平潭海峽公鐵大橋：穿越風暴海域的先驅者

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導語：平潭海峽公鐵大橋起于長樂，終于平潭，全長16.323千米，將人嶼島、長嶼島、小練島、大練島串聯到一起。橋址所在處風大、浪高、水深、流急，被人們視為“建橋禁區”。

2013年11月動工建設，2020年10月、12月，公路段、鐵路段分別通車運營，結束了平潭島不通鐵路的歷史，也拿下了世界最長跨海峽公鐵大橋的紀錄。

平潭海峽公鐵大橋 圖源：新華社

平潭海峽公鐵大橋

平潭海峽公鐵大橋是福建省福州市境內跨海通道，位于海壇海峽北口。大橋線路北起松下收費站，上跨元洪航道、鼓嶼門水道、大小練島水道，南至蘇澳收費站。線路全長16.323千米，總投資額為147億人民幣。

大橋上層設計為時速100公里的六車道高速公路，下層設計為時速200公里的雙線I級鐵路，是我國第一座既能跑汽車，又能跑火車的跨海大橋，也是目前世界最長跨海公路鐵路兩用大橋。

在平潭海峽穿越“風暴海域”

平潭海峽是世界三大風暴海域之一，風大、浪高、水深、流急。這里每年6級以上大風超過300天，7級以上大風超過200天，掀起最大浪高近10米。猛烈的波流力是長江等內河橋梁的10倍以上，建造難度和風險極大。中鐵大橋局的建設者們就在這被稱為“建橋禁區”的風口浪尖上開始打樁、架橋。

平潭海峽大橋體量之大創下跨海大橋之最：大橋共用鋼材85.3萬噸，相當于兩座港珠澳大橋的體量。與世界其他跨海峽橋梁相比，平潭海峽大橋建設條件更加惡劣復雜，施工難度更大，安全風險更高。

大橋所處地理位置一覽 圖源：吉林一號光譜01星

大風是修建平潭海峽大橋面臨的最大挑戰。幾年來，項目共經歷過30多次臺風，2015年的13號超強臺風“蘇迪羅”風力達到14級。小練島上的施工人員清楚地記得，狂風襲來時，大浪滔天，吊機、房子全部被吹垮，辦公住宿用的移動板房平移了30多米。

大橋施工建造要與臺風搶時間，項目部創新性提出“化海上施工為半陸地施工，化強風為弱風”，量身打造了13架2000噸全封閉海上造橋機，在海上營造出一個高達百米的空中長廊造橋作業間，可以遮風擋雨，增加施工安全性。

斜拉索擺式杠桿阻尼器

在臺風、海嘯、地震等自然災害來臨時，塔梁阻尼器能最大限度吸收和消耗沖擊載荷對大橋結構的沖擊能量，大大緩解自然災害對大橋結構的沖擊和破壞。由于平潭海峽公鐵大橋特殊的地理環境，斜拉索振動更為密集，此次安裝的斜拉索擺式杠桿阻尼器以更低的安裝高度實現更好的減振效果，對于斜拉索面內、面外振動均具有良好的控制效果。

大國重器助力填補技術空白

在任何工程項目上，先進的裝備從來都是重頭兵。為攻克大橋建設難關，中鐵大橋局創新了移動造橋機整體吊裝安裝技術、抗風防臺技術，形成了一套在海上經常大風環境中造橋機施工技術。

大橋航道橋樁基礎采用直徑4.9米、4.4米鉆孔樁，是迄今為止世界上樁徑最大的橋梁工程樁。主墩圍堰在施工期間承受2000多噸的波浪力，是目前國內基礎施工圍堰承受波流力最大的施工結構。

大橋XD28圍堰澆筑現場 圖源：中鐵大橋局

除此之外，還研制了國內浮吊主鉤最高吊高110米、副鉤吊高130米，吊重3600噸的大型浮吊，用于整孔架設簡支鋼梁和斜拉橋鋼桁梁整節段架設，研發了1100噸架梁吊機，單臺吊機起重量達到國內之最。

大橋主塔墩承臺施工現場

為降低海上施工安全風險，中鐵大橋局歷時3年、耗資數億打造了“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。2018年1月22日，它將吊重3400噸、相當于2260輛小汽車重量的鋼桁梁穩穩架設到墩頂，刷新了世界橋梁整孔鋼桁梁架設的最重紀錄。

