“7年付出，在這一刻我覺(jué)得全都值了。”12月26日，看著(zhù)首列動(dòng)車(chē)馳過(guò)平潭海峽公鐵兩用大橋，中鐵大橋局副總經(jīng)理張紅心禁不住感慨萬(wàn)千。
作為新建福州至平潭鐵路、長(cháng)樂(lè )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(肥)福(州)鐵路的延伸、(北)京福(州)通道的重要組成部分。該橋由中鐵大橋院設計，中鐵大橋局承建，上層設計為時(shí)速100公里的6車(chē)道高速公路，下層設計為時(shí)速200公里的雙線(xiàn)I級鐵路，始于長(cháng)樂(lè )，終于平潭，將人嶼島、長(cháng)嶼島、小練島、大練島串聯(lián)到一起。如今，大橋全面通車(chē)，隨著(zhù)福(州)平(潭)鐵路同步開(kāi)通，平潭島結束了不通鐵路的歷史，并與福州形成半小時(shí)“生活圈”和“經(jīng)濟圈”。
在世界級風(fēng)口創(chuàng )造奇跡
行駛在平潭大橋上，可以看到無(wú)論是公路面還是鐵路面兩側，都安裝了高高的風(fēng)屏障。“這些風(fēng)屏障是保障汽車(chē)火車(chē)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3大風(fēng)口海域之一，在非臺風(fēng)情況下，陣風(fēng)都有可能達到10級或以上。風(fēng)屏障能有效削減風(fēng)力，6級風(fēng)通過(guò)它，在橋面上一般就只有3級風(fēng)的強度了。”中鐵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(chē)輛行駛造成影響，在大橋建設過(guò)程中更是給我們帶來(lái)了數不盡的挑戰。”
平潭海峽公鐵兩用大橋橋址所在處具有風(fēng)大、浪高、水深、流急等特點(diǎn)。據統計，這里每年6級以上大風(fēng)超過(guò)300天，7級以上大風(fēng)超過(guò)200天。除此之外，平均每年臺風(fēng)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，是長(cháng)江等內河橋梁的10倍以上，對水中結構沖擊極大。
“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(chēng)為‘建橋禁區’。”中鐵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(kāi)始施工階段，他們就遇到了一個(gè)大難題——第一根鋼管樁樁頭打進(jìn)堅硬的巖床1米深左右時(shí)，就被擠壓致嚴重變形。原來(lái)，數年來(lái)的海峽大風(fēng)帶動(dòng)海涌淘走了海底的松散巖層，留下硬度堪比鋼鐵的光板巖，再加上潛伏海底的堅硬孤石，復雜的巖層狀況讓大橋基礎無(wú)處安放。
經(jīng)過(guò)幾個(gè)月不斷測算，項目團隊研發(fā)出國內首創(chuàng )的深水裸巖區埋植式海上平臺技術(shù)，即根據海底巖面地形定制4根長(cháng)短不一的鋼管樁，工程師和建設者們用打樁船將鋼管樁放到預定位置，快速聯(lián)結，形成一個(gè)臨時(shí)“板凳”。接著(zhù)，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(chǎng)大小的施工平臺，總面積約6萬(wàn)平方米，施工高峰期有600余名作業(yè)人員同時(shí)在平臺上生活與工作。
根基插穩了，大橋才能站得穩。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(jìn)的KTY5000型液壓動(dòng)力頭鉆機，讓近5米的鉆孔樁最終“站”成一根根“定海神針”。
大國重器助力填補技術(shù)空白
“施工現場(chǎng)的大風(fēng)天氣十分頻繁。按照國家規范要求，6級風(fēng)以上就要停止吊裝等作業(yè)。再加上每次臺風(fēng)來(lái)臨前后幾天都無(wú)法正常施工，我們的有效作業(yè)時(shí)間顯得十分寶貴。”王東輝介紹。
為了克服惡劣的自然環(huán)境，充分利用大風(fēng)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(chǎng)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，在現場(chǎng)進(jìn)行海上浮吊整孔架設。
