桥梁建设助长江流域发展，创新施工保长江绿色生态

赵兴雅，王金枝

(桥梁结构健康与安全国家重点实验室，湖北 武汉 430034)

长江是我国的“母亲河”，中华民族长江流域几千年来的悠久历史，也是城市建设与长江的共生发展史。党的十八大以来，习近平总书记的目光始终关注着壮美的长江，思考着人与自然和谐共生的辩证法则，擘画着中华民族母亲河永葆生机活力的发展蓝图。守护一江碧水、建设安澜长江，便成为了重要的研究课题。2021年3月1日，我国第一部流域法律——《长江保护法》正式实施。《长江保护法》贯彻生态优先、绿色发展理念，将有效切实保障长江流域生态安全，为推动长江经济带高质量发展增添新动能[1]。

为响应习近平总书记提出的“共抓大保护、不搞大开发”的指示[1]，科技期刊作为科学技术的传播者、科技工作的重要组成部分，对贯彻落实习总书记提出的指示有责无旁贷的义务。“要保持历史耐心和战略定力，一张蓝图绘到底，一茬接着一茬干，确保一江清水绵延后世、惠泽人民。”保护长江，绝非一日之功，如何守护一江碧水、建设“美丽长江”，便成为了重要的研究课题。

自1955年武汉长江大桥项目，中铁大桥局集团有限公司(以下简称“中铁大桥局”)在长江上兴建桥梁百余座，这些桥梁有效地改善了地区居民的生活品质，推动了地域经济发展，也表明了桥梁建设是建设“美丽长江”的应有之义。本文以桥梁带动长江流域经济发展、创新施工技术建设“美丽长江”为线索，依托中铁大桥局承建项目，以荆州长江公铁大桥、武汉杨泗港长江大桥、武汉青山长江大桥、宜昌至喜长江大桥、沪苏通公铁两用长江大桥等为主要研究对象，对绿色建桥助力长江经济带发展、科学施工管理方法助力长江流域生态环境保护、创新桥梁设计施工技术提高绿色环保效益进行研究。

1 坚持绿色建桥，助力经济发展

1.1 长江大桥建设规模

桥梁作为基础设施建设中的重要一环，对经济发展影响很大。在我国南方，水系及山地较多，因此，在南方的交通基础设施建设中，需要大量的桥梁工程连通河流两岸，实现经济的互通。

根据国家统计局的数据显示，长江经济带沿线的上海、江苏、浙江、安徽、江西、湖北、湖南、重庆、四川、云南、贵州等11个省市人均GDP呈逐年上升趋势。过江通道，连接长江两岸，是沟通我国南北交通的重要纽带，也是支撑长江经济带新型城镇化发展的重要设施，其建设意义重大。

从青藏高原的唐古拉山脉各拉丹冬峰西南侧至东海入海口，长江全长6 380多公里，截至2019年11月，中国已在长江干流上建成各类长江大桥115座，按桥型分，有梁桥27座，斜拉桥57座，悬索桥22座，拱桥9座；按功能分，共有公铁两用桥9座，铁路桥9座，公轨两用桥4座，人行桥2座，管道桥1座，其余均为公路桥。

1.2 桥梁经济作用显著

长江沿岸桥梁令人惊叹的数据举不胜举，而这些桥梁对当地经济发展的影响也是了得。以下仅列举部分典型桥梁。

武汉长江大桥是湖北省武汉市境内连接汉阳区与武昌区的过江通道，是新中国成立后在“天堑”长江上修建的第一座大桥，也是中国第一座复线铁路、公路两用桥。大桥主桥长1 155.5米，为3联9孔钢桁架梁桥，每孔计算跨度为128米，于1957年10月通车运营。大桥建成之后，成为连接我国南北的大动脉，对促进南北经济的发展起到了重要的作用。

