平潭海峡公铁两用大桥：穿越世界级风口的超级工程

“7年付出，在这一刻我觉得全都值了。”12月26日，看着首列动车驰过平潭海峡公铁两用大桥，中铁大桥局副总经理张红心禁不住感慨万千。
作为新建福州至平潭铁路、长乐至平潭高速公路的关键性控制工程，平潭海峡公铁两用大桥是也是合（肥）福（州）铁路的延伸、（北）京福（州）通道的重要组成部分。该桥由中铁大桥院设计，中铁大桥局承建，上层设计为时速100公里的6车道高速公路，下层设计为时速200公里的双线I级铁路，始于长乐，终于平潭，将人屿岛、长屿岛、小练岛、大练岛串联到一起。如今，大桥全面通车，随着福（州）平（潭）铁路同步开通，平潭岛结束了不通铁路的历史，并与福州形成半小时“生活圈”和“经济圈”。

在世界级风口创造奇迹

行驶在平潭大桥上，可以看到无论是公路面还是铁路面两侧，都安装了高高的风屏障。“这些风屏障是保障汽车火车安全行驶的重要工程。大桥所在地是与百慕大、好望角齐名的世界3大风口海域之一，在非台风情况下，阵风都有可能达到10级或以上。风屏障能有效削减风力，6级风通过它，在桥面上一般就只有3级风的强度了。”中铁大桥局平潭海峡公铁两用大桥项目常务副经理肖世波介绍，“当然，极端天气不仅在大桥建成后对车辆行驶造成影响，在大桥建设过程中更是给我们带来了数不尽的挑战。”

平潭海峡公铁两用大桥桥址所在处具有风大、浪高、水深、流急等特点。据统计，这里每年6级以上大风超过300天，7级以上大风超过200天。除此之外，平均每年台风正面登陆3到4次，最大浪高约9.69米。再加上此处潮差最大达7米，水流流速快，尤其是波流力的影响，是长江等内河桥梁的10倍以上，对水中结构冲击极大。

“恶劣的气候条件和复杂的水文地质条件让这里一度被称为‘建桥禁区’。”中铁大桥局平潭海峡公铁两用大桥项目总工王东辉介绍，在刚开始施工阶段，他们就遇到了一个大难题——第一根钢管桩桩头打进坚硬的岩床1米深左右时，就被挤压致严重变形。原来，数年来的海峡大风带动海涌淘走了海底的松散岩层，留下硬度堪比钢铁的光板岩，再加上潜伏海底的坚硬孤石，复杂的岩层状况让大桥基础无处安放。

经过几个月不断测算，项目团队研发出国内首创的深水裸岩区埋植式海上平台技术，即根据海底岩面地形定制4根长短不一的钢管桩，工程师和建设者们用打桩船将钢管桩放到预定位置，快速联结，形成一个临时“板凳”。接着，下放预制的圆柱形钢筋笼，并灌注混凝土，让钢管桩“黏”在海底岩石上。以此“小板凳”为起始小平台，再向外扩展为7人足球场大小的施工平台，总面积约6万平方米，施工高峰期有600余名作业人员同时在平台上生活与工作。

根基插稳了，大桥才能站得稳。打桩阶段，中铁大桥局不仅启用世界一流的海上巨型打桩设备——多功能全回旋式起重兼打桩船“海力801”插打钢管桩，还自主研发了世界最先进的KTY5000型液压动力头钻机，让近5米的钻孔桩最终“站”成一根根“定海神针”。

大国重器助力填补技术空白

“施工现场的大风天气十分频繁。按照国家规范要求，6级风以上就要停止吊装等作业。再加上每次台风来临前后几天都无法正常施工，我们的有效作业时间显得十分宝贵。”王东辉介绍。

为了克服恶劣的自然环境，充分利用大风环境中的施工“窗口期”，在架梁阶段，大桥施工采取钢桁梁整孔全焊接制造。即在工厂整体制造总拼钢桁梁，然后装船从江苏如皋历经约1000公里海上运输至桥位处，在现场进行海上浮吊整孔架设。

