北京:三元桥换新记

  2002~2014年,三元桥多次体检不合格,历经两次维修,两次抢修。2014年的桥梁大检,三元桥被检测为D类桥。

  2015年11月15日18时,三元桥完成换梁“手术”。

  一个每天骑车经过三元桥上下班的网友,事后用一个词来形容这次施工:神不知鬼不觉。这座地处东北三环,连接三环路、京顺路和机场高速等重要节点、重达2300余吨的立交桥旧梁体,竟然在一个周末内换上新梁。

  神不知鬼不觉的“换装”背后,是北京市的路政局、交管局、设计方、施工方等单位多次“吵架”的结果。为了这改旧换新的43小时,他们用一年时间为旧桥评估吵、为驮梁车改造吵、为新主梁的预制及安装吵、为如何把对社会交通的影响减到最低吵……

  吵架的目的很简单:在北京这样的特大型城市,让这座咽喉位置上的“国门第一桥”在最短的时间内完成大修改造,恢复交通通畅。

  多次体检不合格

  三元桥建成于1984年,2015年正好31岁,刚过而立之年。

  起初,它在老档案里叫东北三环牛王庙立交,因临近牛王庙而得名。后来因其位于三路交汇处,就改成了“三元桥”。

  这座全国最大的立交桥,是北京市第一个荣获国家银质奖的立交桥工程,全桥长54.3米,桥面宽度44.8米,3上3下。

  “北京市原来是自行车王国,每一个红绿灯都被自行车堵得不行,但小汽车保有量只有16.7万辆。这也是当初设计成3上3下的原因。”北京市政总院有限公司桥梁专业总工程师秦大航对《瞭望东方周刊》表示。

  1984年,秦大航刚刚毕业,以实习生的身份参与三元桥通道设计。他回忆,连负责给排水的人都算进去,原来的北京市政总院动用了近百人参与三元桥项目,“那会儿用的计算机还是光电输入纸带插孔机,需要通过传统用二进制码输入。”

  秦大航深感北京发展之快。“现在三元桥一天的车流量近20万辆,比北京当年的汽车总量还多。”

  同样飞速发展的,还有中国的桥梁技术。现在,新建一座和三元桥同等规模的桥,原北京市政总院“只需要10个人就能完成”。

  2003年8月4日,北京机动车数量突破200万辆,为缓解拥堵,三元桥由原来的3上3下六车道调整为5上5下十车道。机动车道由原先的11.5米扩展到16.4米,占用了非机动车道的面积。

  由于车行道的荷载是汽车-超20级的,非机动车道的荷载是汽车-15级的,相差太大,桥面不堪负重。

  “这好比一个人,原来背6袋面拎两个口袋,现在变成10袋面,再拎两个口袋。桥的功能发生了变化。”秦大航说。他口中的“口袋”,指的是非机动车道。

  2002~2014年,三元桥多次体检不合格,历经两次维修,两次抢修。2014年的桥梁大检,三元桥被检测为D类桥。

  依据《城市桥梁养护技术规范》,城市桥梁技术状态分为A~E五个等级。其中A级表示完好,D级表示不合格,E级则表示危险。每年北京市路政局都会组织对C级桥跟踪检测,北京每年平均约有200座桥受检。

  “2014年检测发现,主梁及桥面板损坏非常严重,我们决定对该桥大修改造,以彻底消除安全隐患,同时完善和提高其使用功能。”北京市交通委路政局副局长侯小明告诉《瞭望东方周刊》。

  原桥加固还是整体置换?

  三元桥大修势在必行,但采取何种方案必须慎之又慎。

  作为重要交通枢纽,公交、地铁、机场快线汇聚于此,桥上25条公交线路,桥下23条公交线路,公共交通一天的运力就达到72.7万人次,如何施工对周边区域交通影响重大。

  除了秦大航,做设计方案的北京市政总院研究公司还出动了两位国家级设计大师——包琦伟和罗玲。罗玲是1984年三元桥的设计者。

  几位专家先是在设计院内部讨论设计方案,备选的方案很多,但“各有利弊”。

  一种是“顶推”工法,在三元桥边上组装新梁,用千斤顶把新梁推到旧墩上。弊端是需要在桥下京顺路做滑道,而且每次只能顶推几公分,不仅需要占满京顺路,而且至少需要5天。

  一种是在原有桥上“加拱”的方式解决承载力的问题。但是会破坏原有的苜蓿叶形互通式立交桥的形状。

  最终,北京市政总院研究公司将“原桥加固法”和“采取整体置换工法”上报给北京市交通委路政局。

  2014年10月,由施工单位、设计单位、监理公司等专业人士组成的专家团队开始对项目勘察、检验、评估、论证、比选。讨论一开始,大家就争论得面红耳赤。

  两个方案,支持者一半对一半。不同的方式有不同的好处。有桥梁专家觉得:“每年北京修七八座桥,大部分还是采取常规施工方法。节省造价、难度较低,也有技术储备,相对来说更为稳妥。”