武汉鹦鹉洲长江大桥为目前世界最大跨度的三塔四跨悬索桥，在国内首次采用钢-混结合梁作为大跨度悬索桥的加劲梁，于2014年12月通车运营。该桥是武汉二环线重要的组成部分，建成后，与武汉长江二桥形成新的城市内环线，将汉口、汉阳和武昌三镇的核心区均涵盖入内，实现三镇的均衡发展。

宜昌至喜长江大桥(庙嘴长江大桥)主桥为单跨双铰钢-混结合梁悬索桥，2016年7月通车运营。该桥是替代葛洲坝坝顶公路，保障葛洲坝和三峡水利枢纽工程安全运行、促进坝库区和谐发展的重大项目，也是宜昌市构建城市快速过江通道、实现南北交通大循环的控制性工程。

荆州长江公铁大桥是蒙华铁路的控制性工程之一，是我国第一条跨越长江的重载铁路桥梁。大桥全长6 317.8米，主桥设计为双塔钢桁梁斜拉桥，于2019年9月通车运营。大桥建成运营初期输送能力达到1亿吨/年。该桥是湖北省荆州市境内连接江陵县与公安县的过江通道，位于长江水道之上，是浩吉铁路、沙市—公安高速公路(鄂高速S61)的控制性工程，也是中国“北煤南运”战略运输通道的重要组成部分。

杨泗港长江大桥是武汉市第十座长江大桥，主桥采用主跨1 700米双层钢桁梁悬索桥，为目前国内已建成的最大跨度悬索桥，于2019年10月通车运营。杨泗港大桥项目是贯彻落实党中央、国务院“中部崛起”战略，推进武汉“两型社会”改革试验，促进区域经济社会均衡、协调、快速发展的重点工程。

沪苏通长江公铁大桥采用主跨1 092米的钢桁梁斜拉桥结构，是中国自主设计建造、世界上首座跨度超千米的公铁两用斜拉桥，于2020年7月建成通车。以沪苏通长江公铁大桥为咽喉的沪通铁路建成后，不仅将使江苏南通融入上海一小时都市圈，促进长三角经济的一体化进程，还将连接起鲁东、苏北与上海、苏南、浙东地区间的沿海铁路，贯通中国东部最便捷的铁路运输通道，为长三角经济辐射中西部地区提供便利条件。

武汉青山长江大桥是武汉市四环线高速公路跨越长江的控制性工程之一，主桥采用主跨938米双塔双索面钢箱及钢箱结合梁斜拉桥，桥面总宽48米，具有大跨、宽幅、重载交通的特点，大桥于2021年4月通车。该桥建成后成为武汉新的公路货运快速通道，进一步优化武汉“环线+射线”路网结构，对增强武汉国家综合交通枢纽地位、打造中部地区现代物流基地具有重要意义。

常泰长江大桥是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，主航道桥主跨1 176米的斜拉桥，将刷新斜拉桥的世界纪录；天星洲专用航道桥、录安洲专用航道桥为主跨388米的钢桁拱桥，也将成为世界最大跨度的公铁两用钢桁拱桥。大桥已于2019年开工建设，预计2025年初建成通车。该桥的建设对泰州而言，不仅具有交通出行意义，更为重要的是加快了跨江融合发展，推进了“锡常泰”城市组团。三种交通方式过江，在“锡常泰”城市组团建成了高度分享的1小时通勤圈，为经济融合发展提供了强有力的交通支撑，同时，对于拉动泰兴乃至黄桥地区经济发展也具有十分明显的效应。

1.3 “桥梁经济”成为长江经济带的经济增长新动力

“桥梁经济”的内涵，不仅包含桥梁让区域间联动发展的交通价值，还包含桥梁产业本身所产生的经济价值。长江两岸没有桥时，两岸只能各干各的。自从一座座大桥拔地而起，连接了两岸，制造业、工业、服务业等产业都联动了起来。

在推动长江经济带高质量发展和我国现代化经济体系建设中，“桥梁”正展现出其强大的发展势头。一方面桥梁在沟通、运输等方面的基础性功能持续加强，另一方面桥梁产业链的不断完善和持续升级，也为长江经济带发展注入了新动能。

