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沟通欧亚五十年——博斯普鲁斯海峡大桥的建设历程与大修始末

发布于:2024-02-23 11:36:23 来自:道路桥梁/桥梁工程 [复制转发]


 


2023年是博斯普鲁斯海峡大桥服役50周年。1973年通车的博斯普鲁斯海峡大桥,业内简称“博一桥”,2016年更名为7月15日烈士大桥(July 15 Martyrs Bridge)。


历代建桥梦


博斯普鲁斯,希腊语意为“神牛渡口”,传说宙斯曾变成一头雄壮的神牛,驮着一位美丽的人间公主从这条波涛汹涌的海峡游到对岸,海峡因此而得名。博斯普鲁斯海峡是沟通欧亚两洲的交通要道,也是黑海沿岸国家船只出海的唯一关口。欧亚两洲之间的商贸活动随着人类文明的发展而不断增多,海峡变得极具战略意义,修建一座大桥跨越博斯普鲁斯海峡,连接欧亚大陆,稳固海峡政权,这是巴尔干半岛和小亚细亚半岛上历代政权的梦想。


公元前5世纪的波斯帝国国王大流士一世率军西侵欧洲时,就有在海峡架设浮桥通过的记载。东罗马帝国时期,十字军东征时,曾乘船渡过这里,直逼耶路撒冷。


整个古罗马、拜占庭、奥斯曼时期都有建造桥梁提案。直到19世纪末,随着力学、几何学的发展,工程师们才有了依托数据的桥梁方案,甚至出现了隧道方案。几百年来,无数工程师对海峡的水文、地质等要素积累勘测记录,已成为后来桥梁选址的宝贵资料。尤其是当年乌托邦式的隧道方案,基本与今天土耳其欧亚隧道的走向相同。


 

图1 博斯普鲁斯海峡大桥、隧道方案(20世纪初)


20世纪初,正是奥斯曼帝国第34任苏丹——阿卜杜勒·哈米德二世在位时期,这是一位很有雄心的君主,对各国工程师送来的跨海方案都很有兴趣,但桥梁的论证阶段,正好赶上奥斯曼帝国进入战争状态,因此,造桥计划又被搁置下来。


一战中站错队的土耳其只能忍受割地赔款,幸好有凯末尔这样的天降猛男,带领土耳其人民抵抗住了英法和希腊的进攻,才让土耳其共和国维持住了今天的版图。


二战中,土耳其利用其特殊的地理位置,左右逢源,谨慎地保持中立,不仅成功躲过了二战,最终还跻身战胜国之列。战后,土耳其在外交上不断周旋于美苏两大阵营之间,并再次开始筹划海峡大桥的建设。


其实,如果想完成大桥建设,除了需要自身政权稳定,有能力负担费用之外,还有两点必要因素:一是国际上有大跨径桥梁技术的成功经验积累,二是与技术输出国保持良好关系。


为此,二战之后,土耳其政府整整酝酿了20年,终于等到了一个万事俱备的契机。


内需巨大 条件成熟


50年代的伊斯坦布尔经济发展迅速,人口一直保持高速增长。


当时,整个土耳其人口流动有两个大方向,一个是流入像伊斯坦布尔这样的大城市,另一个就是流向被打成废墟的欧洲。要知道,当时的德国,对外籍工人非常照顾,住所、公民权、子女教育政策,能给的都给了。再讲个细节,当时从伊斯坦布尔到德国巴伐利亚州有劳工专列,全程50小时,上车前,德国外交部会安排专人给每个土耳其劳工发放罐头和饮用水,以保障工人福利,并带动更多土耳其人帮助德国快速恢复经济。


即使人口外流严重,伊斯坦布尔依然是战后第三世界城市中崛起速度最快的城市。人口的激增导致仅有的几座轮渡港口已不堪重负,迫切需要建造一座跨越博斯普鲁斯海峡的大桥。


技术方面,早在50年代,德国的克虏伯公司就与伊斯坦布尔科技大学合作,计算出从欧洲侧的奥塔科依Ortaky至亚洲侧的贝勒贝伊就是最佳的桥址选点。后来,博一桥的实际位置就选在这里。于是50年代末,土耳其就组织过一次国际招标,但因国内政局变动被搁置了。


土耳其地处欧亚交界,地缘政治环境微妙,政治制度不稳定曾一度严重影响土耳其的社会经济发展速度。然而,土耳其军队在稳定国家世俗化、开放式发展的道路上起到不可替代的作用。土耳其这个国家的军队相对独立,并不归属于宗教领袖或过分忠诚于哪个党派,他们平息过民选政府因激进的社会政策所带来的社会动荡,限制过传统宗教势力企图复辟的行为,帮助土耳其走过了最动荡的年代,完成了资本的原始积累。


其实,对于任何一个前现代国家,“军官团”往往是第一波完成思想进步的群体。他们具备高度的组织性,圈子相对封闭,容易抱团专心做事,并有执行力和决心把事情做成。我国推翻满清政权的“重九起义”“武昌起义”都具备这个特征。


时间来到60年代末。当时,福斯公路桥、赛文桥等一批新型的大跨径悬索桥已然竣工。所以,1968年,土耳其决定与英国弗里曼福克斯公司Freeman Fox签订桥梁设计咨询合同,而施工则授予德国的豪赫蒂夫公司和英国的克利夫兰桥梁工程公司。


