平潭海峡公铁两用大桥-科技创新

平潭海峡公铁两用大桥
科技创新
一、工程特点
平潭海峡公铁两用大桥桥址处风大、浪高、水深、流急、潮汐明显，岛屿、暗礁多，覆盖层浅薄、岩面倾斜、裸露，自然条件恶劣，地质复杂，岩石强度高；台风影响频繁，全年6级以上大风天数超过300天,七级风以上年平均天数238天，100年重现期浪高达9.69m，施工水深达45m，设计流速达3.09m/s，最大潮差7.09m,岩石强度达213MPa；平潭海峡公铁两用大桥具有工程量浩大、结构类型多；施工难度大、施工条件恶劣、施工有效作业时间短、设计技术含量高、施工工期紧、施工科技水平高等显著特点，建造难度和风险大。

平潭海峡公铁两用大桥是我国第一座公铁两用跨海海峡大桥，也是目前世界上在建的建造难度最大的海峡大桥。

二、科技创新
平潭海峡公铁两用大桥为我国首座跨海峡公铁路两用大桥,在世界上首次在桥梁基础中采用4.5m超大直径钻孔桩基础，钢桁梁斜拉桥两节间全焊接钢桁梁结构、88m跨整孔全焊接钢桁组合梁结构均为国内第一次采用，为攻克复杂海域海峡大桥建设技术难关，在集团公司统一组织协调下，指导大桥技术攻关和方案研究。

为攻克大桥建设诸多方面的难关，自2013年大桥开工以来，项目部以大桥建设为依托，开展了“跨复杂海域公铁两用大桥施工关键技术研究”等科研课题，开展了诸多科技研发，勇于探索攻关，进行了一系列技术创新—海峡环境桥梁深水基础建造技术；常遇大风环境下高塔施工技术；钢桁梁整体全焊建造技术；海峡桥梁安全运营保障技术。

使平潭海峡公铁两用大桥成为体现中国“智造”的世界级桥梁，具体科技创新成果如下：
复杂海域长栈桥设计及施工技术
针对桥址处恶劣海况、复杂地质环境，也是我局第一次在恶劣海况下实施长栈桥施工，缺少技术标准，施工难度大，项目通过将栈桥深化设计与施工相结合，采用了新型基础结构形式抵抗超常规栈桥10倍左右的水平力、采用具有伸缩调节功能的整体桁片式联接系快速安装技术、采用跨越能力大的新型大桥Ⅰ号桁梁减少栈桥支墩数量、对钢桩入岩判断标准建立成套深度分析方法、采取小导管架
结构解决深水栈桥难题等创新设计，通过试桩总结确定了栈桥平台钢管桩施工海况条件、钢管桩施工允许偏差、钢管桩施工停锤标准、钢管桩入岩标准及处理措施、钢管桩施工锚桩标准等多项技术指标、参数，形成了一套复杂海域栈桥设计和施工经验，《栈桥设计与施工技术》获得集团公司科学技术进步一等奖，申请专利3项。

深水裸岩地区平台建造技术
为顺利安全地在深水裸岩区域建立钻孔平台，大桥基础施工采用整体运输、吊装、下放的导管架方案。

鼓屿门水道桥3#墩最大的一榀导管架高47m，平面约7个篮球场大，单榀最重1300t，采用2000t浮吊起吊运输安装，导管架平台采用“工厂化、模块化、标准化”的作业方式，解决了裸岩海域单桩插打难以自稳及水下联结系安装、焊接困难的难题，能直接在恶劣海况下快速实现自稳，此方案把大量海上现场焊接的工作转变成陆上工厂加工，成型后的导管架可整体运输、吊装、沉放，大大缩短了吊装时间，同时也增加了结构的安全度；自主研发了导管架自调平装置，导管架初步定位后，利用四套角桩自调平装置，可快速将导管架平面位置、垂直度调整到设计允许偏差范围内，具有结构简单、操作方便、调平精准的优点。

形成了深海裸岩海域钻孔平台导管架施工工法，并获得专利。

大直径钻孔桩施工技术
采用KTY5000型全液压动力头全回转钻机进行大直径钻孔桩施工，在坚硬岩层最大成孔直径φ4.5m，最大孔深100m；采用组合式滚刀钻头，其刀盘采用组合式结构，便于运输、安装，截锥形孔底利于钻渣从排渣口迅速排出，减少岩渣重复破碎的机率，提高成孔工效；采用IHC-S800液压打桩锤进行钢护筒插打，对钢护筒顶口进行平面约束，保证在浪涌环境下护筒的稳定性，减少塌孔现象发生，保证成桩质量；钢筋笼采用长线法制造、环形悬挂多点支承技术安装，实现了钢筋笼安装的对接精确度和操作快捷性，更有利于施工过程中安全风险的控制；采用内径406mm大直径单导管灌注水下混凝土，使用扩展度大、流动性好的C45高标号水下混凝土，保证桩基混凝土灌注质量；在孤石和斜岩面地层，采用大直径旋挖钻与旋转钻结合的成孔方法，提高成孔质量及工效。

