作者 | 须臾千秋，清华大学土木工程博士
长江是中国最长的河流，从中上游的重庆、武汉到下游的南京、上海，串起了中国南方大部分重要城市，如今，中国人已经在长江上建起了超过一百座桥梁，我们今天要介绍的即将竣工的南京长江五桥，正是其中的一座。
（一）这是一条由桥梁和隧道两部分组成的过江通道
长江越到下游，河道越宽，修桥也就越不容易，到了南京，长江的宽度已经超过了两公里，在这样宽的河面上修桥，每一座都是世界级的难度。
在1968年之前，南京的江面上没有一座桥，长江两岸的交通只能依靠轮渡，一直到1968年国庆节，第一座南京长江大桥才建成通车。
当时的国家财政比较紧张，工程技术也很落后，因此只能选择相对而言施工条件较好、江面跨度较小的位置建桥。但当时，长江两岸的交通需求也较小，因此这座桥还能够满足当时的需要。
但改革开放后，南京的经济发展日新月异，城市规模也迅速扩大，长江两岸交通需求也急剧提高，每天数百万辆汽车和几百列火车来往长江南北，不仅大桥的数量要足够多，选址也不能像以前那样挑三拣四，而是每隔几公里就要有一座桥，以便于人们的方便就近过江，提高整体交通效率。
（长江五桥所处位置）
我们今天要说的这座南京长江五桥，就是南京道路网横跨长江的第五座大桥，因为穿越江心洲，故又被称为江心洲大桥。
它位于南京长江三桥下游约5公里、南京长江大桥上游约13公里处，全长11.99千米，说是大桥，其实长江五桥是由桥梁和隧道两部分组成的过江通道。
大桥自北向南起自南京市浦口区五里桥，接江北大道，以桥梁的形式跨越4.4公里的长江主航道后，经梅子洲（江心洲），以1.8公里的隧道形式下穿夹江，止于夹江南岸，连接江山大街。大桥全线采用双向六车道的一级公路标准建设，路基和桥梁段设计速度100公里/小时，宽度30.5米，隧道段设计速度80公里/小时。
为了保障长江主航道的通航要求，桥梁左汊主航道桥梁通航净空高度在设计最高通航水位以上不小于32米，左侧主通航孔所覆盖的10.5米深水航道有效宽度不小于150米。
（今年6月28日，南京长江五桥刚刚顺利合龙）
（二）全新施工理念，大桥超90%工程步骤预制拼装完成
长江五桥的桥梁部分采用的是斜拉桥的结构形式，斜拉桥的桥梁跨度较大，可以保障桥下的正常通航，而且抗风能力强，是一种现代化的桥梁结构形式。
斜拉桥的承重关键在于索塔，桥梁的自重和桥面板承载的各种外力沿着高强度斜拉索传到高耸的索塔上，再由索塔传到地基，索塔的稳固决定了全桥的稳定。
长江五桥的索塔是国内首创的钢壳-混凝土组合索塔，这种索塔外层是钢壳结构，内部是钢筋混凝土。这种组合结构体系有利于提高桥梁的承载力和耐久性，自重和体积比混凝土结构的索塔大大减少，外观也更加纤薄美观。
（组合结构索塔）
钢材具有良好的抗拉性能，但是抗压能力弱，单纯的钢材受到压力时很容易发生翘曲，进而使得整个结构失稳，而混凝土则具有良好的抗压性能，受压时十分稳定，但抗拉能力很弱，受到拉应力时很容易发生脆性断裂。组合结构是将钢材与混凝土的优势结合在一起，用钢材受拉力，用混凝土受压力，各尽所能，最大限度地利用材料的优势，提高系统安全性的同时也可以节约材料。
大桥所用的斜拉索也采用了创新工艺，每一个索塔两侧各有20对斜拉索，每一根斜拉索由66根钢绞线组成，外面包着白色的防锈外壳。施工采用往复牵引法穿钢绞线，比传统的整根安装的平行钢丝索有更强的抗风振能力，在遇到大风袭击时，桥体发生的振动幅度更小。同时，这种新工艺也减少了整根安装和日后更换的施工难度。
（高强斜拉索，每条重达20多吨）
相比起其它桥梁，长江五桥的先进之处并不体现在某一个具体的施工工艺上，而是体现在整体的施工理念上。