中铁大桥局因桥而生，因桥而兴，始终以引领中国桥梁事业发展方向、赶超世界桥梁技术先进水平为己任，坚持以“建桥铺路，造福人类”为企业使命，先后设计建造了3 000多座桥梁工程，总里程超过3 600公里，为加快国家交通基础设施建设、助力国家交通强国战略实施、满足人民对美好生活的向往贡献了大桥力量。多年来，中铁大桥局始终秉承“绿色建造，建绿色桥梁”的建造理念，坚持从设计源头体现绿色理念，施工管控践行绿色理念，以评促管强化绿色理念，大力开展绿色建造技术创新，在建造优质工程中，较好实现了人与自然和谐共生。

2 加强施工管理，绿化资源环境

多年来，中铁大桥局积极贯彻落实“创新、协调、绿色、开放、共享”的发展理念，坚持绿色建桥，绿色环保施工随处可见，平潭海峡公铁两用大桥、武汉杨泗港长江大桥、武汉青山长江大桥、沪苏通长江公铁大桥等多个项目荣获绿色建造施工水平评价最高等级“三星”[2-6]。

2.1 资源保护

2.1.1节水与水资源利用

桥梁施工中采用先进的节水施工工艺，减少施工用水量。如杨泗港长江大桥混凝土中加入高性能外加剂，明显减少了拌和用水量，混凝土拌和用水采用称重计量系统控制；大体积混凝土采用冷却水管循环水，可循环再利用，从而形成以少量的水内循环对大体积混凝土进行降温；主塔和墩身的混凝土养护采用混凝土养护液养护，大大节省了养护用水；引桥承台、塔座等结构养护采用土工布覆盖洒水、外包塑料薄膜养护，以达到节约用水。沪苏通公铁长江大桥采用自动喷淋养护系统，可控制养护水喷淋时间，实现自动补水、自动喷淋，节省劳动力和水资源，保证了养护的时间，良好的控制了混凝土的外观质量。

2.1.2节材与材料资源利用

桥梁施工用各类临时设施，均采用标准化、可拆迁、可回收、可周转材料。如液压爬模、拆装式施工栈桥管件合一的脚手架及支撑体系、爬梯、防护栏杆等。

施工时采用科学生产方式减少材料耗费：钢筋加工采用配送化，构件制作工厂化，减少产生边角余料；模板使用完毕后，运回钢结构加工车间改制，使用于下一个施工项目；合理安排施工工序和组织，增加临时设施周转次数；优化线材的下料方案，建筑余料合理使用，做到板材、块材等下脚料和散落混凝土及砂浆的科学合理使用。

2.1.3节地与土地资源利用

施工场地布置充分考虑工程建设情况及临时用地实际范围，利用原有建筑物、构筑物、道路、管线为施工服务，充分利用既有乡村、沿江公路，减少征地以及施工便道的修建。

在水土保持方面，完工地段场地及时平整、恢复植被，通过改沟改渠，提升了排水系统效率，防止了水土流失。利用荒地、废地作为弃土场，做好渣土覆盖，合理将承台、道排基坑开挖弃土用于箱梁支架地基回填加固，也可以将钻渣、开挖弃土用于填筑开发区地坪，弃土得到充分再利用，又节省了弃土场用地。

优化基础的施工方案，减少土方开挖和回填量，保护用地。杨泗港长江大桥放弃了传统放坡开挖的方式，采用钢板桩围堰方式；沪苏通长江大桥承台基坑施工采用钢板桩围堰和组合式围堰；荆州长江公铁大桥南北岸工区承台基坑施工采用钢板桩围堰和组合式围堰。

2.2 环境保护

按照习近平总书记“共抓大保护，不搞大开发”的指示精神，在大桥建设中，中铁大桥局建设者始终把绿色、环保、安全、优质放在建设首要位置，并采取了一系列的措施，做好长江保护和修复工作。

