China membuka jambatan kabel terpanjang di dunia merentasi Sungai Yangtze

Penghubung transformatif merentasi Yangtze

China telah membuka jambatan mega baharu merentasi Sungai Yangtze yang mencatatkan beberapa rekod dunia dan mengubah perjalanan harian di timur wilayah Jiangsu. Jambatan Sungai Yangtze Changtai sepanjang 10.3 kilometer (6.4 batu), menghubungkan bandar perindustrian Changzhou di tebing selatan dengan Taizhou di utara. Perjalanan yang dahulunya mengambil masa kira-kira 80 minit kini boleh ditempuh dalam sekitar 20 minit. Rentang utama sepanjang 1,208 meter (3,960 kaki), menjadikannya rentang terpanjang bagi mana-mana jambatan kabel di dunia. Jambatan ini merupakan yang pertama merentasi Yangtze yang menempatkan lebuh raya ekspres, jalan raya biasa dan kereta api antara bandar pada struktur yang sama, gabungan jarang ditemui yang memerlukan idea reka bentuk serta kaedah pembinaan baharu.

Pembinaan mengambil masa kira-kira enam tahun. Pasukan projek memperkenalkan beberapa teknologi pertama seumpamanya untuk menangani tanah lembut yang dalam, arus sungai yang deras serta cabaran menggabungkan trafik jalan raya dan kereta api pada satu dek. Struktur itu turut merangkumi dua jambatan gerbang kekuda keluli dengan rentang 388 meter bagi laluan air tambahan, sekali gus mencatat rekod bagi jambatan gerbang kegunaan bersama lebuh raya dan kereta api. Menara utama menjulang setinggi 350 meter (1,148 kaki), kira-kira setinggi bangunan 120 tingkat. Sebelum dibuka, jurutera menyelesaikan program ujian beban statik dan dinamik yang menyeluruh, sebagai asas untuk operasi yang selamat sejak hari pertama.

Kepentingan projek ini bagi Jiangsu dan Delta Yangtze

Delta Sungai Yangtze ialah antara wilayah paling produktif di China. Laluan lintasan yang pantas dan boleh dipercayai antara Changzhou dengan Taizhou memperkukuh hubungan di koridor yang menempatkan kilang, taman logistik dan kelompok teknologi di kedua-dua tebing sungai. Perjalanan yang lebih singkat mengurangkan kos pengangkutan, meluaskan pasaran tenaga kerja dan memudahkan akses kepada perkhidmatan awam serantau. Laluan baharu itu juga mengurangkan beban pada jambatan dan feri sedia ada yang menampung peningkatan jumlah penumpang dan barangan.

Pegawai di Jiangsu menyifatkan jambatan itu sebagai penghubung utama dalam program lebih besar untuk menyatukan rangkaian jalan raya dan kereta api di delta berkenaan. Wilayah itu melaporkan bahawa 20 laluan lintasan sungai kini siap dan sembilan lagi sedang dibina. Rancangan negara membayangkan rangkaian yang jauh lebih padat di sepanjang Yangtze, dengan sasaran kira-kira 240 lintasan menjelang 2035. Ini akan mengagihkan trafik dengan lebih sekata dan menyediakan beberapa laluan alternatif semasa kerja penyelenggaraan atau cuaca ekstrem.

Aspek pelayaran dan ekologi menjadi teras reka bentuk. Rentang utama yang sangat panjang memastikan laluan pelayaran tengah bebas daripada tiang, sekali gus membantu kapal besar melaluinya dengan selamat dan mengurangkan gangguan di sungai. Pasukan projek memilih penyelesaian asas dan menara yang mengehadkan tapak struktur di dalam mendapan lembut yang dalam serta mengawal hakisan dasar, iaitu proses apabila air yang mengalir deras menghakis bahan dasar sungai di sekitar asas.

Rentang pemecah rekod dan susun atur trafik campuran

Jambatan kabel menyokong dek dengan susunan kabel keluli berbentuk kipas yang disambungkan terus kepada menara tinggi. Ia berbeza daripada jambatan gantung, yang menggunakan kabel utama yang melengkung merentasi menara dan ditambat pada tanah, dengan penggantung menegak yang menyokong dek. Sistem kabel cekap untuk rentang sangat panjang, sekitar 200 hingga 1,300 meter, menghasilkan dek yang tegar dan memerlukan tambatan lebih kecil, sesuai untuk kawasan bandar padat serta beban kereta api berat.

