去年年底，平潭海峽公鐵兩用大橋建成通車，福州至平潭的鐵路隨之開通，首月往返乘客就近10萬人次。今年3月，福平鐵路再加開兩次城際動(dòng)車組列車。

作為世界上最長、中國第一座真正意義上的公鐵兩用跨海大橋，平潭海峽公鐵兩用大橋建在世界三大風(fēng)口之一，連接福州城區(qū)和平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)的快速通道，遠(yuǎn)期規(guī)劃可延長到臺(tái)灣。

“禁區(qū)”建橋，到底有多難？

文 | 丁貴梓 蘇文軍（實(shí)習(xí)生）

來源瞭望智庫（zhczyj）及作者信息

1 大橋夢，步步前行

福州市平潭縣位于福建東部沿海，東臨臺(tái)灣海峽，西隔海壇海峽與福清市為鄰，距臺(tái)灣新竹只有68海里，是中國大陸距離臺(tái)灣島最近的地方。

全縣由126個(gè)島嶼組成，海岸線蜿蜒曲折，故被稱為“千礁島縣”。其中，主島海壇島陸地面積達(dá)324.12平方公里，是我國第五大島。平潭為典型的海洋性季風(fēng)氣候，全年7級(jí)以上大風(fēng)天數(shù)達(dá)200天左右，平均每年還有4次臺(tái)風(fēng)登陸，是福建省強(qiáng)風(fēng)區(qū)之一。

“孤帆難渡眾出島，長虹臥波終是夢?！苯煌?，是代代平潭人生產(chǎn)生活的最大障礙。

長期以來，輪渡是連接平潭與外界的唯一方式，是當(dāng)?shù)鼐用窠粨Q貨物、采辦食品的“生命航線”。每逢節(jié)假日，輪渡上人流擁擠，甚至要排六七公里的長隊(duì)，等候五六個(gè)小時(shí)才能上船。加之島上臺(tái)風(fēng)、暴雨等氣象災(zāi)害多發(fā)，船舶出港變數(shù)極大。

為了保障出行需求、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，20世紀(jì)90年代，時(shí)任平潭縣縣長林文寶首次提出了建設(shè)海峽大橋的構(gòu)想?！皼]有橋，注定留不住人，留不住人，更別提什么發(fā)展！”林文寶時(shí)常把這句話掛嘴邊。

但是，資金問題成了建橋面臨的第一大難——平潭當(dāng)時(shí)是國家級(jí)貧困縣，經(jīng)濟(jì)總量在福州市內(nèi)排倒數(shù)第二，年財(cái)政收入僅1500萬元。連吃飯問題都解決不了的平潭，靠什么建跨海大橋？

為此，林文寶四處奔波，宣傳平潭海島旅游業(yè)的巨大潛力，積極招商引資，并邀請相關(guān)院校及科研單位進(jìn)行海底地質(zhì)勘測。建橋項(xiàng)目先后吸引數(shù)家外資企業(yè)投資，但多因當(dāng)?shù)剡M(jìn)出島車流量有限、投資短期效益低，最終作罷。

直到2003年9月，福建省計(jì)委對(duì)平潭海峽大橋項(xiàng)目建議書做出正式批復(fù)；2004年3月，平潭海峽大橋籌建辦成立；2005年10月20日，大橋經(jīng)國家發(fā)改委批準(zhǔn)正式立項(xiàng)，投資11.3億元，修建全長約4.8公里的跨海大橋。

2010年11月30日，平潭海峽大橋建成試通車，島上近40萬居民終于結(jié)束了擺渡出行的日子。與此同時(shí)，福建省委、省政府決定設(shè)立福州（平潭）綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)?？紤]未來通行需求，決定繼續(xù)修建復(fù)橋——平潭大橋，計(jì)劃與漁平高速公路、平潭海峽大橋形成雙向6車道高速公路。

2011年，國務(wù)院正式批復(fù)《平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)總體發(fā)展規(guī)劃》，探索建設(shè)“兩岸同胞合作建設(shè)、先行先試、科學(xué)發(fā)展的共同家園”，平潭開放開發(fā)上升為國家戰(zhàn)略；2015年，中國（福建）自由貿(mào)易試驗(yàn)區(qū)平潭片區(qū)正式成立；2016年，國務(wù)院批復(fù)同意《平潭國際旅游島建設(shè)方案》。