2.2.1长江水环境保护

荆州长江公铁大桥在水中三号墩施工过程中租用大型船舶，对钻孔的钻渣进行回收。对桥下迎江长1000米、宽50米的江堤坡面运用砌石碎片进行了加固；在桥位上、下500米处种植了500棵树，并在桥面引桥、公路面引桥底铺设50 000平方米草皮，做到在发展中保护、在保护中发展。

宜昌至喜长江大桥桥位处于国家珍稀鱼类“中华鲟”的核心保护区，为保护施工区域长江水域环境，钻孔桩泥浆均采用罐车外运的方式运至制指定弃土点。

2.2.2扬尘控制

在易产生扬尘的原料处置上，混凝土所用的水泥、粉煤灰、矿粉等粉粒性原材料均采取罐装，封闭存放，罐顶一般也会设置除尘装置。对于易产生扬尘的拌和站采取遮挡、封闭等抑尘措施，混凝土凿除作业采用洒水湿润的方法抑制粉尘，钢筋加工车间和混凝土粗细骨料仓采用围挡和顶棚进行抑尘。

在粉性材料运输过程中，对运送土方、渣土等易产生扬尘的车辆采取封闭式或遮盖措施运送过程中扬尘的产生；运至混凝土搅拌站及施工区域后，设置冲洗池及冲洗设备，现场进出口设置车辆冲洗装置，保持车辆清洁；混凝土搅拌作业采用自动计量及搅拌，全过程封闭，避免粉尘产生。

2.2.3噪音控制

在噪音控制上，首先从设备方面，以先进器械减少噪音，如采用：超高压混凝土输送泵、大型铣槽机、进口绞吸泵、大型缆载吊机、自动化混凝土拌和站、低噪音塔吊、先进制冷机、大型旋挖钻机等先进机械、低噪声设备进行施工；其次从工序方面，产生噪音较大的工序晚上暂停施工，避免对周边居民产生噪音污染。同时合理规划施工场地，搅拌站、钢筋车间等大临设施远离生活区及居民区，施工区域设置噪声监测点，配备分贝检测仪，对施工现场白天及夜间施工噪声进行监测，以规定控制噪声，白天噪声≤70dB，夜间噪声≤55dB，施工现场设置噪声监控点，并定期做记录工作。

2.2.4光源控制

为保护“水中活化石”中华鲟自然保护区的光环境，宜昌至喜长江大桥项目部考虑到中华鲟等鱼类的习性，全桥照明采用LED灯，用电脑控制光线角度和强度。同时，为减少夜间光污染，采取了一系列的措施：夜间进行混凝土灌注等施工时，设置带灯罩的照明灯具，规定要调整灯光投射角度避免影响周围居民正常生活及船舶安全通行；夜间施工下班后施工现场仅留简单照明；合理安排大桥施工组织，尽量不进行夜间焊接施工，夜间确需焊接作业时，采取挡光措施；设置标准化密闭钢筋加工车间，避免或减少夜间作业。

3 创新桥梁技术，促进绿色发展

3.1 设计研究技术

3.1.1设计理念及技术

为保护中华鲟、保护江豚、保护周边环境，宜昌至喜长江大桥设计方案经过多次完善，最终设计成单跨悬索桥，主跨838米一跨过江。

马鞍山长江公铁大桥为了落实长江大保护要求，减少桥梁建设对防洪、生态环境和长江航道的影响，大桥采用三塔两主跨设计，两大主跨均超千米，分别跨越牛屯河边滩和主航道。

在大桥设计和施工过程中，运用了信息化及BIM技术：有限元模型分析指导大桥锚体基坑开挖及填芯混凝土施工，优化混凝土配合比，降低混凝土水化热；利用BIM技术进行钢筋和混凝土碰撞检查，通过修改设计避免了大面积的返工风险，及时通知设计方改变钢筋的下料长度以及混凝土保护层的厚度，减少了不必要的工期和材料的浪费。