大橋最重的鋼桁梁長(cháng)96.25米，寬36.8米，相當于8個(gè)籃球場(chǎng);高15.35米，相當于5層樓;設計重量達3150噸，加上吊具起吊重量近3400噸，相當于2260輛小汽車(chē)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(chēng)，海上吊裝受風(fēng)浪影響擺動(dòng)大，精確就位難度巨大，對架梁裝備也十分嚴苛。
為降低海上施工安全風(fēng)險，中鐵大橋局歷時(shí)3年、耗資數億元打造了“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(chēng)海上橋梁施工的巨無(wú)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(lái)的“首秀”;2018年1月22日，該船將吊重3400噸的鋼桁梁成功架設到墩頂，刷新了世界橋梁整孔鋼桁梁架設的最重紀錄。
“大節段鋼桁梁整孔吊裝架設技術(shù)將現場(chǎng)施工變?yōu)楣S(chǎng)施工，大大降低了現場(chǎng)施工難度，也提高了現場(chǎng)‘窗口’時(shí)間的利用率。‘大橋海鷗’號讓這項技術(shù)變?yōu)楝F實(shí)，可以說(shuō)是填補了我國斜拉橋大節段鋼桁梁整孔吊裝架設的技術(shù)空白，實(shí)現鋼桁梁橋梁架設施工由單片架設到整節間架設再到整孔架設的一個(gè)飛躍。”王東輝頗為自豪地說(shuō)。
實(shí)時(shí)監測搶抓“天窗點(diǎn)”
在大橋建設過(guò)程中，一系列新結構、新材料、新工藝、新裝備，成功解決了在惡劣復雜海洋環(huán)境條件下橋梁建設的系列難題，但如何搶抓大風(fēng)天氣中的“天窗點(diǎn)”，依然是現場(chǎng)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(fēng)大浪天氣頻繁，適合施工的‘天窗點(diǎn)’轉瞬即逝，需要我們提前預測、科學(xué)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)常出現長(cháng)樂(lè )岸下著(zhù)瓢潑大雨，平潭岸卻只是陰天的情況，這就給我們現場(chǎng)施工調度帶來(lái)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告訴記者，為了精準指導工程建設，中鐵大橋局結合國家和地方的預報，專(zhuān)門(mén)自主研發(fā)了一套環(huán)境綜合監測系統，對橋址海域的天氣和海況進(jìn)行實(shí)時(shí)監測。
項目開(kāi)建以來(lái)，中鐵大橋局根據現場(chǎng)作業(yè)需求，在施工區域周邊布置了5臺風(fēng)速儀、2臺波浪儀、1臺海流計，對橋址處風(fēng)環(huán)境、波浪要素、海流進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，同時(shí)利用云計算中心制作展示網(wǎng)頁(yè)，實(shí)時(shí)發(fā)布各種監測數據。實(shí)踐證明，這些監測及預測數據為施工人員充分利用“天窗”時(shí)間提供了重要依據。
“在這之前，國內對復雜海域跨海大橋的風(fēng)、浪、流監測及大尺度結構波浪力的原位測試幾乎是空白，少有經(jīng)驗可借鑒。”劉科介紹，“在這幾年里，我們通過(guò)現場(chǎng)實(shí)測、數值模擬等辦法，積累了大量數據。風(fēng)、浪預測方法還可以應用于受局部場(chǎng)地影響明顯的橋梁施工區域，例如山區峽谷地帶風(fēng)速預報。”
極端惡劣、復雜的施工環(huán)境，給平潭海峽公鐵兩用大橋的建設者“制造”了無(wú)數困難和障礙，但也為他們提供了超越自我、創(chuàng )造奇跡的難得機遇。據統計，在大橋建設過(guò)程中，通過(guò)科技創(chuàng )新，平潭橋已獲得專(zhuān)利73項(其中發(fā)明專(zhuān)利31項)，正在申報專(zhuān)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工法11項;獲得“社會(huì )力量獎”6項，通過(guò)科技成果評審9項，達到國際領(lǐng)先水平7項，國際先進(jìn)水平2項。建設過(guò)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(lèi)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。（中國建材報記者：閻友華 通訊員：邢影 于淼 羅剛）
