12月26日，我國首座跨海公鐵兩用橋、世界最長跨海峽公鐵兩用大橋——平潭海峽公鐵兩用大橋全面通車。“7年付出，在這一刻我覺得全都值了�！敝需F大橋局副總經(jīng)理張紅心看著緩緩駛出的列車，禁不住感慨。
作為新建福州至平潭鐵路、長樂至平潭高速公路的關(guān)鍵性控制工程，平潭海峽公鐵兩用大橋是也是合福鐵路的延伸、京福通道的重要組成部分。大橋由中鐵大橋院設(shè)計、中鐵大橋局承建，上層設(shè)計為時速100公里的六車道高速公路，下層設(shè)計為時速200公里的雙線I級鐵路，起于長樂，終于平潭，將人嶼島、長嶼島、小練島、大練島串聯(lián)到一起。
如今，大橋全面通車，隨著福平鐵路同步開通，平潭島結(jié)束了不通鐵路的歷史，其與周邊城市的時空距離被大大縮短，與福州形成半小時“生活圈”和“經(jīng)濟圈”，這對完善閩東北區(qū)域鐵路交通網(wǎng)絡(luò)，發(fā)揮福州中心樞紐作用，帶動閩東北區(qū)域整體開放開發(fā)具有重要意義。
“建橋禁區(qū)”中創(chuàng)造奇跡
行駛在大橋之上，可以看到無論是公路面還是鐵路面兩側(cè)，都安裝有高高的風屏障�！斑@些風屏障是保障汽車火車安全行駛的重要工程。大橋所在地是與百慕大、好望角齊名的世界三大風口海域之一，在非臺風情況下，陣風都有可能達到10級或以上。風屏障能有效削減風力，6級風通過它，在橋面上一般就只有3級風的強度了�！敝需F大橋局平潭海峽公鐵兩用大橋項目常務(wù)副經(jīng)理肖世波介紹，“當然，極端天氣不僅在大橋建成后對車輛行駛造成影響，在大橋建設(shè)過程中更是給我們帶來了數(shù)不盡的挑戰(zhàn)�！�
平潭海峽公鐵兩用大橋橋址所在處具有風大、浪高、水深、流急等特點。據(jù)統(tǒng)計，這里每年6級以上大風超過300天，7級以上大風超過200天。除此之外，平均每年臺風正面登陸3到4次，最大浪高約9.69米。再加上此處潮差最大達7米，水流流速快，尤其是波流力的影響，是常規(guī)長江等內(nèi)河橋梁的10倍以上，對水中結(jié)構(gòu)沖擊極大。
“惡劣的氣候條件和復雜的水文地質(zhì)條件讓這里一度被稱為‘建橋禁區(qū)’�！敝需F大橋局平潭海峽公鐵兩用大橋項目總工王東輝介紹，在剛開始施工階段，他們就遇到了一個大難題——第一根鋼管樁樁頭打進堅硬的巖床1米深左右時，就被擠壓致嚴重變形。原來，千萬年來的海峽大風帶動海涌淘走了海底的松散巖層，留下硬度堪比鋼鐵的光板巖，再加上潛伏著的堅硬孤石，復雜的巖層狀況讓大橋基礎(chǔ)無處安放。
經(jīng)過幾個月的不斷測算，工程師研發(fā)出國內(nèi)首創(chuàng)的“深水裸巖區(qū)埋植式海上平臺”技術(shù)，即根據(jù)海底巖面地形定制4根長短不一的鋼管樁，工程師和建設(shè)者們用打樁船將鋼管樁放到預定位置，快速聯(lián)結(jié)，形成一個臨時“板凳”。接著，下放預制的圓柱形鋼筋籠，并灌注混凝土，讓鋼管樁“黏”在海底巖石上。以此“小板凳”為起始小平臺，再向外擴展為7人足球場大小的施工平臺，總面積約六萬平方米，施工高峰期有600余名作業(yè)人員同時在平臺上生活與工作。
根基插穩(wěn)了，大橋才能站得穩(wěn)。打樁階段，中鐵大橋局不僅啟用世界一流的海上巨型打樁設(shè)備——多功能全回旋式起重兼打樁船“海力801”插打鋼管樁，還自主研發(fā)了世界最先進的KTY5000型液壓動力頭鉆機，讓近5米的鉆孔樁得以完成，大橋也在激流暗涌中擁有了一根根“定海神針”。
大國重器助力填補技術(shù)空白
“施工現(xiàn)場的大風天氣十分頻繁，按照國家規(guī)范要求，6級風以上就要停止吊裝等作業(yè)。再加上每次臺風來臨前后幾天都無法正常施工，我們的有效作業(yè)時間實際上十分寶貴�！蓖鯑|輝介紹。
為克服惡劣自然環(huán)境，充分利用大風環(huán)境中的施工“窗口期”，在架梁階段，大橋施工采取鋼桁梁整孔全焊接制造。即在工廠整體制造總拼鋼桁梁，然后裝船從江蘇如皋歷經(jīng)約1000公里海上運輸至橋位處，在現(xiàn)場進行海上浮吊整孔架設(shè)。
大橋最重的鋼桁梁長96.25米，寬36.8米，相當于8個籃球場；高15.35米，相當于5層樓；設(shè)計重量達3150噸，加上吊具起吊重量近3400噸，相當于2260輛小汽車的重量。由于鋼梁重量大，輪廓尺寸超寬超高，重心順橋向不對稱，海上吊裝受風浪影響擺動大，精確就位難度也十分大，對架梁設(shè)備的要求自然也水漲船高。