3.1.2新材料的研发与应用

沪苏通长江公铁大桥首次应用2 000MPa斜拉索和Q500qE桥梁钢，提高了材料的使用性能，减少了材料的用量。

青山长江大桥T梁底模及侧模均采用不锈钢复合模板，T梁模板与支架采用一体化设计，脚手架、防护平台与模板整体相连，系统成型稳定性好，安装拆卸方便。极大地减少了模板转换过程中的打磨处理工作，既节能又减少了环境污染，绿色环保效益明显；主塔墩承台系梁采用了HRB500S不锈钢钢筋，不锈钢钢筋在工厂整体加工制造，成品运至现场，降低了材料损耗。在内河流域首次使用不锈钢钢筋，解决了深水承台钢筋锈蚀问题，从根本上保障了主墩基础的耐久性。

3.1.3新设备的研发与应用

施工现场采用了数控智能钢筋加工设备进行标准化钢筋加工，提高现场钢筋加工精度，降低钢筋材料损耗，减少人力成本投入和劳动强度；引进先进的重型钻机、全液压钻机，完成了复杂地质条件下的变径钻孔桩施工；采用液压自动升降梯，有效解决了脚手架搭设、拆除难的问题，提高工作效率，保障操作人员安全；采用钢绞线自动穿束机，大大提高了钢绞线穿束效率节约了人工成本和劳动强度；引进先进数控智能张拉设备和循环智能压浆系统，有效提高预应力施工效率、保证施工质量；使用钢梁悬臂架设整体可移动式安全施工平台，不但提高了操作人员的安全舒适度及工作效率，同时也有效提高了施工质量。

3.1.4技术推广

中铁大桥局桥梁结构健康与安全国家重点实验室编辑出版的中文核心期刊《桥梁建设》《世界桥梁》为国内具有重要影响力的科技精品期刊，影响因子在同类期刊中名列前茅。《桥梁建设》《世界桥梁》围绕中国桥梁建设发展需求，追踪宜昌至喜长江大桥、马鞍山长江公铁大桥、沪苏通长江公铁大桥和武汉青山长江大桥等在绿色发展、保护生态环境方向的桥梁技术前沿，自2010年以来，共刊发相关方面的论文40余篇[7-16]。

3.2 基础施工技术

根据大桥现场的情况，大桥基础施工因地制宜地采用了先进的施工工艺，避免了水上高空节段组拼、焊接等不良施工环境的影响，保障了施工质量，同时减少材料耗费，保障了施工现场周边的水土环境，有效保护岸坡，减小对长江生态的影响。

3.2.1沉井施工及防护技术

杨泗港长江大桥1号墩沉井施工过程中为了保障汉阳岸大堤的安全，在大堤与沉井之间设防护桩结构，防护结构平面呈“C”字形，解决现有的临边施工时防护结构不易设置内支撑的问题，从而降低了防护的施工难度；大桥2号墩沉井钢壳采用气囊法整体下水，对沉井主动进行转向，巧妙地将下河托架和助浮措施进行一体化设计，很好地解决了现场实际问题。沪苏通公铁长江大桥钢沉井采用整体制造出坞浮运技术，避免了水上高空节段组拼、焊接等不良施工环境的影响，使钢沉井的制造质量得到可靠保证。青山长江大桥20号主塔墩钢围堰采用斜船架法整体下水，相对传统气囊法下水，无需修正岸坡和河道，有效保护岸坡及生态，并且船厂内河下水，避免了对长江水生物造成伤害。

3.2.2深基坑支护施工技术

杨泗港大桥南锚取土采用“深大锚碇自制提升架快速取土施工技术”，是节能低碳技术，施工效率高，文明施工效果好；采用超大规模地连墙锚碇施工技术，提高成槽施工工效，保证基坑不漏水，确保基坑开挖安全。宜昌至喜长江大桥建设性地采用了“三旋钻+二抓+五冲孔+连续冲击修槽”方法，成功的解决了该复杂地质条件下地连墙成槽的难题；基坑开挖中放弃了传统的放坡开挖方式，采用钢板桩围堰，减少了开挖土方。