大桥超过90%的工程步骤都是预制拼装完成的，主塔、桥面、桥墩等这些构件都是在工厂完成生产，再运到施工现场一一组装的。
采用预制拼装法，可以将大量的工序转移到工厂之外，场内外进行结构的平行作业，一边现场施工，一边在场外生产预制件。这样一来，不仅不需要在现场等待漫长的浇筑和混凝土凝结，把工期缩短一半，还极大地改善了施工现场的环境。
预制拼装带来的场内扬尘极少，也没有太多的施工噪声。此外，每一个预制构件上都有一个身份二维码，扫一扫，可以详细了解每个构件的全部信息。如果哪个构件的质量出了问题，可以迅速追根溯源。
（拼装施工中的大桥）
大桥桥面的混凝土也采用了创新技术。与普通混凝土不同，这种混凝土的内部加入了钢纤维材料，同时通过调整配合比及骨料的粒径，将强度提升为普通混凝土的五倍。
这样的桥面板仅需17厘米即可满足设计要求，而传统混凝土则需要28厘米。这种创新减轻了桥体的自重，增加了大桥的强度，而且大大减小了使用过程中的磨损，从长远来看降低了桥梁的维护成本。
（三）穿越重点生态保护区，环保要求极高，如何满足？
长江五桥穿越绿水湾湿地公园和夹江饮用水源保护区，均为生态红线一级管控区，环评对污染控制要求非常严格，甚至不允许桥面雨水排入长江。
发生降雨时，雨水与桥面尘土泥沙、汽油漏油等掺混在一起，含有许多污染物，直接流入桥下的长江中确实会对江水造成污染。因此，大桥中设置了桥面雨水收集处理系统，将桥面铺装层表面排水和结构层内部渗水收集起来集中处理。
降雨时，大桥通过泄水孔、桥梁两侧纵向雨水干管收集桥面径流，随后进入地面消能池，以消除桥面污水从桥面落到地面十几米的动能。
经过消能后的雨水再进入隔油沉淀池中，经过一段时间的沉淀，初期雨水中的悬浮物在重力沉降作用下沉淀在池体底部，油污则经过隔板隔离在水的顶部。经过沉淀后，去除污染物的雨水接入城市雨水排放管网排出，沉淀污泥和油污则通过吸污车专门进行处理。
全过程中，不会对湿地公园造成环境影响。
（隔油沉淀池构造图）
跨江大桥的修建还会造成一定的水土流失问题，在桥梁施工中涉及到大量的土方开挖，势必会破坏地表的土壤和植被。因此，施工方专门设置了水土保持方案编制小组，对施工挖开的表土进行集中堆放，待施工结束后重新用作绿化用土。
除了进行常规的截排水、坡面防护等措施外，小组对工程的挖方和填方进行了细致的计算和设计，进行更加科学合理的土方调配，使得工程自身的挖方和填方能够自相平衡，无需额外设置取土场，也大大减少了额外弃土，最大限度地降低了施工对地表水土的改变和干扰。
（四）为修南京长江五桥的隧道，量身打造超级盾构机
除了大桥外，长江五桥的隧道部分也采用了最新的技术。
隧道工程全长1159米，隧道管片外径15米，开挖直径15.46米，属国内罕见超大直径盾构隧道。
专为五桥隧道量身打造的穿江“利器”是一台整机长140米、总重达3500余吨的“超级盾构机”，共安装了237把不同类型刀具，其中有1/3的刀具可进行常压换刀，能够极大地提高检修和施工效率。
（盾构施工内景）
盾构机穿越江底，施工风险特别高。
工程始发端最浅覆土7.1米，不足0.5倍隧道直径，为浅覆土始发，最深处41.6米，基坑深度达38.9米，相当于地下13层楼高度，是南京第一超深基坑。
盾构机的施工正是要在这些压力差异巨大的环境中进行，能够应付如此复杂的施工环境，得益于大量水下隧道施工经验的积累和工程人员的高素质。长江五桥隧道建成后，将成为国直径最大的公路盾构隧道。
结语
2020年5月，“新时代”号盾构机在隧道中破土而出，南京长江五桥夹江隧道全线贯通，6月，南京长江五桥的桥梁部分全部梁段安装任务完成，桥梁成功合龙，预计今年年内，长江五桥即可完成最后的路面铺设、装修工作并最终通车，大桥建成后将不设收费站，成为南京市第4条免费过江通道。
