编者按：3月29日，中国工程院院士、中国中铁首席科学家、常泰长江大桥总设计师秦顺全亮相中国中央电视台综合频道《开讲啦》节目，重点讲述常泰长江大桥这座即将通车的世界级桥梁设计与建设过程中遇到的挑战，设计与施工团队开展创新攻坚的故事。现将内容摘编整理刊发，以飨读者。

　　常泰长江大桥是长江上首座集高速公路、城际铁路、普通公路三种过江方式于一体的大型通道。大桥全长10.03公里，其中公铁合建段长5299.2米，由一座主跨1176米的钢桁梁斜拉桥、两座主跨388米的钢桁拱桥和一座3×124米的非通航孔钢桁梁桥组成，大桥揽下“首创超大跨度斜拉桥温度自适应塔梁纵向约束体系”“首创台阶型减冲刷、减自重沉井基础”“首创‘钢箱-核芯混凝土’组合索塔锚固结构”“首创“钢-混”混合结构空间钻石型桥塔”四个世界首创，创下“最大跨度斜拉桥”“最大跨度公铁两用钢桁拱桥”“最大规模多功能载荷非对称布置桥梁”“最大连续长度钢桁梁”“最大尺寸碳纤维复合材料拉索”“最高强度桥用平行钢丝斜拉索”六项世界之最。

　　非对称斜拉桥的“平衡术”
　　作为大桥总设计师，秦顺全一直在优化大桥的概念性设计。大桥原设计是将主梁用许多拉索直接锚在桥塔上的斜拉桥。铁路侧自重约为每米12吨，公路两侧加起来每米重4吨。遵循通用设计惯例，城际铁路居中，普通车道在两侧，形成极其稳定的对称结构。
　　但受地理条件制约，两侧一级公路与地面公路对接时，将会形成660亩的夹心地。为了规避“夹心地”的产生，秦顺全提出一个大胆的设想：放弃惯用的“对称结构”，把铁路和公路各放一边，形成“非对称”结构，“夹心地”问题也就迎刃而解。
　　如此一来，荷载超大、跨径超大，铁路还是偏在一边的，常泰长江大桥就成为名副其实的“偏心桥”，这成了设计最大的难点，也是建造时最复杂的关键点
　　“非对称设计”属世界首例，没有现成可用的计算模型。为了完成计算验证，秦顺全用了几个月的时间，深化自己的“无应力状态法理论体系”。在此理论体系的支撑下，秦顺全为非对称设计“量身定制”了一套计算大模型。
　　桥梁结构无应力状态法理论，填补了分阶段施工桥梁分析领域的世界空白。在常泰长江大桥设计建造中，应用无应力状态法理论为“非对称设计”量身定制的“数据分析大模型”，成功论证了“非对称设计”的可行性，为大桥的顺利实施提供了理论支撑。
　　新模型对“非对称设计”引起的铁路侧重、公路侧轻的问题给出了最优解决方案——通过加大铁路侧的索力，相当于把铁路侧的超重部分拎起来，使其与公路侧重量保持一致，以确保结构上的平衡。
　　“非对称方案”的成功，不仅解决了“夹心地”问题，还节省工程款3.3亿元，提高了相关桥梁建造技术。相应地，桥梁安装、钢梁焊接、螺母刻度等全面升级到建造航母的精度要求。

　　“巨无霸”沉井的“瘦身术”
　　如果说“非对称设计”是一次“看得见的艰辛”，那么，大桥沉井施工则是一场“看不见的凶险”。
　　斜拉桥承受的重量，除了来自通行的汽车或者火车，主要还是来自自身荷载重量。常泰长江大桥的荷载达53万吨，由两座主塔和斜拉索共同支撑。
　　如果把常泰长江大桥比作人的身体，两座主塔就是人的两条腿，决定两条腿是否稳健有力的关键，就在主塔梁下半身的水下沉井。
　　大桥设计初期，通过计算，沉井需要下沉到负90多米，才能站稳脚跟。但脚扎得越深，施工风险就越大。
　　秦顺全透彻研究了各类国内外大桥沉井原理后，提出了“减冲刷、减自重台阶型沉井”，成功地给沉井做了“减肥和减高手术”。
　　“减肥减高”后的沉井一下子敦实了许多，身高减掉30米后，可完美避开深潜最危险的“无人区”。但即使如此，大桥沉井依然是有着相当于24层楼高、13个篮球场大小的“巨无霸”。要把这个世界级“定海神针”精准下沉到指定位置，过程极其凶险。
　　沉井下放过程中最怕的是突沉。为了能安全取土，避免突沉，人工取土环节中，秦顺全提出采用层层剥取法，严格控制取土进度和平衡度，绝不急于求成。在最容易出现塌方风险的井边取土中，秦顺全带领团队专门研发了一款具有“可视功能”的水下智能小机器人，避免人工取土的危险，完美实现常泰长江大桥沉井施工零事故。

　  一跨过江的“定身术”
　　泰兴江面繁忙如川流不息的高速公路，江面上的任何障碍物都会直接威胁船只的通行安全。为了把安全留给深水区主航道，秦顺全直接把大桥主跨加长到1176米，用科技创新来保驾护航。
　　一跨过江解决了航道通行问题，然而，由此产生的新问题接蹱而至。主桥与拱桥连接时，要产生±140厘米伸缩位移，但世界上可靠的伸缩设备最大位移量也只有±80厘米，下层列车无法安全通行。同时，当主梁在承受风力、温度和车辆通行时，会产生纵向变形，造成主梁移动。为了解决主梁移动导致的伸缩缝加大、列车无法通行问题，秦顺全巧妙设计，利用“汽车刹车片原理”形成阻力，以防止主梁移动，解决梁端位移大的问题，同时为避免“刹车片”失灵风险，还从主梁底部用一根钢拉杆将主梁跨中这个温度不动点和桥塔连接起来，拉住这个“巨型秋千”更安全。
　　钢拉杆绑固法安全有效，但新的问题又显现了：钢拉杆自身热胀冷缩也会产生移位。为此，秦顺全巧妙利用碳纤维复合材料几乎无热胀冷缩的特性，用其制成拉杆，绑住“巨型秋千”，确保桥梁不因为自身和外界干扰而“动摇”。他将这个新方案称为“温度自适应塔梁纵向约束体系”。新的约束体系将常泰长江大桥的梁端位移量降为±76厘米，确保了城际铁路安全通行。
　　常泰长江大桥是长江经济带综合立体交通走廊的重要项目，目前大桥全桥已贯通，预计今年具备通车条件。大桥建成后将对完善区域路网布局，促进扬子江城市群协调发展，服务推进“一带一路”交汇点建设、长江经济带发展和长三角一体化发展等重大国家战略落地实施发挥重要作用。