3.2.3深水基础施工工艺

根据青山长江大桥的地质条件，首创大直径变截面深孔钻孔桩基础的旋挖钻施工工艺，93天完成了主塔桩基(共计60根)施工，创造了新的深水桩基施工速度。经对比分析，大桥60根大直径深孔钻孔桩合计节约能源420.84吨标煤，二氧化碳排放量减少1 032吨。

3.2.4技术推广

自2010年以来，《桥梁建设》《世界桥梁》刊发了大桥基础施工方面的论文70余篇，涉及武汉杨泗港长江大桥、武汉青山长江大桥和沪苏通公铁长江大桥等桥梁的超大沉井、地下连续墙、钢围堰和深水钻孔灌注桩等施工技术，传播了绿色基础施工技术的前沿信息和重要成果[17-22]。

3.3 结构施工技术

3.3.1主塔施工技术

青山长江大桥主塔采用了超高泵送混凝土技术，优化混凝土性能，提高施工效率，减少混凝土损耗，降低施工成本。杨泗港大桥采用高强混凝土超高主塔施工技术，保证混凝土良好的和易性、体积稳定性、耐久性及高塔泵送性能。

3.3.2主缆架设技术

杨泗港大桥采用三跨连续式猫道，采用吊绳法+塔顶横移的施工方式架设上游先导索，采用托架法架设猫道索，安装快速安全。研制直径6.2毫米、强度1 960MPa超大跨径主缆新型钢丝，有效预控了索股架设过程中断带、扭转的质量通病；采用上下游独立的“双线往复式牵引系统”实现主缆索股快速架设，从而提高主缆索股架设的整体效率，充分利用既有场地。研发了索夹螺杆同步张拉技术，对索夹螺杆进行超声波轴力检测，保证了各施工阶段索夹螺杆轴力值。

3.3.3主梁架设技术

杨泗港大桥主桥采用超大跨径悬索桥全焊接钢桁加劲梁节段安装技术，实现了钢梁快速精准调节，取得了良好的经济社会效益。青山长江大桥边跨钢梁多点步履式同步顶推施工新工艺，解决了边跨钢梁焊接拼装难题，相对传统整体顶推或拖拉方式支架体量少，节材效果显著，同时步履式顶推系统集成度高，油污可控，杜绝了对长江水体的污染。沪苏通长江公铁大桥主航道桥改善施工工法和组织，采用了塔梁同步施工工法，节约了施工总工期，节省了总造价。

3.3.4技术推广

《桥梁建设》《世界桥梁》作为桥梁专业的期刊，捕捉科研及生产前沿信息、把握业内动态、记载和传承桥梁工程领域重要科研成果是两刊的责任。自2010年以来，两刊刊发了大桥结构施工技术论文90余篇，涉及武汉杨泗港长江大桥、沪苏通公铁长江大桥和武汉青山长江大桥等桥梁的桥塔、猫道、加劲梁的架设施工技术，宣传和推广了提高施工效率、节省材料用量、减少施工工期、杜绝长江水体污染的先进施工工艺和方法[23-27]。

中铁大桥局以《长江保护法》贯彻实施为契机，找准长江保护在桥梁建设过程中的具体切入点和着力点，保障绿色施工、助推安全生产、推动长江流域生态环境保护建设，服务于长江大保护和长江经济带建设事业大局。在资源保护、环境控制上采取科学规范的管理措施，绿化长江流域资源环境；在设计研究技术、基础和结构施工技术上，因地制宜地采用先进的桥梁创新技术，体现了节材、节地、节能等优势。《桥梁建设》《世界桥梁》作为桥梁专业的期刊，及时传播桥梁设计、施工和科研方面的科技前沿，记载和传承桥梁工程领域重要科研成果，推动桥梁建设事业持续安全、绿色、高质量发展，助力“安澜长江、绿色长江、和谐长江、美丽长江”建设，以不断满足长江流域人民群众日益增长美好生活的需要。