平潭海峽公鐵兩用大橋-科技創(chuàng)新

1、平潭海峽公鐵兩用大橋科技創(chuàng)新一、工程特點(diǎn)平潭海峽公鐵兩用大橋橋址處風(fēng)大、浪高、水深、流急、潮汐明顯，島嶼、 暗礁多，覆蓋層淺薄、巖面傾斜、裸露，自然條件惡劣，地質(zhì)復(fù)雜，巖石強(qiáng)度高； 臺(tái)風(fēng)影響頻繁，全年6級以上大風(fēng)天數(shù)超過300天，七級風(fēng)以上年平均天數(shù)238 天，100年重現(xiàn)期浪高達(dá)9.69m,施工水深達(dá)45m設(shè)計(jì)流速達(dá)3.09m/s，最大潮 差7.09m,巖石強(qiáng)度達(dá)213MPa平潭海峽公鐵兩用大橋具有工程量浩大、結(jié)構(gòu)類 型多；施工難度大、施工條件惡劣、施工有效作業(yè)時(shí)間短、設(shè)計(jì)技術(shù)含量高、施 工工期緊、施工科技水平高等顯著特點(diǎn)，建造難度和風(fēng)險(xiǎn)大。平潭海峽公鐵兩用 大橋是我國第一座公鐵兩用跨海海峽

2、大橋，也是目前世界上在建的建造難度最大 的海峽大橋。二、科技創(chuàng)新平潭海峽公鐵兩用大橋?yàn)槲覈鬃绾{公鐵路兩用大橋，在世界上首次在 橋梁基礎(chǔ)中采用4.5m超大直徑鉆孔樁基礎(chǔ)，鋼桁梁斜拉橋兩節(jié)間全焊接鋼桁梁 結(jié)構(gòu)、88m跨整孔全焊接鋼桁組合梁結(jié)構(gòu)均為國內(nèi)第一次采用，為攻克復(fù)雜海域 海峽大橋建設(shè)技術(shù)難關(guān)，在集團(tuán)公司統(tǒng)一組織協(xié)調(diào)下，指導(dǎo)大橋技術(shù)攻關(guān)和方案 研究。為攻克大橋建設(shè)諸多方面的難關(guān)，自 2013年大橋開工以來，項(xiàng)目部以大 橋建設(shè)為依托，開展了 “跨復(fù)雜海域公鐵兩用大橋施工關(guān)鍵技術(shù)研究”等科研課 題，開展了諸多科技研發(fā)，勇于探索攻關(guān)，進(jìn)行了一系列技術(shù)創(chuàng)新一海峽環(huán)境橋 梁深水基礎(chǔ)建造技術(shù)；常遇大

3、風(fēng)環(huán)境下高塔施工技術(shù)；鋼桁梁整體全焊建造技術(shù)； 海峽橋梁安全運(yùn)營保障技術(shù)。使平潭海峽公鐵兩用大橋成為體現(xiàn)中國“智造”的 世界級橋梁，具體科技創(chuàng)新成果如下：復(fù)雜海域長棧橋設(shè)計(jì)及施工技術(shù)針對橋址處惡劣海況、復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境，也是我局第一次在惡劣海況下實(shí)施長 棧橋施工，缺少技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，施工難度大，項(xiàng)目通過將棧橋深化設(shè)計(jì)與施工相結(jié)合， 采用了新型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式抵抗超常規(guī)棧橋 10倍左右的水平力、采用具有伸縮調(diào) 節(jié)功能的整體桁片式聯(lián)接系快速安裝技術(shù)、 采用跨越能力大的新型大橋I號桁梁 減少棧橋支墩數(shù)量、對鋼樁入巖判斷標(biāo)準(zhǔn)建立成套深度分析方法、采取小導(dǎo)管架 結(jié)構(gòu)解決深水棧橋難題等創(chuàng)新設(shè)計(jì)，通過試樁總結(jié)確定了棧橋平