為降低海上施工安全風險，中鐵大橋局歷時3年、耗資數(shù)億打造了“大橋海鷗號”自航雙臂架變幅式起重船，其起重能力達3600噸，主鉤起升高度達110米——相當于39層樓高。這是國內(nèi)起重量最大、起升高度最高的雙臂架起重船，堪稱海上橋梁施工的巨無霸和超級大力士。
2017年3月5日，“大橋海鷗”將平潭橋大小練島水道橋邊墩S06號墩圍堰（重約900噸）順利下放到位，完成服役以來的首秀；2018年1月22日，其將吊重3400噸的鋼桁梁穩(wěn)穩(wěn)架設(shè)到墩頂，并刷新了世界橋梁整孔鋼桁梁架設(shè)的最重紀錄。
“大節(jié)段鋼桁梁整孔吊裝架設(shè)技術(shù)將現(xiàn)場施工變?yōu)楣S施工，大大降低了現(xiàn)場施工難度，也提高了現(xiàn)場‘窗口’時間的利用率�！髽蚝ｚt’號讓這項技術(shù)變?yōu)楝F(xiàn)實，可以說是填補了我國斜拉橋大節(jié)段鋼桁梁整孔吊裝架設(shè)的技術(shù)空白，實現(xiàn)鋼桁梁橋梁架設(shè)施工由單片架設(shè)到整節(jié)間架設(shè)再到整孔架設(shè)的一個飛躍�！蓖鯑|輝介紹。
實時監(jiān)測搶抓“天窗點”
在大橋建設(shè)過程中，一系列新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝、新裝備，成功解決了在惡劣復雜海洋環(huán)境條件下橋梁建設(shè)的系列難題，但如何搶抓大風天氣中的“天窗點”，依然是現(xiàn)場施工最重要的課題之一。
“平潭海峽公鐵兩用大橋所在地氣候條件復雜，大風大浪天氣頻繁，適合施工的‘天窗點’轉(zhuǎn)瞬即逝，需要我們提前預測科學把握。但國家和地方的天氣和海洋預報覆蓋范圍十分寬泛，很難精確到橋址，經(jīng)常出現(xiàn)長樂岸下著瓢潑大雨，平潭岸卻只是陰天的情況，這就給我們現(xiàn)場施工調(diào)度帶來了很大的麻煩。”中鐵大橋局平潭海峽公鐵兩用大橋項目副總工劉科介紹。為了精準指導工程建設(shè)，中鐵大橋局結(jié)合國家和地方的預報，自主研發(fā)了一套環(huán)境綜合監(jiān)測系統(tǒng)，對橋址海域的天氣和海況進行實時監(jiān)測。
項目建設(shè)以來，中鐵大橋局根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)需求，在橋梁沿線布置了5臺風速儀、2臺波浪儀、1臺海流計，對橋址處風環(huán)境、波浪要素、海流實時監(jiān)測，同時利用云計算中心制作展示網(wǎng)頁，實時發(fā)布各種監(jiān)測數(shù)據(jù)。多年的實踐證明，這些監(jiān)測及預測數(shù)據(jù)為施工人員選擇天窗時間提供了重要依據(jù)。
“在這之前，國內(nèi)對復雜海域跨海大橋的風、浪、流監(jiān)測及大尺度結(jié)構(gòu)波浪力的原位測試幾乎是空白，少有經(jīng)驗可借鑒�！眲⒖平榻B，“在這幾年里，我們通過現(xiàn)場實測、數(shù)值模擬等辦法，積累了大量數(shù)據(jù)。風、浪預測方法還可以應(yīng)用于受局部場地影響明顯的橋梁施工區(qū)域，例如山區(qū)峽谷地帶風速預報。”
平潭海峽公鐵兩用大橋是世界上首座在如此復雜的風浪涌環(huán)境下建設(shè)的海峽大橋，據(jù)統(tǒng)計，在大橋建設(shè)過程中，通過科技創(chuàng)新，平潭橋已獲得專利73項（其中發(fā)明專利31項），正在申報專利136項；發(fā)表論文62篇（其中EI共18篇，SCI共4篇）；獲得省部級工法6項，企業(yè)級工法26項，正在申報湖北省工程建設(shè)工法11項；獲得社會力量獎6項，通過科技成果評審9項，達到國際領(lǐng)先水平7項，國際先進水平2項。建設(shè)過程中積累的豐富經(jīng)驗，還有形成的復雜海域公鐵兩用大橋建造成套技術(shù)，都將對今后類似橋梁工程具有重要的借鑒意義，這也使得平潭海峽公鐵兩用大橋成為我國橋梁建造史上一座新的里程碑。
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