憑借得天獨(dú)厚的政策優(yōu)勢，平潭這座昔日的邊陲海島，一躍成為兩岸融合發(fā)展、對(duì)外開放的前沿。不過，隨著中國跨入高鐵時(shí)代，作為全國唯一一個(gè)具備“綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)+自貿(mào)試驗(yàn)區(qū)+國際旅游島”三區(qū)疊加優(yōu)勢的特殊區(qū)域，平潭不通鐵路的狀況仍未改變。

建設(shè)一座能通鐵路的海峽大橋，成為平潭的下一個(gè)挑戰(zhàn)。

2 挑戰(zhàn)“魔鬼之海”

2013年5月23日，平潭海峽公鐵兩用大橋初步設(shè)計(jì)獲得中國鐵路總公司和福建省政府聯(lián)合批復(fù)。項(xiàng)目由建橋“國家隊(duì)”——中國鐵建大橋工程局承建，全長16.34公里，其中跨海段超過11公里。

大橋位于海壇海峽北口，南距平潭海峽大橋約20公里，這里為世界三大風(fēng)口海域之一，無風(fēng)也起浪，水流速度相當(dāng)于長江中下游洪峰，橋址水下就有10余處古沉船遺址，可謂“建橋禁區(qū)”。大橋每年的有效施工作業(yè)時(shí)間只有120多天，在建過程中最高要承受17級(jí)風(fēng)力的考驗(yàn)。

在這樣的海況下建設(shè)跨海峽大型公鐵兩用橋梁，其難度和風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)超已建成的東海大橋、杭州灣大橋、青島海灣大橋，甚至當(dāng)時(shí)還在建的港珠澳大橋。

同年11月，大橋總工程師樊立龍決心向這片“惡魔之海”發(fā)起挑戰(zhàn)。

修建跨海大橋要先建樁基，沒有牢固的樁基，建橋就無從說起。工程師們需將空心鋼管樁打進(jìn)海底，鉆機(jī)進(jìn)入鋼護(hù)筒鉆孔、深入海床下60多米的花崗巖層后，再灌注水下混凝土。待混凝土與海底巖石凝固在一起，即可形成穩(wěn)固的樁基。至少12個(gè)這樣的樁基結(jié)合在一起，才能做成一個(gè)橋墩。

然而，工程剛一開始就遇到了意想不到的困難——打入海底深達(dá)1米的鋼管樁，第二天就會(huì)被大風(fēng)、巨浪和海底暗涌卷走。為解決這一問題，工程師們決定把打樁深度增加至8米。

可平潭海域地底凹凸不平，基本沒有淤積層。盡管工程團(tuán)隊(duì)已將鋼管樁厚度增加近1倍，仍無法打進(jìn)堅(jiān)硬的海底巖石。在這樣的海底地形，要將鋼管樁打到海底8米深，幾乎是天方夜譚。

為了盡快找到解決方案，樊立龍?jiān)谑┕さ馗浇伊艘黄狡隆＿@里的地形與海底相似，他們就模擬海底地貌、用圓筒模型代替鋼管樁，像搭積木一樣不斷試驗(yàn)打樁方式。

多次研究之后，樊立龍終于發(fā)現(xiàn)，將3-4根鋼管樁連接，每根鋼管樁互相支撐著形成“板凳”式結(jié)構(gòu)，這樣就可以增加鋼管樁的穩(wěn)定性，抵御海底暗涌。這項(xiàng)海底裸巖上“搭板凳”的技術(shù)是國內(nèi)首創(chuàng)，既加快了建橋速度，又降低了橋梁建設(shè)成本。但沒過多久，一次10級(jí)大風(fēng)嚴(yán)重?fù)p壞了鋼管樁和中間的連接結(jié)構(gòu)，給正在施工的平潭大橋帶來重創(chuàng)。

在這片“魔鬼風(fēng)區(qū)”，普通的造橋標(biāo)準(zhǔn)已無法保障大橋安全。經(jīng)過反復(fù)研究，工程師們決定打破常規(guī)，把更多鋼管樁連接在一起形成一個(gè)更大的整體，以抵住狂風(fēng)巨浪的侵襲。

極端天氣下，海浪強(qiáng)度是計(jì)算所需鋼管樁數(shù)量的基礎(chǔ)。那么，“魔鬼風(fēng)區(qū)”的海浪強(qiáng)度該如何測量？團(tuán)隊(duì)成員趙多蒼博士給出了解決方案——將36個(gè)壓力傳感器分別放置于不同的海底鋼管樁上，一旦海底暗涌沖擊傳感器表面，強(qiáng)度數(shù)據(jù)就會(huì)傳回工程師手里。