Ciri utama Changtai ialah penyepaduan tiga fungsi pengangkutan dalam satu struktur. Susun aturnya menggunakan dua aras. Aras atas menempatkan lebuh raya ekspres untuk mempercepat trafik lebuh raya merentasi sungai. Aras bawah menggabungkan kereta api antara bandar yang direka untuk kelajuan 200 km/j (124 mph) dengan jalan raya biasa yang terletak bersebelahan. Susunan bersebelahan pada dek bawah ini merupakan yang pertama pada skala rentang melebihi satu kilometer.

Dalam jambatan konvensional yang menempatkan pelbagai kegunaan, landasan kereta api biasanya melalui bahagian tengah dengan lorong jalan raya di kedua-dua sisinya. Kedudukan di tengah memudahkan pengimbangan kerana sistem kereta api jauh lebih berat berbanding jalan raya. Namun, komprominya ialah geometri trafik yang janggal di kedua-dua hujung jambatan, apabila jalan raya yang terpisah perlu melengkung untuk bersambung semula. Ini menggunakan banyak tanah, merumitkan tanjakan dan persimpangan berhampiran kawasan bandar serta boleh melambatkan akses kecemasan. Susun atur baharu itu menempatkan jalan raya dan landasan kereta api bersebelahan pada satu dek, lalu mewujudkan sambungan yang lebih lancar ke jalan bandar dan stesen.

Mengimbangkan dek tidak simetri

Meletakkan landasan kereta api berkelajuan tinggi di satu sisi dan jalan raya di sisi lain menghasilkan taburan jisim yang tidak sekata. Sisi landasan beberapa kali lebih berat, menyebabkan dek cenderung berpusing dan tersasar jika tidak diimbangi dengan teliti. Qin Shunquan, ketua saintis di China Railway Group dan pereka utama jambatan itu, bersama pasukannya menangani perkara ini dengan melaras daya kabel secara halus untuk memastikan dek kekal rata di bawah beban kekal, serta melaraskan geometri segmen dek pratuang.

Apabila daya kabel ditingkatkan pada sisi yang lebih berat, struktur boleh beralih ke sisi yang lebih ringan dan garis tengah dek boleh berubah. Jurutera mengimbangi kecenderungan ini dengan urutan pemasangan segmen yang ditentukur serta bentuk pratetap supaya dek kembali lurus secara semula jadi ke jajaran yang dikehendaki apabila segmen dipasang dan kabel penahan ditegangkan. Pendekatan ini membolehkan susun atur pertama landasan kereta api dan jalan raya bersebelahan pada jambatan rentang besar, tanpa perlu menggunakan skema pemisahan berbilang dek yang lebih rumit.

Asas yang dibina untuk sungai berarus deras

Sungai Yangtze lebar, dalam dan berarus dinamik berhampiran Changzhou dan Taizhou. Asas perlu menahan arus dan berdiri di atas lapisan tebal tanah liat berkelodak serta pasir. Menara utama terletak di atas caisson terbuka gergasi, iaitu kotak berongga daripada keluli dan konkrit yang ditenggelamkan ke dasar sungai. Projek itu menggunakan tapak caisson berperingkat yang mengurangkan hakisan di sekitar struktur dan mengurangkan berat sendiri, sekali gus merendahkan risiko pemasangan. Pengiraan awal menunjukkan caisson perlu ditenggelamkan melebihi 65 meter untuk mencapai lapisan galas yang mencukupi. Teknik baharu yang dibangunkan pasukan itu membolehkan jurutera mengurangkan ketinggian caisson sambil mengekalkan kestabilannya.

Kajian akademik berasaskan tapak Changtai menunjukkan perilaku asas semasa pembinaan. Para penyelidik menggunakan tiga pendekatan untuk menganggarkan mendapan, iaitu pergerakan ke bawah yang berlaku apabila tanah memadat di bawah beban. Mereka menggunakan pengiraan penjumlahan lapisan, menjalankan simulasi unsur terhingga tiga dimensi dan melaksanakan ujian model emparan. Ketiga-tiga kaedah meramalkan mendapan akhir kira-kira 225 milimeter selepas keseluruhan struktur atas dipasang, dengan lengkung yang melalui peringkat peningkatan perlahan, peningkatan pesat dan penstabilan. Nilai ini berada dalam had reka bentuk dan membantu mengesahkan bahawa urutan pemasangan akan memastikan jajaran jambatan kekal tepat.