  如果采用“整体置换工法”,如果旧梁承受不了荷载,拆旧过程中也会出现很多问题。

  “吵架”出真知

  在秦大航的回忆中,彼时专家们的意见均直面问题,直接且具体。

  有专家称,云南昆明和湖南株洲都曾发生过拆桥死伤事故,把旧梁吊起后,会不会在运送过程中出现问题?旧梁体中跨重达1600吨,新梁体1300吨,旧梁如何驮走,新梁如何驮入?墩和梁完全在一起,是否将墩一起换掉,还是将墩和桥先割开?如果驮不走,就地拆解,工期能不能满足要求?原地拆解如何保证每块梁拆掉后不影响梁体整体结构?

  然而,荷载试验时发现三元桥下落变形比设计曲线大了30%。“桥的使用功能确实需要整体提升,如今的车流量,已经是三元桥建成时最高限通车量的两到三倍,如果这次只是加固,几年后,可能还得大修,这不是个一劳永逸的解决方式。”秦大航说。

  “整体置换工法”最大的好处就是快,新梁拼接在东北方,旧桥改造在西南方,不会影响三环路和桥下京顺路的交通,节省的是难以估量的社会成本。

  三元桥改造施工方项目总工程师卢九章为本刊记者举了一个例子。他说,三元桥日均车流量20.6万辆,假设按照传统方式改造的话,会平均造成一辆车拥堵20分钟,每车每小时耗油5升,油价按每升6元来算,那么,每天因为堵车就会造成200万元的耗油损失。

  “拥堵两个月就得耗费1.2亿元。”卢九章对《瞭望东方周刊》说。

  看上去“整体置换工法”在工期优化后增加了10%的造价,但在巨大的社会成本面前,这种造价显得微不足道。

  那时候天天加班开会。“我冲你嚷嚷,你冲我嚷嚷,吵得一塌糊涂。我们专家开会简直就是吵架。”秦大航笑着回忆,“但是这些人都是多年合作的关系,没问题的。毕竟是头一次做这个,没有可借鉴的,都是吵出来的。”

  一个个疑惑解答后,共识越来越强。2015年5月,方案最终敲定:上部结构采用整体更换钢箱梁箱、下部结构采用钢板加固V型墩,彻底消除桥梁各种病害,全面提升桥梁承载能力,同时解决超负荷运行状况,抗震等级也将达到现行规范要求,适应新的5上5下道路通行需求。

  “都是学术讨论,全部就事论事。整体工法有它的优势,算社会大账,这个钱是不亏的。”卢九章说。

  驮梁车是关键设备

  最早采用这种“整体置换工法”修缮的桥梁,要追溯到2011年的北京市昌平区西关环岛。

  在卢九章看来,同为西关环岛大修的项目总工,二者的区别是:西关环岛是郊区的公路桥,三元桥是城区的市政桥。

  三元桥此次“换新”的意义在于,它是“国内首次在城区重要交通节点应用此项技术”,而且仅仅花了43小时。而西关环岛的两座桥则断了16次,每次断7个小时,总共断了112小时。

  秦大航也是西关环岛大修工程的设计者之一。西关环岛设计方案前,他途经河北,偶遇大型运梁车在运输高铁的新桥桥梁,顿时开窍,“如果把这个车加上个顶起来的设备,不就可以在西关环岛使用吗?”

  仅仅9个月,千吨级驮运架一体机便集成成功,正是这个关键设备,为西关环岛和日后的三元桥大修采取“整体置换工法”打下了基础。

  然而三元桥大修项目研讨会中,很多专家又对驮梁车性能产生了怀疑。

  旧梁中跨1600吨,驮梁车上6个千斤顶把梁体顶起时,一个顶坏了导致梁体受力不均怎么办?

  如何监控顶力是否达到最大限度?

  两辆驮梁车行走时如何达到同步?

  遇到凹凸路面怎样保证轮胎上的车架子平直?

  怎样确保全天候作业?

  三元桥桥底有72个支座,一个不准导致相对关系不对,就会导致梁的位置出现问题,怎样实现定位精准?

