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世界最长公铁两用大桥在这里建成

风口造桥、海中凿洞,让不可能成为可能
来源:福建日报 版次:第08版:科教文体 时间:2022-09-20 16:20 浏览量:{{pvCount}}
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施工环境地质条件复杂。(资料照片)

  

巨浪冲击航道桥主墩围堰。(资料照片)

  

全国首创的双孔连做造桥机(江信恒 摄)

  

平潭海峡公铁大桥(念望舒 摄)

  

  这里的惊涛骇浪,与百慕大、好望角齐名,是世界三大风暴海域之一,6级大风天一年中超过300天;

  这里无风也起浪,水流速度相当于长江中下游洪峰,潮差最高超过7米;

  这里小岛棋布、地质复杂,坚硬如铁的光板岩石是打桩建墩者的噩梦;

  ……

  这里,是被称作“建桥禁区”的世界著名风口——平潭海峡,风大、浪高、流急、岩硬。

  但自2013年起,7年时间,一座世界上最长的跨海公铁两用大桥却在此拔地而起。

  它,就是平潭海峡公铁大桥。

  狂风巨浪之下练就“绝技”

  平潭海峡公铁两用大桥,是福州至平潭铁路和长乐至平潭高速公路,采用合建方式,共同跨越海坛海峡北口的公铁两用桥梁,是世界最长也是我国第一座公铁两用跨海大桥。

  平潭海峡公铁两用大桥全长16.34公里,全桥钢结构用量124万吨,混凝土用量294万方,其用钢量和混凝土总方量均是迄今为止国内外桥梁之最。

  桥址所处台湾海峡海域环境复杂,建设条件恶劣,施工难度极大,大桥被桥梁界公认是世界上建设难度最大的桥梁,堪称“超级桥梁工程”。

  平潭海峡“盛产”大风。风高浪涌,平潭海峡海域的波浪力是长江等内河的10倍以上,全年6级以上大风天超过300天,而根据规范要求,大于6级风现场起重吊装是不能作业的。

  有时浪高5米,刚打好的钢管桩,第二天早上再看时,都被冲歪了。

  又因为平潭是海岛,所有的材料都要通过海运,风一大船就停了,对物流组织影响非常大。

  2015年8月,台风“苏迪罗”携带15级大风呼啸而来,刚刚钻好的钻孔成孔后受大浪冲击而塌孔,最后只能花几个月时间处理掉落的钢护筒、海底注浆加固地层重新钻孔。

  面对“建桥禁区”的种种考验,唯有创新才能突破。监测风浪潮的技术创新,便是大桥建设者发展出的“绝技”。

  为了摸清桥址附近风浪的“脾气”,承建方中国铁建大桥局专门建立了一个“复杂海洋环境的风浪检测技术研究”课题,并开发了一套预报监测平台。

  在全桥布置了47台风速仪、3台波浪仪,监测数据传回到武汉桥科院的数据处理中心进行分析,结合平潭海域海浪天气的公共预报进行神经关联。

  这一系统实现了桥址3到7天内的风力和海浪预报,可精确到具体桥墩,成为帮助项目施工借东风的“诸葛孔明”。

  经过前期的摸索,施工人员对风大、浪高、水急的施工条件限制有了办法:一方面减少现场作业,尽可能预制构件;另一方面,创新风屏障技术,增加可作业时间;同时,研发新装备,提升打桩、吊装等现场施工水平。

  为解决整体钢桁梁重心顺桥向不对称、海上吊装受风浪影响摆动大等难题,“大桥海鸥号”应运而生。

  “大桥海鸥号”是中铁大桥局打造的自航双臂架变幅式起重船,是国内起重量最大、起升高度最高的双臂架起重船,最大吊重3600吨、主钩最大吊高110米。

  2018年1月22日,该船成功将吊重3400吨的钢桁梁架设到大桥墩顶,刷新了世界桥梁整孔钢桁梁架设的最重纪录,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。

  世界直径最大的“定海神针”

  平潭海峡的海底地质条件复杂,要建造大桥,穿越的岛屿两侧海床,几乎全是裸露的坚硬花岗岩。

  2015年,大桥开始打桩,水面看钢管桩在一点点往下走,却一直无法站稳。

  由于海底岩石太硬,钢管桩底部都被挤压得往回卷,一层一层堆在底部,根本就没打到岩石里。

  坡面长达1.5公里的连续倾斜裸岩,13个桥墩全要放到上面。常规来说,一座跨海跨江大桥,这种条件的桥墩只有一两个。

  在风大浪急的海面施工先要站稳,为此中国铁建大桥局研发出国内首创“深水裸岩区埋植式海上平台”。

  打造这种平台先要借助海底扫描技术摸清钢管桩所在位置的海底情况,工人将若干根合适长度的钢管桩放到预定位置,再用横梁将这些钢管桩焊接成一体,用冲击钻穿过每根钢管桩,在海底岩石钻出深度为钢管桩直径1至2倍的桩孔,注入混凝土铆桩,形成一个几条腿的“板凳”,再向外扩展为深水裸岩钻孔施工平台。

  世界直径最大的桥梁桩基嵌岩桩,成为大桥站稳脚跟的“定海神针”。

  这种桩插入岩层的部分桩径达到4.5米,桩径变粗增加硬度,也减少钢管桩的数量,从而缩短施工周期。

  如何将钢管桩精准打入坚硬的海底岩石成为新的挑战。中铁大桥局自主研发了世界最先进的KTY5000型液压动力头钻机,将直径4.5米的嵌岩桩钻进坚硬的海床。

  向创新要解决答案,在平潭海峡公铁大桥的修建中,这样的例子比比皆是:为解决海上安装简支钢桁梁上部结构的困难,建设者采取工厂化制造,将钢桁梁直接在工厂焊接成重约1490吨的整孔钢梁,用特制船舶运至待架位置进行架设,该技术是国内同类桥梁首次应用;

  为解决单孔造桥机作业时间长、成桥速度慢、海上高空作业风险大等问题,研制出了国内首座“双孔连做节段拼装造桥机”,并获得国家专利;

  自主研制大型液压动力头钻机,可一次成孔5米直径钻孔桩,成功建设世界上桩径最大的桥梁工程桩;

  ……

  2019年9月25日,平潭海峡公铁大桥全线合龙贯通。

  7年里,这座被称为“圆梦桥”的超级工程,创造了埋植式钢混组合海上平台、双孔连做节段拼装造桥机、“大桥海鸥号”等一系列令人瞩目的重大成果,填补了诸多“中国空白”“世界空白”。

  如今,这座曾被无数人评价为“不可能”的工程,不仅站在海里,还将牢牢地站在悠远的历史长河中;不仅跨越了海峡,还跨越了时空。

  历久弥新的工匠精神,书写了大桥瑰丽的时代篇章,这是闽人新智的体现,也是中国制造的生动实践。

  (钟禾)

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