探秘“人字桥”(一)
“人字桥”被看作是滇越铁路的标志性工程。百年来,关于这座桥已有不少文章论及,但至今仍有许多鲜为人知的历史———
探秘“人字桥”(一)
---- 李 晓
1907年3月间在云南省屏边苗族自治县四岔河峡谷之间动工修建的一座钢结构桥梁,在九十九年后的2006年被国务院公布为“全国重点文物保护单位”。这个“国保”级文物的正式名称叫“五家寨铁路桥”。它的桥梁学名称是“肋式三铰拱钢梁桥”。由于四岔河属南溪河上游的主要支流之一,历史上法国人称这座桥为“次南溪河铁路桥”,因其造型别致如弓弩,又称为“弓弩手桥”,还因为这座桥有着一个动人的传说,又有了一个“女儿桥”的名字。然而“人字桥”是几个名字中流传最广的。古今中外论及滇越铁路的文章,大都以各种不同的惊叹口吻谈到这座桥。人字桥被看作是滇越铁路的标志性工程。
当时滇越铁路修建工程沿南溪河岸溯流而上。“从风景的观点看,南溪河湾的自然景观是全线最雄伟壮丽,最能感动人心的,山势险峻,旷野茫茫,放眼纵览,美不胜收,其雄伟景色可以与阿尔卑斯山媲美。”(《云南铁路》译本) 但是,从工程施工的角度而言,就意味着天堑雄关,千难万险。修建这一段工程历尽艰辛,河谷的酷热潮湿,疟疾肆虐,已使成千上万个建设者失去了生命。当铁路延伸到地势险恶的四岔河谷时,又面临一个铁路工程技术的世界级难题:在两座高二百米的山峰之间,离谷底深泓线高100米处,两侧相距约70米的绝壁之间,必须架设一座铁路桥梁,以跨越这道高100米、宽约70米的深峡,连接两端的隧道。
“人字桥”的设计者是谁 ?
四岔河谷溪流湍急,谷底漂石垒积,形成瀑布深潭。采用砖石砌高架桥既不经济、工期又长;如架设单孔长跨钢梁,又由于桥的两端是曲线隧道,就必须在河端岸上先开凿一条长102米的直线隧道(钢梁需长68米,导梁需长34米),此举工程浩大,也不经济。如何高效、优质、经济地解决这一难题,让当时参与建设的各国铁路桥梁工程技术专家们煞费苦心,不得其解。铁路工程承建方,法国滇越铁路公司向有关各方征集方案。在最终的8个竞争方案里,法国巴底纽勒工程建筑公司的工程师保罗·波登(1847-1926)所提方案被选中。这个极为大胆的、极富个性化天才创意的设计方案,不仅满足了技术、经济方面的高度严格要求,而且以超凡脱俗的独特美学价值赢得各方赞许。
------
以下图片由版权所有杰克.墨肃strucurae。de依法许可本文作者李晓使用。未经准许,不得翻拍,复制。
人字桥的设计师 保罗.波登铜像
法国著名设计师保罗.波登铜像
------------
早在1902年完工的威敖钢结构铁路高架桥,就为保罗·波登先生带来了声望。保罗·波登先生设计并由法国巴底纽勒工程公司建造的这座桥位于法国塔尔那省和阿韦龙省交界处的比利牛斯山脉中部,靠近卡尔莫镇。大桥跨越威敖河谷,其主孔跨度为220米、两侧孔宽度分别为95米,桥的拱高部分高53.73米,桥面距谷底高116米,桥总长410米。该桥于1895年动工,1902年完工。这座已逾百年的恢宏大桥至今仍在正常使用,被誉为法国最著名的钢结构铁路高架桥。从此桥的形状上我们可以大致看到在滇越铁路上横空架设的人字桥的身影,然而人字桥较之威敖桥则更加惊险。威敖铁路桥的成功经验为保罗·波登破解在四岔河峡谷极为险峻,恶劣的环境中架设桥梁的难题积累了必不可少的、高超、严谨的科学技巧,并使他从中获得了足够的创新实践的勇气。“滇越铁路是一项没有一系列发明创新就不可能完成的工程”。“保罗·波登找到了破解难题的设计方案”。人字桥成为这位著名设计师在年届六旬时的杰出作品。
-----------
保罗.波登设计的法国威敖铁路桥
已列入“法国历史遗产名录”
------------
“人字桥”如何施工 ?