大桥最重的钢桁梁长96.25米，宽36.8米，相当于8个篮球场；高15.35米，相当于5层楼；设计重量达3150吨，加上吊具起吊重量近3400吨，相当于2260辆小汽车的重量。由于钢梁重量大，轮廓尺寸超宽超高，重心顺桥向不对称，海上吊装受风浪影响摆动大，精确就位难度巨大，对架梁装备也十分严苛。

为降低海上施工安全风险，中铁大桥局历时3年、耗资数亿元打造了“大桥海鸥号”自航双臂架变幅式起重船，其起重能力达3600吨，主钩起升高度达110米——相当于39层楼高。这是国内起重量最大、起升高度最高的双臂架起重船，堪称海上桥梁施工的巨无霸和超级大力士。

2017年3月5日，“大桥海鸥”将平潭桥大小练岛水道桥边墩S06号墩围堰（重约900吨）顺利下放到位，完成服役以来的“首秀”；2018年1月22日，该船将吊重3400吨的钢桁梁成功架设到墩顶，刷新了世界桥梁整孔钢桁梁架设的最重纪录。

“大节段钢桁梁整孔吊装架设技术将现场施工变为工厂施工，大大降低了现场施工难度，也提高了现场‘窗口’时间的利用率。‘大桥海鸥’号让这项技术变为现实，可以说是填补了我国斜拉桥大节段钢桁梁整孔吊装架设的技术空白，实现钢桁梁桥梁架设施工由单片架设到整节间架设再到整孔架设的一个飞跃。”王东辉颇为自豪地说。

实时监测抢抓“天窗点”

在大桥建设过程中，一系列新结构、新材料、新工艺、新装备，成功解决了在恶劣复杂海洋环境条件下桥梁建设的系列难题，但如何抢抓大风天气中的“天窗点”，依然是现场施工最重要的课题之一。

“平潭海峡公铁两用大桥所在地气候条件复杂，大风大浪天气频繁，适合施工的‘天窗点’转瞬即逝，需要我们提前预测、科学把握。但国家和地方的天气和海洋预报覆盖范围十分宽泛，很难精确到桥址，经常出现长乐岸下着瓢泼大雨，平潭岸却只是阴天的情况，这就给我们现场施工调度带来了很大的麻烦。”中铁大桥局平潭海峡公铁两用大桥项目副总工刘科告诉记者，为了精准指导工程建设，中铁大桥局结合国家和地方的预报，专门自主研发了一套环境综合监测系统，对桥址海域的天气和海况进行实时监测。

项目开建以来，中铁大桥局根据现场作业需求，在施工区域周边布置了5台风速仪、2台波浪仪、1台海流计，对桥址处风环境、波浪要素、海流进行实时监测，同时利用云计算中心制作展示网页，实时发布各种监测数据。实践证明，这些监测及预测数据为施工人员充分利用“天窗”时间提供了重要依据。

“在这之前，国内对复杂海域跨海大桥的风、浪、流监测及大尺度结构波浪力的原位测试几乎是空白，少有经验可借鉴。”刘科介绍，“在这几年里，我们通过现场实测、数值模拟等办法，积累了大量数据。风、浪预测方法还可以应用于受局部场地影响明显的桥梁施工区域，例如山区峡谷地带风速预报。”

极端恶劣、复杂的施工环境，给平潭海峡公铁两用大桥的建设者“制造”了无数困难和障碍，但也为他们提供了超越自我、创造奇迹的难得机遇。据统计，在大桥建设过程中，通过科技创新，平潭桥已获得专利73项（其中发明专利31项），正在申报专利136项；发表论文62篇（其中EI共18篇，SCI共4篇）；获得省部级工法6项，企业级工法26项，正在申报湖北省工程建设工法11项；获得“社会力量奖”6项，通过科技成果评审9项，达到国际领先水平7项，国际先进水平2项。建设过程中积累的丰富经验，还有形成的复杂海域公铁两用大桥建造成套技术，都将对今后类似桥梁工程具有重要的借鉴意义，这也使得平潭海峡公铁两用大桥成为我国桥梁建造史上一座新的里程碑。

（来源：中国建材报  2020-12-28）