目前获得专利2项，正在申请专利6项，形成了直径4.0m、4.5m大直径钻孔桩施工工法。

复杂海域波流力、台风季风影响下主墩围堰施工
根据波浪力计算，通航孔桥主墩承台围堰波浪力为内河条件的十倍以上，如何克服下放中波浪力影响，保证围堰和桩基安全是本桥基础施工面临的一项难题。

经研究，主墩承台施工采用防撞箱与承台围堰相结合方案，防撞箱为设置5万吨货船防撞箱新型永久结构，为目前为止防撞标准最高的国内海峡大桥；为抵抗波浪力作用主墩防撞箱设置三层水平限位，采用液压控制多点同步千斤顶整体下放（8个下放点）；同时防撞箱围堰系梁分舱、分块封底及桩周吊挂牛腿抗沉，解决单圆内抗沉问题。

目前全桥6个主墩围堰顺利施工完成，申请专利2项，正在申报主墩承台施工技术科技进步奖。

常遇大风环境下高塔施工
斜拉桥主塔采用钢筋混凝土结构，塔身高度达200m。

为提高常遇大风环境下高塔施工有效作业时间，同时确保10级以上大风及台风环境下结构安全，优化6m液压爬模结构，增配液压爬模机位布置（确保满足7级风爬升）；对劲性骨架结构进行了特殊设计，配备1100t.m 大型塔吊，同时采取主塔上下横梁与塔柱异步施工方案避免爬模高空拆装，确保主塔8级风环境下正常施工的要求。

钢梁制造、架设
斜拉桥主梁采用两节间大节段全焊、整节段吊装，非通航孔桥80m、88m钢桁梁桥采用整孔全焊制造、整孔架设，为满足耐久性要求，在铁路横梁上首次采用复合钢板技术。

结合平潭海况和大吨位浮吊吊重能力，制订了斜拉桥边跨、辅助跨整孔架设方案，研究复杂海况下大节段、整孔钢梁架设技术，大型浮吊工作的海况条件、止摆缓冲措施及风浪对浮吊吊钩、钢梁位移影响度及钢梁架设精确定位影响研究。

开展复杂海域风浪实时监测、预报及研究
针对桥址桥址处复杂风、浪环境制约施工进展，大临结构尺寸及形状多样，波浪力差别较大、主桥墩围堰（尺寸大、哑铃型）波浪力难于确定等现状，为加强对现场施工指导，在栈桥、平台、移动模架上设置风速监测仪、波浪监测仪、洋流计，利用互联网+技术实时（可通过网页和手机实时查看）提供风力和波浪监测数据，一方面为施工结构（如围堰、导管架）设计计算提供了科学参数，确保施工结构安全，另一方面为选择吊装作业工序、移动模架及主塔等主要工序施工提供预测气象条件，降低吊装等施工作业安全风险。

目前在平潭桥复杂海域波
浪、大风环境监测预报方面取得了重大突破，已经完成风速风向、波浪要素、小尺度钢管桩、主桥墩围堰表面及非通航孔桥吊箱围堰表面的波压力的监测，并掌握了海中小尺度、大尺度结构波浪力的数值计算，目前现场对桥址处风、浪要素预报，可以达到工程应用的精度，被现场作施工调度的重要参考，现场风、浪监测系统稳定，并已申报发明专利4项。

复杂海域测量控制技术
项目认真开展复杂海域下大桥海中墩加密控制点稳定性监测，通过对海中墩加密控制点在不同等级风力下的稳定性监测，确认不同等级风力下海中墩控制点稳定性情况，根据监测结果来分析测量精度，从而确定各类测量方法，目前项目成功实施大风环境下长距离跨海二等水准测量、海上栈桥平台施工测量及钢护筒、吊箱围堰在复杂海域精确定位等测量，下一步开展高塔在风场下测量精度控制测量工作。

经过三年施工，目前项目总结形成了一整套应对海洋恶劣环境的施工方案和措施，实现了在复杂深水海域环境下的栈桥及平台搭建、钻孔桩、围堰、大体积承台、高墩高塔等施工，为大桥全面进入上部施工展开奠定了坚实基础，目前工程安全质量可控、正有序推进。

中铁大桥局集团有限公司
福平铁路FPZQ-3标项目部
2017年2月13日。