  一个个问题,一个个质疑,必须直面。“这些都是细节,必须全部想清楚。”秦大航说。

  专家们又是吵成一团。吵架之后是反复的实验、验证。在三元桥附近搭建的旧梁运送场地,驮梁车来来回回反复试验了无数次。

  最终,所有问题都顺利解决。以精准定位为例,西关环岛时期,驮梁车是完全人为控制。三元桥的驮梁车却采用了GPS、北斗双重定位系统和激光巡迹技术进行精定位。

  “虽然人为控制也能达到一定精度,但会浪费时间。”秦大航说。事后有关人员统计,三元桥新桥的落梁轴线误差被控制在8毫米以内。

  侯小明介绍,为了保证项目实施万无一失,“每个驮梁车还安装了两个动力系统,坏了一个另一个还可以用;每个动力系统挂了4个液压系统,坏了仨也有一个能使。”

  “必须有全天候保障,要么别干,要干,必须成功。如果驮梁车拖着上千吨的梁走到一半坏了,就是事故了。”他说。

  启动紧急预案

  “干工程的都知道,即使再精心的准备、再周密的计划,依然有可能发生不可预见的因素。很不幸,我们那天晚上启动了预案。”卢九章说。

  专家组一开始希望55小时,分3个晚上完成。由于每个步骤都能够细化到分钟和时段,后期在把空档水分刨一些出去后给自己定了24小时的目标。越快完成,越早通车,老百姓也越能得到更多实惠。

  2015年11月13日周五晚11点,三元桥上部结构置换工作正式开始。“就像上战场一样,容不得计算时间,就得埋头想怎么把这事做好做顺当。一切如预想中顺利,凌晨4点,当旧梁驮运顶升时,问题来了。”侯小明说。

  “整体性严重不足,情况比想象中更糟,如果整体驮运,很有可能因为受力不足造成梁体摔落。每片梁体都上百吨,掉落后横亘在路中间根本无法处理。”

  此时的备选方案是:把旧桥中跨用绳锯锯开,切割成27小块拖走,整体施工时间将因此大大延长。

  如果不在原地切割,整体驮走后真若发生事故,“别说下周一,几个月都不一定能完成。”秦大航说。

  当时也有专家并不甘心,觉得想个招还能驮走,实现尽快通车。因为原地作业也有在狭窄空间作业的风险。桥墩内部空间狭窄,大型设备、重型构件和好几百号工人一起进入作业,“最大的问题是,这个过程中,会不会流血?”

  凌晨4点,专家们又“吵”上了。项目指挥部灯火通明、烟雾弥漫。75岁的桥梁原设计者罗玲和74岁的北工大教授高征铨全部亲临现场,5个小时后,专家们达成一致意见:切割旧梁、原地拆解。

  秦大航直言,当时作这个决定是非常艰难的,因为已经对外说出去了24小时完成,当天的新桥驮入加桥面工程9个小时就完成了,“如果一切顺利,旧梁原本两个小时就能拆完驮出,24小时之内肯定没问题。”

  一旦拿定了主意,之前的不同意见者马上投入新一轮战斗,他们严格实施这一决策,不再犹疑。

  卢九章回忆,当天有900个工人分批待命,一批人进入作业后,马上撤出,下一批继续进入,最高峰时期投入600个工人,施工组织没有出现任何问题。

  未来将有更多的桥梁采用这一技术

  “后来评估,这个选择是正确的。”侯小明说。

  和很多专家一样,现场工作的侯小明两天三夜没有合眼。他们至今仍然感到有些遗憾,因为“拖延了点时间”。

  不过,卢九章表示,三元桥大修工程的结束是一个新的里程碑。交通拥堵已经是大城市的通病,很多地方因为拥堵不敢擅自改造,“未来将有更多的桥梁采用这一技术解决问题”。

  在秦大航看来,是否采用这一技术,最关键的是看桥梁适用性。一个桥梁好不好,技术是否先进并不是第一位的,是否能在社会成本最低的情况下达到最优才是最关键的,“以后北京的桥梁是否能采取这种工法,还得具体情况具体分析。”

  工程完成后,无论是侯小明代表的政府部门、秦大航代表的设计方、还是卢九章代表的施工方,他们目前最重要的工作就是对本次大修工程进行系统的总结。

  秦大航说,每个专家的方案都带有个人的色彩,怎么把每一个人的东西变成一个大家的共识,则需要一个标准或技术指南。“三元桥大修的合理化建议就有48条,每一条都需要‘吵’两三回才能达成一致。等形成了一套技术规范,以后的每一步就有章可查,就不必要吵架了。”

  问及下次工程还吵怎么办?“吵呗”,秦大航双眼一瞪,“都是为了工程,我不怕吵!”

  《瞭望东方周刊》记者姚玮洁/北京报道

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