Penentududukan bawah air sukar dilakukan dalam keadaan penglihatan rendah dan arus deras. Untuk mengurangkan bahaya kepada penyelam dan meningkatkan ketepatan di penjuru caisson, pasukan pembinaan menggunakan robot pintar yang boleh bergerak, mengeluarkan pasir yang mengisi ruang serta menghantar bacaan ukuran. Peralatan ini membantu operator di permukaan dan memendekkan langkah kritikal semasa asas ditenggelamkan serta diletakkan pada kedudukannya.

Menara, kabel dan bahan

Dua menara utama berbentuk berlian dan menggunakan sistem komposit keluli dan konkrit untuk menggabungkan ketegaran dengan kemuluran. Geometri yang luar biasa itu meningkatkan kestabilan dan membantu memindahkan beban daripada kabel penahan ke asas sambil mengawal pergerakan akibat perubahan angin dan suhu. Sistem penambat kabel berteras konkrit dalam kotak keluli mengagihkan daya dengan cekap dan mengehadkan tumpuan tegasan di tempat kabel penahan memasuki menara.

Bahan baharu memainkan peranan penting. Jurutera menggunakan tendon gentian karbon untuk menghasilkan elemen kabel yang ringan, berkekuatan tinggi dan sangat panjang, serta kurang sensitif terhadap perubahan suhu berbanding keluli sahaja. Projek itu turut memperkenalkan sistem sekatan membujur adaptif suhu pada sambungan antara menara dengan rasuk, yang membolehkan pergerakan terkawal apabila dek mengembang dan mengecut akibat perubahan suhu bermusim. Dokumen reka bentuk menyatakan jumlah kapasiti beban mencecah ratusan ribu tan metrik, termasuk berat struktur itu sendiri dan beban trafik berat. Pilihan ini membantu jambatan beroperasi secara konsisten sepanjang kitaran harian dan ketika cuaca ekstrem.

Pembinaan tepat dan sasaran milimeter

Pembinaan sistem kekuda keluli dan kabel berskala kilometer yang menampung trafik campuran memerlukan kaedah perindustrian. Pasukan itu membangunkan kren menara pintar dengan kapasiti angkat melebihi 10,000 tan meter untuk bekerja di tempat tinggi pada pylon dan mengarahkan komponen besar ke kedudukannya. Mereka turut mereka bentuk kren dek yang disifatkan sebagai terbesar di dunia untuk kerja jambatan, yang mampu meletakkan segmen ultra berat dengan ketepatan pada tahap milimeter. Sambungan kekuda keluli di laluan utama dikimpal dengan toleransi jajaran akhir dalam lingkungan 2 milimeter, ketepatan yang dicapai melalui kawalan ukur berterusan dan maklum balas digital.

Kilang yang membekalkan bahan ke tapak menggunakan barisan pengeluaran automatik berskala besar, pemeriksaan imbasan laser 3D dan kimpalan piawai untuk mengekalkan mutu. Sebelum dibuka, jambatan itu menjalani ujian beban selama seminggu pada waktu malam bagi mengurangkan kesan suhu terhadap ukuran. Ujian paling berat menempatkan 110 trak bermuatan seberat kira-kira 4,400 tan di sepanjang rentang utama. Secara keseluruhan, jurutera melaksanakan lebih 200 senario statik dan dinamik serta memantau tindak balas dengan lebih 800 sensor, menjejak perubahan kecil di semua bahagian. Jambatan itu lulus pemeriksaan akhir dan dibuka kepada trafik selepas ujian mengesahkan prestasi strukturnya.

Pembinaan kompleks juga bergantung pada bekalan tenaga yang boleh dipercayai. State Grid Taizhou Electric Power Supply Company membentuk kumpulan sokongan untuk projek itu, mempercepat permohonan perkhidmatan, menjalankan pemeriksaan talian menggunakan dron, serta menggunakan kaedah kerja talian hidup dan pemeriksaan suhu inframerah bagi memastikan bekalan elektrik stabil. Sokongan operasi itu membantu tapak memenuhi jadual ketat serta mengekalkan bekalan kuasa untuk lampu dan peralatan dengan selamat sepanjang kerja berbilang syif.

