周三. 7 月 8th, 2020

【平潭专刊】一桥飞架平福 天堑变通途  ——平潭海峡公铁两用大桥首座航道桥合龙侧记

横跨大小练水道的航道桥美丽壮观

 大陆施工难度最大的桥梁

一难,海风。全年6级以上大风超过309天,与百慕大、好望角并称世界三大风口海域。
二难,海浪。基础部件下水要承受87吨的波浪冲击力,相当于5辆大卡车同时撞击。
三难,地质。海底高差最高达到32米,相当于10层楼的高度,而且海底裸岩坚硬如铁。

横跨大小练水道的航道桥

2018年12月28日,大陆第一座、同时也是世界最长的跨海峡公铁两用大桥——平潭海峡公铁两用大桥首座航道桥大小练岛水道桥钢桁梁顺利合龙。
这一刻,我们期待了很久。首座航道桥顺利合龙让平潭海峡公铁两用大桥向通车又迈出坚实的一步,福州与平潭「半小时生活圈」指日可待。
这次合龙不仅是大陆第一次采用整节段钢梁合龙技术,也是大陆在跨海大桥中整节段钢梁架设合龙技术的新突破,为今后同类桥梁施工提供了宝贵的经验和借鉴。

一块布满螺丝孔的连接钢板需要几个工人一起合力抬起
工人正在操纵机械施工

为了这一刻
2018年12月28日10点40分,平潭海峡公铁两用大桥的首座航道桥——大小练岛水道桥钢梁合龙。
这一刻,激动人心。这一刻,来之不易。
长14米、重470吨的合龙段,用1100吨重的架梁吊机整节段从海上吊起。当天的阵风风力达到了10-11级,站在公路桥桥面上,步履维艰,可以看到桥面在左右晃动。但是要成功合龙,就要确保一丝不苟。整节段合龙,要具备同时跟两侧对接钢梁上弦、下弦、副桁、斜杆8个点的线形匹配条件,合龙口两侧钢梁中线相对偏差不允许超过3毫米。
3毫米,这是什么概念?14米=14000毫米,万分之二的误差。
大小练岛水道桥地处海坛海峡南北交通要冲,全年6级以上大风超过309天,与百慕大、好望角并称世界三大风口海域。冬季又是平潭的季风季节,东北风裹挟著凛冽的寒意一路呼啸而来,要在这样的条件下建设大陆首座公铁两用大桥,难度可想而知。
整节段合龙,正是工程师们想出的一个应对办法。「钢梁节段全工厂化整节段全焊制造,既保证了质量,又节约高效。」 中铁大桥局平潭海峡公铁两用大桥项目总工程师王东辉说,「采用整节段钢梁合龙在大陆尚属首次。这对吊装的精度有着更高的要求,也是大陆在跨海大桥中整节段钢梁架设合龙技术的新突破。」
在瞬时最高风速可达12级的条件下,要做到安全吊装,「更高的要求」不仅仅是一句话,背后的准备工作其实已从生产源头——工厂就开始了。
为确保钢梁合龙段匹配精度及钢梁架设整体线形,合龙段的「身材」在制造时就已经定好了。在工厂制作过程中,合龙段和两侧的节段进行了5段整体拼装测试,设定测量控制点用于合龙时的测量控制。测试结束后,两侧的节段被分别吊装到桥上,为合龙做准备。
这是不是就像在搭积木,只要在工厂内把这5段拼装在一起,就能保证合龙时严丝合缝?可这是一个长14米、重470吨的「大积木」,「在工厂中制作时是不受力的,而安装时,钢梁会因为受到斜拉索、风等因素产生的力而变形。这些在前期计算后,在制作时就做出相应的调整。」中铁大桥局三分部总工程师皮军云说。

吊机吊起的钢桁梁上,工人正在施工
为了防止桁梁顺序错乱,在固定顺序的钢桁梁上注明了「平潭侧」表示方位

「合龙口姿态的调整极其关键。」皮军云说。为了解决这一难题,项目部邀请相关专家进行合龙方案专项研究,最终决定采用「平潭侧」架梁吊机吊装合龙段钢梁,先将合龙段与「平潭侧」钢桁梁对位,最后通过调整单侧合龙口与「福州侧」钢梁匹配连接。
从工厂出来后,合龙段从海上搭船而来,一周左右的时间就抵达平潭。最后的倒计时开始。
钢梁设计距离海平面平均约80米,合龙段从海平面吊起到达指定位置大约需要40分钟。为了让合龙段能够顺利被吊起,「平潭侧」钢梁的活动支座被向里推了10厘米。「这是为了方便『平潭侧』架梁吊机吊起合龙段。」项目监理单位西安铁一院分站长张银铨说。
合龙段吊起后,先与「平潭侧」钢梁接口连接,打满50%冲钉,然后再通过系列调整使另一侧合龙口的三向位移、倾角相匹配。合龙点通过弦杆腹板上设长圆孔和圆孔连接来实现。长圆孔和圆孔均配锥形销栓,合龙按照下弦杆、上弦杆、副桁、斜杆的顺序进行。