具有超強臂力的“大橋海鷗”號

信息之眼：風、浪監測及預報技術

項目建設以來，中鐵大橋局根據現場作業需求，在橋梁沿線布置了5臺風速儀、2臺波浪儀、1臺海流計，對橋址處風環境、波浪要素、海流實時監測，同時利用云計算中心制作展示網頁，實時發布各種監測數據。多年的實踐證明，這些監測及預測數據為施工人員選擇天窗時間提供了重要依據。

橋址處的風、浪要素預報全過程結構圖

橋址所處海洋環境作用的基本特點是強度大、變化幅度大、變化速度快，具有很顯著的不確定性。環境作用的不確定性和耦合性給大橋施工帶來前所未有的難題。而橋址附近無海洋監測站，所以只能自行建設風、浪監測系統。

橋址處局部場地特征明顯，海洋預報臺預報的環境數據與現場實測數據存在較大差異，難于指導施工調度。針對此問題，提出預測橋址處風、浪特征值的方法。首先在積累橋址處的風、浪要素實測數據的基礎上，通過機器學習建立橋址處風、浪要素與外海海洋預報臺預報數據之間的關系；然后利用外海預報數據，預測橋址處一段時間內的風、浪要素。

近年來，GNSS連續運行參考站系統（簡稱CORS）技術逐漸被應用到跨海橋梁工程建設中。相對于區域CORS、城市CORS 來說，工程CORS的服務范圍小、獨立性強，能精準傳輸工程產生的各類數據，并以可視化的形式展示出來。

平潭海峽公鐵大橋GNSS連續運行參考站系統采用基于 VRS 的 Trimble Pivot 平臺作為系統核心處理及管理軟件。系統采用雙服務器熱備份策略搭建系統構架，通過基于域名系統的網絡負載均衡技術，將兩臺服務器以對稱的方式組成一個服務器集合，以提高系統的穩定性和可用性。

平潭海峽公鐵兩用大橋網絡通信的總體結構

海上的鋼鐵巨龍：主要施工關鍵技術

大橋的３座通航孔橋采用大直徑鉆孔樁基礎，鉆孔樁直徑大、數量多、工程量大，為保證大直徑鉆孔樁順利施工，在鉆孔工藝、護筒插打等方面采取了多項關鍵技術。

復雜海域和地質條件下的4.9m鋼護筒埋設技術。鋼護筒在工廠一次性加工完成，現場不再接長，保證了其在深水區順利著床；采用多層導向裝置，克服了波流影響，實現了4.9鋼護筒在強波流力、深水海域的精確定位、準確下放以及插打過程中的垂直度。

圍堰施工防浪技術。圍堰在施工期間受到的波浪力為21000kN，約為內河同等規模圍堰受力的10倍。圍堰在施工過程中，受波浪力和水流力影響，下放和定位難度大。為了解決波浪力和水流力所引起的圍堰下放精度難以控制的問題，設置了頂、中、底３層水平限位裝置。為了弱化波浪對圍堰側板的沖擊力，在圍堰側板上均勻開設消波孔，拍打在圍堰側板的波浪經過消波孔后離散。

圍堰水平導向限位裝置

大風環境橋塔施工技術。為保證橋塔爬模在７級風以下爬升、８級風以下正常施工，９級風以上停止施工并保證結構安全，臺風工況下能夠確保爬模不損壞，模架體外側采用全封閉沖孔鋼板網防風結構。爬模模板架體采用固定支架，并對爬模整體進行加強設計。

為了改善大風工況下橋塔的懸臂受力，使橋塔兩肢橫橋向變形協調，在上橫梁支架下方約５ｍ位置設置１道桁架式橫撐。橋塔橫撐均采用拉壓式橫撐，拉壓式橫撐與橋塔形成門式剛架，以減小中塔柱根部截面彎矩，達到改善橋塔受力的目的。與普通橫撐相比，桁架式橫撐可減小中塔柱根部截面彎矩約20%，可有效改善橋塔抗風能力，確保橋塔施工各階段受力及裂縫寬度滿足要求。

空間桁架式橫撐結構布置

結語：

平潭海峽公鐵大橋是中國第一座真正意義上的公鐵兩用跨海大橋，是連接福州城區和平潭綜合實驗區的快速通道，遠期規劃可延長到臺灣，對促進兩岸經貿合作和文化交流等具有重要意義；大橋建成后，從武漢坐動車至平潭最快6個多小時，節省10多個小時。它不僅僅是一項超級工程，更是中國建造橋梁的又一個“第一”，也將實現平潭鐵路零的突破。

參考文獻：

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