Gambaran perjalanan pada hari pertama

Jambatan itu direka untuk menampung lebuh raya ekspres, jalan raya bandar dan laluan kereta api antara bandar dengan kelajuan operasi maksimum 200 km/j. Laluan baharu itu menjadikan pusat bandar Changzhou dan Taizhou hanya sekitar 20 minit perjalanan yang boleh dijangka, selain menyediakan laluan lebih terus ke lapangan terbang, pelabuhan dan zon perindustrian di kedua-dua belah sungai. Pengangkut barangan mendapat laluan berkapasiti tinggi yang mengelakkan lencongan jauh ke lintasan lama.

Susunan landasan kereta api dan jalan raya bersebelahan pada dek bawah memudahkan tanjakan dan akses kecemasan berhampiran laluan masuk. Kedua-dua dek dilengkapi sistem pemantauan kesihatan struktur supaya operator dapat memantau perubahan daya kabel, pergerakan galas dan getaran dek secara masa nyata. Sambungan pengembangan dan galas ditala untuk julat suhu serta angin. Gabungan dek kekuda yang tegar, liputan sensor yang padat dan faktor beban konservatif menyokong operasi lancar walaupun ketika trafik sesak dan angin bermusim dari sungai.

Perbandingan dengan jambatan mercu tanda lain

Rentang utama Changtai sepanjang 1,208 meter mengatasi Jambatan Russky di Vladivostok, Rusia, yang mempunyai rentang utama kabel sepanjang 1,104 meter. Rentang yang lebih panjang wujud dalam kategori jambatan gantung, seperti Jambatan Canakkale 1915 di Turkiye dengan rentang utama 2,023 meter. Pemilihan sistem kabel untuk Changtai mencerminkan keperluan dek yang sangat tegar bagi membawa kereta api berkelajuan tinggi bersebelahan trafik lebuh raya, selain hasrat mengehadkan penggunaan tanah yang diperlukan oleh blok tambatan besar jambatan gantung.

China telah membina lebih daripada seratus jambatan besar di sepanjang alur utama Sungai Yangtze. Sasaran kira-kira 240 lintasan menjelang 2035 menggambarkan bagaimana wilayah yang berkembang pesat mengagihkan beban trafik ke banyak laluan dan bukannya bergantung pada beberapa titik sempit. Dengan rentang pemecah rekod dan susun atur trafik campuran, Changtai menawarkan model baharu untuk lintasan masa depan yang memerlukan struktur padat dan pelbagai fungsi bagi menghubungkan kawasan bandar yang padat.

Perkara utama

• Panjang 10.3 kilometer (6.4 batu), menghubungkan Changzhou dengan Taizhou merentasi Sungai Yangtze
• Rentang utama sepanjang 1,208 meter (3,960 kaki), yang terpanjang bagi jambatan kabel
• Lintasan pertama di Yangtze yang menggabungkan lebuh raya ekspres, jalan raya biasa dan kereta api antara bandar pada satu struktur
• Dek bawah menempatkan kereta api berkelajuan 200 km/j (124 mph) dan jalan raya secara bersebelahan, yang pertama pada skala ini
• Menara utama setinggi 350 meter (1,148 kaki) dengan reka bentuk komposit berbentuk berlian
• Dua jambatan laluan air tambahan menggunakan gerbang kekuda keluli sepanjang 388 meter yang mencatat rekod kegunaan bersama
• Asas caisson terbuka gergasi di tanah liat berkelodak menunjukkan mendapan akhir hampir 225 milimeter dalam kajian
• Inovasi pembinaan termasuk kren menara pintar melebihi 10,000 tan meter dan kren dek terbesar
• Ketepatan sambungan kekuda utama dalam lingkungan 2 milimeter, disahkan melalui imbasan laser 3D dan kawalan ukur
• Ujian beban menggunakan sehingga 110 trak dengan jumlah berat kira-kira 4,400 tan, manakala lebih 800 sensor memantau tindak balas
• Masa perjalanan antara kedua-dua bandar berkurang daripada kira-kira 80 minit kepada sekitar 20 minit, sekali gus memperkukuh rangkaian Delta Yangtze