4、臺(tái)鋼管樁施工海 況條件、鋼管樁施工允許偏差、鋼管樁施工停錘標(biāo)準(zhǔn)、鋼管樁入巖標(biāo)準(zhǔn)及處理措 施、鋼管樁施工錨樁標(biāo)準(zhǔn)等多項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)、參數(shù)，形成了一套復(fù)雜海域棧橋設(shè)計(jì) 和施工經(jīng)驗(yàn)，棧橋設(shè)計(jì)與施工技術(shù)獲得集團(tuán)公司科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)，申請 專利3項(xiàng)。深水裸巖地區(qū)平臺(tái)建造技術(shù)為順利安全地在深水裸巖區(qū)域建立鉆孔平臺(tái)，大橋基礎(chǔ)施工采用整體運(yùn)輸、 吊裝、下放的導(dǎo)管架方案。鼓嶼門水道橋3#墩最大的一榀導(dǎo)管架高47m平面約 7個(gè)籃球場大，單榀最重1300t，采用2000t浮吊起吊運(yùn)輸安裝，導(dǎo)管架平臺(tái)采 用“工廠化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化”的作業(yè)方式，解決了裸巖海域單樁插打難以自穩(wěn) 及水下聯(lián)結(jié)系安裝、焊接困難的難題，能直接在惡

5、劣海況下快速實(shí)現(xiàn)自穩(wěn)， 此方 案把大量海上現(xiàn)場焊接的工作轉(zhuǎn)變成陸上工廠加工，成型后的導(dǎo)管架可整體運(yùn)輸、 吊裝、沉放，大大縮短了吊裝時(shí)間，同時(shí)也增加了結(jié)構(gòu)的安全度；自主研發(fā)了導(dǎo) 管架自調(diào)平裝置，導(dǎo)管架初步定位后，利用四套角樁自調(diào)平裝置，可快速將導(dǎo)管 架平面位置、垂直度調(diào)整到設(shè)計(jì)允許偏差范圍內(nèi)，具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、調(diào) 平精準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)。形成了深海裸巖海域鉆孔平臺(tái)導(dǎo)管架施工工法，并獲得專利。*大直徑鉆孔樁施工技術(shù)采用KTY5000型全液壓動(dòng)力頭全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)進(jìn)行大直徑鉆孔樁施工，在堅(jiān)硬巖 層最大成孔直徑 4.5m,最大孔深100m采用組合式滾刀鉆頭，其刀盤采用組 合式結(jié)構(gòu)，便于運(yùn)輸、安裝，截錐形孔底利于

6、鉆渣從排渣口迅速排出，減少巖渣 重復(fù)破碎的機(jī)率，提高成孔工效；采用 IHC-S800液壓打樁錘進(jìn)行鋼護(hù)筒插打， 對鋼護(hù)筒頂口進(jìn)行平面約束，保證在浪涌環(huán)境下護(hù)筒的穩(wěn)定性，減少塌孔現(xiàn)象發(fā) 生，保證成樁質(zhì)量；鋼筋籠采用長線法制造、環(huán)形懸掛多點(diǎn)支承技術(shù)安裝，實(shí)現(xiàn) 了鋼筋籠安裝的對接精確度和操作快捷性， 更有利于施工過程中安全風(fēng)險(xiǎn)的控制； 采用內(nèi)徑406mn大直徑單導(dǎo)管灌注水下混凝土，使用擴(kuò)展度大、流動(dòng)性好的C45高標(biāo)號水下混凝土，保證樁基混凝土灌注質(zhì)量；在孤石和斜巖面地層，采用大直 徑旋挖鉆與旋轉(zhuǎn)鉆結(jié)合的成孔方法，提高成孔質(zhì)量及工效。目前獲得專利2項(xiàng)，正在申請專利6項(xiàng)，形成了直徑4.0m、4.5m大直

7、徑鉆孔樁施工工法。復(fù)雜海域波流力、臺(tái)風(fēng)季風(fēng)影響下主墩圍堰施工根據(jù)波浪力計(jì)算，通航孔橋主墩承臺(tái)圍堰波浪力為內(nèi)河條件的十倍以上，如 何克服下放中波浪力影響，保證圍堰和樁基安全是本橋基礎(chǔ)施工面臨的一項(xiàng)難題。 經(jīng)研究，主墩承臺(tái)施工采用防撞箱與承臺(tái)圍堰相結(jié)合方案，防撞箱為設(shè)置5萬噸貨船防撞箱新型永久結(jié)構(gòu)，為目前為止防撞標(biāo)準(zhǔn)最高的國內(nèi)海峽大橋； 為抵抗波 浪力作用主墩防撞箱設(shè)置三層水平限位，采用液壓控制多點(diǎn)同步千斤頂整體下放（8個(gè)下放點(diǎn)）；同時(shí)防撞箱圍堰系梁分艙、分塊封底及樁周吊掛牛腿抗沉，解 決單圓內(nèi)抗沉問題。目前全橋6個(gè)主墩圍堰順利施工完成，申請專利 2項(xiàng)，正 在申報(bào)主墩承臺(tái)施工技術(shù)科技進(jìn)步獎(jiǎng)。常遇大