优异的设计有赖于精良和高难度的制造、施工工艺才能得以实现。建造施工由保罗·波登所在的法国巴底纽勒工程公司承建。为适应陡峭高山中人抬马驮的运输条件和困难的施工现场,工程所需的全部钢铁构件都在法国按设计要求,预制成单件重量限制在100公斤以内,长度不超过2.5米,大多为1.2米到1.5米,均为短而轻的杆件,可在施工现场组拼铆合而成。但有两根吊装用的长355米,总重5000多千克铁链就由200名劳工用肩抗,排成600米长的队列,如巨龙蜿蜒爬行在崎岖的小路上缓缓而行,历时3天,才运到工地。
人字桥为双重式结构,下部为三铰人字拱臂钢架组成,拱臂底部分别支撑于两端山腰间的铸钢球形支座上,支座又以在两岸山腰设计高程处嵌入山体的钢筋混凝土预制块作为拱座承台,待顶部合拢后连接于钢枢上。其上托4孔简支上承多腹杆钢桁梁,高2.05米,主桁梁中距2.4米。
人字桥的施工从开凿河岸峭壁两端的隧道口的桥台开始,然后在两端洞口距轨顶面高19.17米的峭壁上,开挖出宽4.4米,高3.8米,深4.0米的施工山洞以安置铰车及滑车系等起重设备。之后又在隧道下方的设计高度构筑钢筋混凝的拱座承台,并在其上安置铸钢球型支座。前两项准备工作完成后,即开始吊装。第一步在球型铰上垂直吊装三角形钢拱支架,其拱肋的上弦、上风撑,临时用锚杆及缆绳稳定在岩壁上,自下而上拼装下弦杆、腹杆、下风撑,并将三角形拱架顶悬挂于与铰车相连的滑车上。第二步进行拱臂钢架合拢。利用两边铰车和拱臂顶部的滑车系等起重设备,随着铰车的徐徐放松,拱臂即随绕支座作半圆弧转动,两只拱臂向峡谷中心缓缓靠拢,待两架拱臂顶部的枢轴孔吻合后即穿入钢枢,并在拱脚底部安装锚固螺栓,两端实现对接。第三步在开凿好的拼装槽内拼装上部简支梁,又将拼装好的简支梁利用铰车、滑车、滑轮等牵引推送。由于场地的限制,每次拼接18米左右即须向前拖拉,经多次循环直至全部就位,最后铺设桥面及轨道。
------------
法国著名设计师保罗·波登设计的
1907年开工,1908年建成的滇越铁路倮姑人字桥。
2006年,由国务院公布为“全国重点文物保护单位”。
-----------------------------
建成后的人字桥长67.15米,高100米,自昆明一侧的一孔跨长21.9米,二、三孔跨长14.75米,四孔跨长15.75米;桥梁重179.5吨(包括配件),有效荷载与自重比为1:05,三铰拱重70吨,其矢高于跨长比为1:3.5。人字桥犹如巨人横空跨越在200米高的四岔河谷之间,造型优美,雄伟壮观。因其形恰似汉字“人”,故“人字桥”一名不胫而走。不久前,有影视公司利用现代高科技电脑数字动画特技,生动复原了两个三角拱臂钢架合拢过程的经典历史时刻。
人字桥修建的主要步骤:
1907年3月10日,在距谷底约100米高处隧道打通四岔河谷绝壁
1908年2月1日,开始钢筋水泥工程
1908年5月3日,安装球形联轴支座
1908年6月2日,吊装三角拱臂钢架
1908年7月16日,平衡对接三角拱臂钢架
1908年11月31日,安装主横梁,桥身
1908年12月6日,机车从人字桥上通过
桥梁工程历时20个月26天,其中钢结构架设过程历时5个月。
人字桥自通车至今百年,从来没有影响过铁路的畅通,甚至连一根钢件,一只铆钉也未更换过,整座桥梁完好如初。如此优异的工程质量足以令世人叹服。
为完成这座后来彪炳史册的经典桥梁,谱写滇越铁路是“铁路工程史上的巨幅画卷”中“最壮丽的工程之一”的人字桥,有800多名劳工献出了他们宝贵的生命。这无异于一场惨烈的攻坚战。由于险峻的地形地貌,恶劣的施工环境和相当简陋的施工工具,铁路建设者在奋力克服种种难以想象的困难时,不仅要运用高超的智慧和当时先进的科学技术,更要勇气与决心,甚至付出鲜血和生命。一个个劳工从高约200米的山顶上用吊绳下坠数十米至100米,悬挂在半空中,按照施工要求一锤一凿地敲打。他们中有因绳索磨断而坠落;有被头顶上方的落石或脱手的工具击中;有因河谷骤起凛烈的山风,人如挂丝的蜘蛛般被风吹飘荡,回落时撞击在山岩上;有在架设铆合时滑落深渊;有因伤病……。这座桥每前进一米就付出12条年轻的生命,令人震惊的数字。滇越铁路建设的先人们,以自己的聪明才智、崇高的责任感,百折不挠的坚韧精神,甚至用自己的鲜血和生命造就了这座不朽的钢铁丰碑。埃德加·斯诺在描写滇越铁路时赞叹道:“修建这条铁路不啻是一桩宏伟的、勇敢的事业,其想像力之大,对其宗旨的信仰之深,无不显示出一种勇武豪迈的魄力”。人字桥由于将滇越铁路的卓绝设计、奇险施工、浩大工程和突出的美学价值等特点集于一身,被公认为滇越铁路的象征。