连接钢梁使用的螺丝

「先用冲钉固定拼接板的位置,可以确保高强度螺栓能够精准对位。」张银铨说。
当天13时30分,工人们在铁路桥桥面上做最后的调整,对拉导链葫,再度精调中线,当精准对位时,工人们就爬下桥面,打入下弦圆孔钢销进行固定。整个合龙工作严谨有序。
「这次的方案圆满解决了钢桁梁合龙的匹配问题,也为今后同类桥梁施工提供了宝贵的经验和借鉴。」皮军云说。

钢桁梁缓缓接近桥梁

创新点多多
平潭海峡公铁两用大桥首座航道桥成功实现合龙是大陆第一次采用整节段钢梁合龙技术,也是大陆在跨海大桥中整节段钢梁架设合龙技术的新突破。但是,其实大小练水道桥的创新点远不止这一个。下面,就让我们一起看看,平潭海峡公铁两用大桥首座合龙的航道桥在施工技术上有哪些重大突破。

经过不断精确定位的过程,架桥机将钢桁梁吊至桥上

1.钢梁整节段全焊制造
在大小练水道桥上使用的钢梁是工厂化整节段全焊制造,即使是合龙段也是如此。「这样既保证了质量,也成倍节约高强度螺栓。」王东辉说。

2.单台吊重大陆最大
2018年8月,平潭海峡公铁两用大桥S03号主塔墩主跨侧1100吨架梁机吊装成功,这是大桥投用的首台1100吨架梁机,为大小练水道桥钢梁架设奠定了坚实的基础。而在合龙当天,采用的也正是1100吨架梁吊机悬臂架设。「这是目前大陆单台吊重量最大的吊机。」王东辉说。

3.吊高吊重创大陆之最
平潭海峡公铁两用大桥采用的是大陆起吊能力达为3600吨、起升高度为130米的「大桥海鸥」号起重船,吊高吊重能力是大陆同类型起重船之最。

4.整节段合龙
与过去杆件、桁片拼接相比,整节段合龙需要具备同时跟两侧对接钢梁上弦、下弦、副桁、斜杆8个点的线形匹配条件。「以前只需要对单个杆件,但是现在要同时控制调整两侧的8个合龙点,而且要同时要对到位。这个难度和以前相比是不可同日而语的。」王东辉说。

5.单跨起吊重量大陆最大
大小练岛水道桥边跨和辅助跨大节段钢桁梁均采用工厂整体制造总拼、现场海上浮吊整孔架设。今年1月,平潭海峡公铁两用大桥首跨3400吨级S02-S03跨斜拉桥钢桁梁成功架设。架设的大小练岛水道桥S02-S03跨钢桁梁长96.25米,宽36.8米,相当于8个篮球场;高15.35米,相当于5层楼高;设计重量达3150吨,加上吊具起吊重量达3375吨,相当于60个标准火车车皮的重量。「这是大陆单跨起吊重量最大的钢桁梁。」王东辉说。

6.采用氟碳防腐面漆
大小练水道桥钢梁涂装体系采用超耐候防腐涂装氟碳面漆,为大陆第一次在海洋环境采用。

项目大事记

2013年11月1日,平潭海峡公铁两用大桥开建。
2014年6月21日,海中第一根钻孔桩——35-5号桩正式开钻,平潭海峡公铁两用大桥进入深海施工阶段。
2015年5月20日,平潭海峡公铁两用大桥首根4.0米超大直径钻孔桩N01-8号桩顺利灌注。
2016年10月25日,鼓屿门水道桥Z03号主塔墩最后一根钻孔桩灌注完成。
2017年10月4日,平潭海峡公铁两用大桥首个公路悬挂梁完成合龙。
2017年12月26日,平潭海峡公铁两用大桥中的平潭主岛至大练岛段铁路节段梁架设全部完成。节段梁的施工是平潭海峡公铁两用大桥的重要控制性工程,关系到桥梁建设的全局。
2018年1月1日,大小练岛水道桥最后一个钢吊箱围堰封底完成,平潭海峡公铁两用大桥大小练岛水道桥全面转入上部结构施工。
2018年6月20日,平潭海峡公铁两用大桥全桥所有主塔已全部封顶。
2018年8月15日,大练岛特大桥的公路梁右幅D9-D12高墩支架连续梁完成浇筑,标志着大练岛特大桥公路梁右幅实现贯通。这也是平潭海峡公铁两用大桥超高支架公路连续梁在建桥禁区的新突破。
2018年10月3日,平潭海峡公铁两用大桥大练至苏澳段完成主线桥铁路梁浇筑作业,实现全线合龙。
2018年12月28日,平潭海峡公铁两用大桥首座航道桥大小练岛水道桥钢桁梁顺利合龙。

项目名片
平潭海峡公铁两用大桥是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,是合福铁路的延伸、京福通道的重要组成部分,是连接长乐副中心城市和平潭综合实验区的快速通道。平潭海峡公铁两用大桥是世界上最长的、第一座真正意义上的公铁两用跨海大桥。大桥全长16.34公里,公铁合建部分采用双层桥面,下层为双线铁路,设计时速200公里;上层为六车道高速公路,设计时速100公里。大桥是大陆目前施工难度最大的桥梁,建设条件远比杭州湾跨海大桥、港珠澳大桥等恶劣。大桥预计将于2019年年底通车。
(记者 周寒冰 杨 华/文 念望舒/摄)