8、風(fēng)環(huán)境下高塔施工斜拉橋主塔采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，塔身高度達(dá)200m為提高常遇大風(fēng)環(huán)境下高塔施工有效作業(yè)時(shí)間，同時(shí)確保 10級以上大風(fēng)及臺(tái)風(fēng)環(huán)境下結(jié)構(gòu)安全，優(yōu) 化6m液壓爬模結(jié)構(gòu)，增配液壓爬模機(jī)位布置（確保滿足7級風(fēng)爬升）；對勁性骨 架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，配備 1100t.m大型塔吊，同時(shí)采取主塔上下橫梁與塔 柱異步施工方案避免爬模高空拆裝，確保主塔 8級風(fēng)環(huán)境下正常施工的要求。鋼梁制造、架設(shè)斜拉橋主梁采用兩節(jié)間大節(jié)段全焊、整節(jié)段吊裝，非通航孔橋80m 88m鋼桁梁橋采用整孔全焊制造、整孔架設(shè)，為滿足耐久性要求，在鐵路橫梁上首次采 用復(fù)合鋼板技術(shù)。結(jié)合平潭海況和大噸位浮吊吊重能力， 制訂了斜拉橋邊

9、跨、輔 助跨整孔架設(shè)方案，研究復(fù)雜海況下大節(jié)段、整孔鋼梁架設(shè)技術(shù)，大型浮吊工作 的海況條件、止擺緩沖措施及風(fēng)浪對浮吊吊鉤、鋼梁位移影響度及鋼梁架設(shè)精確 定位影響研究。*開展復(fù)雜海域風(fēng)浪實(shí)時(shí)監(jiān)測、預(yù)報(bào)及研究針對橋址橋址處復(fù)雜風(fēng)、浪環(huán)境制約施工進(jìn)展，大臨結(jié)構(gòu)尺寸及形狀多樣， 波浪力差別較大、主橋墩圍堰（尺寸大、啞鈴型）波浪力難于確定等現(xiàn)狀，為 加強(qiáng)對現(xiàn)場施工指導(dǎo)，在棧橋、平臺(tái)、移動(dòng)模架上設(shè)置風(fēng)速監(jiān)測儀、波浪監(jiān)測儀、 洋流計(jì)，利用互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)實(shí)時(shí)（可通過網(wǎng)頁和手機(jī)實(shí)時(shí)查看）提供風(fēng)力和波浪 監(jiān)測數(shù)據(jù)，一方面為施工結(jié)構(gòu)（如圍堰、導(dǎo)管架）設(shè)計(jì)計(jì)算提供了科學(xué)參數(shù)，確 保施工結(jié)構(gòu)安全，另一方面為選擇吊裝作業(yè)工

10、序、移動(dòng)模架及主塔等主要工序施 工提供預(yù)測氣象條件，降低吊裝等施工作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)。目前在平潭橋復(fù)雜海域波浪、大風(fēng)環(huán)境監(jiān)測預(yù)報(bào)方面取得了重大突破，已經(jīng)完成風(fēng)速風(fēng)向、波浪要素、小 尺度鋼管樁、主橋墩圍堰表面及非通航孔橋吊箱圍堰表面的波壓力的監(jiān)測，并掌握了海中小尺度、大尺度結(jié)構(gòu)波浪力的數(shù)值計(jì)算，目前現(xiàn)場對橋址處風(fēng)、浪要素 預(yù)報(bào)，可以達(dá)到工程應(yīng)用的精度，被現(xiàn)場作施工調(diào)度的重要參考，現(xiàn)場風(fēng)、浪監(jiān) 測系統(tǒng)穩(wěn)定，并已申報(bào)發(fā)明專利 4項(xiàng)。復(fù)雜海域測量控制技術(shù)項(xiàng)目認(rèn)真開展復(fù)雜海域下大橋海中墩加密控制點(diǎn)穩(wěn)定性監(jiān)測，通過對海中墩加密控制點(diǎn)在不同等級風(fēng)力下的穩(wěn)定性監(jiān)測， 確認(rèn)不同等級風(fēng)力下海中墩控制點(diǎn) 穩(wěn)定性情況，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果來分析測量精度，從而確定各類測量方法，目前項(xiàng)目 成功實(shí)施大風(fēng)環(huán)境下長距離跨海二等水準(zhǔn)測量、海上棧橋平臺(tái)施工測量及鋼護(hù)筒、 吊箱圍堰在復(fù)雜海域精確定位等測量，下一步開展高塔在風(fēng)場下測量精度