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无限红梨
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[转帖]敢在“建桥禁区”立足,这座桥号称“中国最难”
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无限红梨 于 2017/9/12 16:14:18 发布在 凯迪社区 > 珠三角
    作者| 须臾千秋

    众所周知,中国已多年稳坐世界桥梁界的第一把交椅,从世界最高的尼珠河大桥,到世界最长的斜拉桥苏通大桥,再到世界最长的跨海大桥港珠澳大桥,随便哪一座桥,都是全球桥梁工程史上的一座丰碑。但要说起修建难度最高,前面这些大桥都要给它让路,那就是目前在建的平潭海峡公铁两用大桥。

    

    (平潭海峡公铁两用大桥建成效果图)

    这座海峡大桥从长乐市松下镇起始,穿越平潭海峡,途经几座小岛,终到平潭岛,是中国首座跨海峡公铁两用大桥。它全长不过16.3公里,与长达55公里的港珠澳大桥、全长32.5公里的东海大桥相比不算什么,那为什么说它“最难”呢?

    在最坏的地方,修最好的桥

    平潭海峡,与百慕大、好望角并称为“世界三大风口海域”,被称为“建桥禁区”。在这里,每年6级以上大风超过300天,7级以上大风超过200天,到了夏季,动辄会有12级的台风扫过。大风一方面可能直接造成桥梁的硬性破坏,另一方面会造成桥梁的振动,经年累月的大风还会造成桥梁的疲劳破坏。

    平潭海峡的地理环境十分独特。外面本来不高的波涛会被狭窄的海峡迅速聚拢放大,到大桥附近,最大浪高竟会达到9.69米。在这样的大浪经年累月的撞击下,大桥的耐久性会遭受重大考验。在这样的大浪里,光是躺在船上都要晕船,更别提施工了,因此对工程师来说,通常要尽量避免在这样的地方修建建筑物,尤其是精密的桥梁。

    平潭海峡特殊的地理环境造成此地风高浪急,修建大桥的难度极高。

    

    如果光是公路桥梁,难度也还算好,公路桥梁的载重轻、汽车行驶速度较慢,对于桥梁的承载能力、刚度的要求都不太高。然而考虑到高铁未来可能要跨过台湾海峡、与对岸的台北市互联互通,平潭海峡上修建铁路势在必行,这意味着作为一架公铁两用桥,平潭大桥的上面要跑比汽车重几百倍的高铁。

    

    (平潭海峡公铁两用大桥施工现场)

    与均匀分布在桥面上的汽车不同,高铁的迅速通过会在短时间内向大桥上的一个点施加强烈的压力和振动。这要求大桥既要“坚固”,不会被沉重的高铁压坏;又要“坚硬”,不会因为振动太剧烈而危害高铁的行车安全。

    在最恶劣的环境里,要修建规格最高的桥梁,怪不得是中国最难!

    搏击风浪,从施工的第一天开始

    要在风暴和海浪中屹立百年,对大桥来说固然是重大的考验,但最难的时候是在大桥建成之前。此时大桥尚未成形,独立的部件还很脆弱,而施工人员要在这种恶劣的环境中工作,难度和危险性可想而知。

    工程师们对大桥的施工安全进行了评估,总结了96个典型的危险源。从海上运输,到桥墩的施工,再到斜拉索的张拉,个个都是“风险极高”。

    

    (平潭海峡公铁两用大桥夜景)

    如此疾风大浪,在船上光是活着都很困难,更别提施工了。为了克服风浪,在大桥施工之前,施工人员在大桥桥址旁边先用钢管桩和桁架修建了一座全长7.5公里的栈桥。这座栈桥可在风力较小(小于9级)时通行,工人和一些工程机械可以以这座栈桥为基础进行施工,不必在船上忍受风浪。

    由于是施工作业的平台,栈桥的设计使用年限只有6年,在大桥修筑完成后即可拆除。这种在正式的工程之前先修筑一个相对简陋但实用的施工平台辅助施工的做法,在大型工程中十分常用,可以降低施工的难度,提高安全性。

    

    (平潭海峡公铁两用大桥的栈桥)

