此處長江已近入?？冢鎸?，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。

起初，滬通大橋只是為滬通鐵路而建的，所以一開始就一直在蘇通大橋下游找橋位，這樣整條線路最近。但當時蘇通大橋下游合適的岸線只有9公里可選，最初選在蘇通大橋下游8公里處，位于太倉北面。但他們深入研究后發(fā)現(xiàn)，這里正對著長江水道的分企口，長江主航道在這里分為南支、北支兩條航道，通航環(huán)境復雜，不得不放棄了。然后，他們就往蘇通大橋方向上移，距蘇通大橋下游5公里、3公里處有沒有合適的橋位？結論都不行。最后想索性與蘇通大橋并行，又發(fā)現(xiàn)因鐵路接線困難，動遷壓力太大，也只能放棄了。

直到2009年末，他們才把目光轉(zhuǎn)向蘇通大橋的上游，這是因為“（南）通-蘇（州）-嘉（興）-甬（寧波）”城際鐵路規(guī)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，于是決定滬通鐵路、“通-蘇-嘉-甬”城際鐵路跨江通道和“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(jié)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(fā)改委將此列為“多通道合建”的范例。

高宗余在滬通長江大橋工地

此后2年多，高宗余團隊工作十分緊張，必須完成通航、防洪、地質(zhì)、氣象等20多項專題研究，才能拿到大橋的“準生證”。2012年12月19日，“滬通鐵路工程可行性研究”報告終獲國家發(fā)改委批復。一年后，鐵總和江蘇省政府下達了《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個月內(nèi)，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1日，滬通大橋正式開工。

滬通大橋通航孔主跨為1092米，名列全球第三，將是國內(nèi)最大的公鐵兩用斜拉橋?！盀槭裁粗骺缫?092米？是不是比現(xiàn)有最大跨度的橋梁多出幾十米，好爭這個‘最大’‘第一’的排名？”曾有網(wǎng)民提出過如此疑問，記者原封不動搬給高總，然后請教：“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？”

“最重要的是兩大要素：外部條件和地質(zhì)缺陷點，至于‘爭第一’這種主觀因素我不敢說世界上所有的橋梁都沒有，但至少在我們大橋院設計的橋梁中沒有?！备咦谟嗾f，“以滬通大橋為例，外部條件首先就是要滿足交通部門規(guī)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?？冢鬟€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(jīng)過精確計算得出來的?！?/p>

為確保10萬噸船的通航，交通部門規(guī)定從江陰到出?？诘拈L江大橋凈空高度為62米?！霸趦艨崭叨戎希瑯蛩臉蛎娴剿?shù)母叨扔袀€大致合理的比例，就是大橋跨度的四分之一?？缍?092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325米?！备咦谟嗾f，“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?！?/p>

滬通大橋，是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?！备咦谟嗾f，“按設計規(guī)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條車道的滬通大橋載荷，已經(jīng)是世界之最：35噸/米?！?/p>

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(shù)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。這在工程上有個專業(yè)術語叫‘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撓度不能超過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250公里，會不會因軌道變形而危及行車安全？

高宗余在相關大會上演講（攝于2019年12月）

“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(chuàng)新點。高總首創(chuàng)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?！毙ずＶ檎f。

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(wěn)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(yè)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，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1860MPa 斜拉索，這在國際上已經(jīng)領先了，國外至今也沒有造過大跨度的4線鐵路橋?！毙ずＶ檎f，“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2000MPa 的新型斜拉索。”

根據(jù)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(chuàng)新研制的?！备咦谟嗪茏院赖卣f。

“科學家可以失敗，工程師不能失敗”

曾有記者問高宗余：“您設計了那么多橋梁，設計中有過失敗的嗎？”

他神情嚴肅地回答：“科學家可以失敗，但工程師不能失敗?？茖W家要苦思冥想，說不定失敗反而會激發(fā)出智慧的火花；而我是工程師，工程師失敗了，工程就失敗了，這國家的損失就太大了?！?/p>

做工程的，決不允許失敗。這是高宗余和他的團隊的執(zhí)念。

滬通大橋遇到的一大難題，是此處長江是砂土地基。橋塔所在的位置從江面到河床有30多米，地質(zhì)勘探發(fā)現(xiàn)，河床再往下二三百米，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，但在這里即使往下打200米的超長樁，樁依然站不到巖石層上，這可怎么辦？

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(guī)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(xiàn)場，全部打進江底的沙土層后，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?！备咦谟嘟榻B說，“我們用這項世界首創(chuàng)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、13 級臺風侵襲和10 萬噸船舶的撞擊。”要不是高宗余揭開了滬通大橋巨型沉井的謎底，還真不知道滬通大橋與南京長江大橋、蘇通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(jù)功能要求和各種環(huán)境限制條件專門定制的。滬通長江大橋，就是我們?yōu)榉臻L三角定制的?！备咦谟嗾f。