这个弗里曼福克斯公司是一家很有实力的老牌工程咨询公司,参与咨询过多座里程碑式的桥梁工程。如1959年通车的新西兰奥克兰海港大桥,前面提到的英国福斯公路桥、赛文桥,以及1981年通车的英国亨伯桥,还深度参与了1988年通车的第二座博斯普鲁斯大桥的设计咨询。


于是,第一座博斯普鲁斯海峡大桥于1970年2月率先在亚洲侧动工,在一个400多人的团队努力下,大桥于1973年6月1日完成,并在当年10月30日举行通车仪式。


 

图2 博斯普鲁斯海峡大桥通车(1973年)


桥梁影响


伊斯坦布尔的城市发展,已经被西方学者深刻地研究过,论文很多。比如博一桥、博二桥的通车,都具有引导城市扩张方向的作用。笔者截了一张论文里的图,通过与1975年对比,2005年已出现大量建设用地和缺乏植被的灌木地带,海峡两岸的耕地与林地快速减少。由于城市拓展空间狭窄,所以随着欧亚隧道、博三桥这两个大工程的完成,如果没有明确的规划,城市扩张势必严重影响用地,城市的周边环境是令人担忧的。


 

图3 伊斯坦布尔的城市用地类型比较(1975年与2005年)


桥梁大修


博一桥以及后来博二桥的建设,又再次加速了伊斯坦布尔的城市化进程。1988年博二桥完工后,城市规模一直高速扩张。到2011年,伊斯坦布尔的人口已达1300万。博斯普鲁斯海峡西侧的欧洲区,生活着该市70%的人口,海峡东侧的亚洲区虽只占30%,但人口比例是逐年稳步增加的,居民以新兴中产阶级为主。每天至少有500万人次因通勤或旅游穿越博斯普鲁斯海峡。城市繁荣的背后,人们很容易忽略的一个事实是,2011年的博一桥已服役近40年,博二桥也服役了20多年,两桥车流量总和已达每日40万辆次。


博三桥和欧亚隧道都是2016年建成的,在2011年这个时间点上都是即将开工的状态。2011年-2016年是关键时期,两座海峡大桥都面临老化问题,交通量还在持续增加,新建工程还来不及分担现有的交通压力。那么就必须保证两桥安全可持续地运转下去。


因此,2013年,土耳其公路局通过美国的一家工程咨询公司完成了博一桥的全面评估,结果很不乐观,桥梁需要尽快实施多项加固措施。土耳其政府陷入“交通不能断、桥也必须修”的两难境地。


最终,这项加固改造任务交给了日本IHI公司和一家土耳其本土工程公司MAKYOL共同完成。合同金额为2.5亿土耳其里拉(当年约合6亿人民币),计划两年内完工。工程涉及包括更换吊索、安装主缆除湿器、安装阻尼器等11个项目,其中的桥梁换索工程是最受瞩目的一项。


日本的工程公司海外业务起步较早,在土耳其拥有丰富的桥梁施工经验。参与过 1974年和1998年的新旧金角湾大桥(钢梁桥)的建设与改造、1988年博二桥的建造、2016年伊兹米特湾跨海大桥的建造,以及伊斯坦布尔市内15座各类桥梁的抗震加固工程。这得益于1970年代以来日本桥梁工程技术的飞速发展,以及强大的国际工程参与能力。


博一桥起初的吊索布置是一种斜交叉的吊索,类似W形,并不像其他悬索桥的吊索一样垂直于水平面。最著名的斜向吊索案例,就是1966年通车的赛文桥和1981年通车的亨伯桥。


随着桥梁工程理论与实践的发展,工程师们发现,斜吊索在空气动力学上的适应性更好,但垂直布置的吊索对悬索桥桥面的支撑性能、抗震性能,都略优于斜吊索。因此,斜向吊索在悬索桥的使用就越来越少了,全球只有这几座桥。赛文桥和亨伯桥至今还坚持沿用这种斜向的吊索,为全球工程师保留了经典的斜吊索大跨径悬索桥案例。


 

图4 赛文桥(英国 1966年)

 

图5 亨伯桥(英国 1981年)


当时有相当一部分人想保留斜吊索,因为博一桥的桥塔、桥面、斜吊索同时亮灯的时候,曾是伊斯坦布尔城市夜景灯光秀的核心部分,城市宣传片的重要取景地,甚至已经被印在土耳其里拉千元钞票的背面了。而垂直吊索的光影就显得单调很多,但一切桥梁美学在“限时通车”的压力下都不值一提。


 

图6 土耳其货币中的博斯普鲁斯海峡大桥


就这样,本次加固以最短工期为目标,20个月完成主缆结构检测、主缆缠包带更换、吊索更换、吊杆连接件更换、主塔加固、桥面新涂装、主缆除湿系统、安装黏滞阻尼器、修复正交异性钢桥面的疲劳开裂、重做梁柱节点的螺栓连接,更换桥面伸缩缝,共11项任务。


换索过程分三步,首先安装垂直吊索;再调整吊索受力;最后将旧的斜向吊索拆除。


 

图7 吊索重装前后的布置比对

 

图8 吊索重装过程示意图


工程尾声是阻尼器的安装。日本团队在桥面和塔腿交汇处,为博一桥安装了四台黏滞阻尼器,每台2.5吨,施工作业在60米高空完成,没有中断交通。


 

图9 2013年大修工程中,桥面下方新安装的四台黏滞阻尼器


今年正好是博一桥服役50周年,随着博三桥和欧亚隧道的开通,博一博二两桥所承载的交通压力也下降了两成。


博一桥终于进入了一个更可持续的、更低风险的管养阶段。希望这座洲际桥梁继续为东西方文明的交流与融合做出贡献。

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