    在这样的环境中施工,风险是必然存在的,工程师们不能因噎废食。针对恶劣环境下施工的96个潜在危险源,工程师们专门使用了数学的分析方法,正确评估风险的程度以及风险之间的相互关系,有的放矢地管控风险,既最高效地抑制了风险,避免事故的发生,又不延误工程,保障了质量。

    在坚硬如铁的花岗岩上立足

    对于跨海大桥而言,对抗风浪的核心是要有牢固的基础。一旦基础被风浪破坏,不仅直接相关的上部结构会被破坏,更可能牵连前后的部分发生连锁破坏。

    通常,工程师们更希望看到有致密的土层与坚实的底层,如图中所示,桩基础直接坐在坚硬地层上。工程师们通常遇到的问题是基础太过软弱,如上海滩、珠江三角洲等地,这样基础容易倒塌,需要将桩打得更深。

    

    (理想的桩基础示意图)

    平潭海峡的地质条件则完全是走向了另一个极端:福建沿海的海底环境大都是裸露的岩层,而且是最为坚硬的花岗岩,基础根本无处安放。花岗岩的硬度与普通建筑用钢相当,只能用钻力最强的十字形强行将岩层钻开。即便这样,钻孔的深度也很难达到工程要求。

    

    (海底岩面的钢管桩)

    因此,工程师们想出了新的方法:用桩基的数量来弥补深度。工程师们根据海底岩面的地形匹配了钢管桩,以四根为一组,打进岩石中并以混凝土和钢筋笼进行联结。这样,钢管桩就能够与岩层比较牢固地结合为一体。然后,再以这四根桩为共同基础,搭建施工平台,进而建设桥墩。这种“深水裸岩区埋植式海上平台”为国内首创。

    一个部件1000吨,为建大桥先建大船

    与“薄薄一层”的单一公路桥不同,公铁两用桥通常是上下两层。上层跑汽车,下层跑火车,上下层之间通过钢桁架连接,从力学的角度讲,这是一种很坚固的结构,它可以使得上下层的桥板之间协同受力,并使得大桥具有很强的刚度,进而能够对抗平潭海峡的狂风骤雨。

    此外,大桥的通航段也被设计成了刚度很大、不易受风雨的影响斜拉桥结构。另外,还可以通过调节斜拉索的表面纹理,降低斜拉索表面的振动,进而达到抗风的目的。因此,虽然平潭海峡的天气很差,但中国工程师们毕竟经验丰富,能够让正常使用状态下的大桥应付得过来。

    

    (吊装中的钢桁架)

    难度主要集中在施工上。恶劣的天气使得传统的在工地安装桁架的施工方式无法实施,必须要事先在工厂将整个钢桁架组装好,再在现场进行一体化安装。

    在工厂里,温度、湿度等环境因素可以保持恒定,工人师傅们可以进行更加细致的焊接和组装,有助于控制误差,使得桁架的强度更高、耐久性更好。在工厂还可以在钢桁架表面进行细致的防腐处理,如涂覆防锈涂料、表面钝化等,从而使得其在现场更能抵御腐蚀性的海浪。因此,大桥工程就是计划将如图所示的两个桥墩间的一整孔桁架在工厂造好,然后整体运往现场安装。

    然而,这样的一孔桁架重达1350吨,与中国海军的056型护卫舰重量相当。要多大的起重船能将这样一艘“战舰”吊装到几十米高的桥墩上呢?那就用更大的船来吊!

    为了这一目标,中铁大桥局历时3年,耗资3.4亿专门打造了“大桥海鸥号”起重船。这艘起重船的起重能力达到了3600吨,起重高度达110米,在这个巨无霸面前,什么9米高的巨浪也不过就是小菜一碟。

    

    (“大桥海鸥号”起重船)

    结语:

    在五千多名工程人员的共同努力下,时至目前,平潭海峡公铁两用工程最难的水下施工已经被攻克,钢桁架梁的吊装工作正在逐步开展。预计到2019年初,这座“中国最难大桥”就会建成通车,高铁疾驰过汹涌的海浪,注定是一道亮丽的风景。

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    回帖人: | 只看此人 | 不看此人 | 2017/9/12 16:32:23    跟帖回复:
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