按照檢測要求，傳感器必須連續(xù)工作3個(gè)月，并經(jīng)歷一次極端臺(tái)風(fēng)，才能得到最終的施工參考數(shù)據(jù)。但1個(gè)月還沒到，意外又出現(xiàn)了——海面風(fēng)浪劇烈變化肉眼可見，36個(gè)壓力傳感器傳回的數(shù)據(jù)皆為恒定，壓力傳感器怎么全部失靈了？

工程團(tuán)隊(duì)請來潛水員潛到海底才發(fā)現(xiàn)：傳感器上竟然布滿了野生牡蠣！原來，平潭水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)達(dá)，海域微生物豐富。其中，牡蠣具有強(qiáng)大繁殖能力且習(xí)慣附著在金屬上，導(dǎo)致傳感器失靈。

怎么辦？海洋生物專家和當(dāng)?shù)卮瑝]處理廠建議，把新型生物防腐漆噴涂在傳感器表面，以減少海洋生物附著。但防腐漆有可能會(huì)影響傳感器靈敏度，也無法保證能在3個(gè)月內(nèi)持續(xù)發(fā)揮作用。

一籌莫展之際，趙多蒼博士記起，他曾經(jīng)在船廠看到過剛從海里撈出來的銅制流速儀，上面并沒有海生物附著。因銅在海水中極易氧化，海洋生物恰好對(duì)銅氧化物有著明顯的排斥反應(yīng)。工程團(tuán)隊(duì)受此啟發(fā)，將所有壓力傳感器換成銅制表面，終于解決了傳感器失靈問題，順利收集到平潭海域各種天氣條件下的風(fēng)浪數(shù)據(jù)，為大橋安全施工提供保障。

3 鉆孔架梁，為啥那么難？

將鋼管樁成功打入海底巖石后，下一步就是鉆孔——直徑3米的錘頭深入鋼護(hù)筒內(nèi)鉆孔作業(yè)，最深需達(dá)60米。

【注：鋼護(hù)筒是在進(jìn)行人工挖孔樁的過程中，因土質(zhì)不穩(wěn)定，需用鋼護(hù)筒保護(hù)孔樁，避免塌孔影響施工進(jìn)度及安全。】

2016年5月，大橋已基本轉(zhuǎn)入上部施工，負(fù)責(zé)平潭島側(cè)施工的項(xiàng)目二分部卻還在為B55號(hào)橋墩的鉆孔問題發(fā)愁。

B55號(hào)橋墩是大橋從平潭島側(cè)入海的第三個(gè)橋墩，一共14根樁。其中2號(hào)鉆孔成功后，鋼護(hù)筒內(nèi)多次塌孔，大量泥沙夾雜著石塊涌入孔內(nèi)，兩個(gè)錘頭被深埋筒內(nèi)。潛水員只得下潛到41米的海底，摸清鋼護(hù)筒內(nèi)錘頭的平面位置和錘角姿態(tài)，才能用鉆機(jī)將錘頭打撈上來。

為突破鉆孔困境，中鐵大橋局和國內(nèi)頂尖鉆機(jī)制造機(jī)構(gòu)聯(lián)合科研攻關(guān)，自主研發(fā)世界先進(jìn)水平鉆機(jī)，一次性全斷面最大成孔直徑可達(dá)5米，鉆孔深度可達(dá)180米。至此，終于解決了我國海上大直徑鉆孔樁施工的難題。

2017年11月，大橋1800多根鉆孔樁全部完成施工。每個(gè)橋墩的鉆孔樁完成后，利用大型浮吊起吊、下放圍堰，套入鋼護(hù)筒與鉆孔樁結(jié)構(gòu)隔離海浪，再用混凝土澆筑承載橋墩的承臺(tái)。期間，必須嚴(yán)密計(jì)算鋼護(hù)筒的垂直度，并通過電腦精細(xì)化、數(shù)字化操控，確保鋼圍堰精準(zhǔn)對(duì)位，才能安全下放、吊裝圍堰。

大橋總共設(shè)置了113座圍堰，2018年4月，最后一座圍堰吊裝到位，大橋深水施工工程終于全部結(jié)束。

接下來就是架梁。平潭海峽公鐵兩用大橋由鋼桁梁斜拉橋和簡支鋼桁梁非通航孔橋兩部分組成，采用懸臂掛籃式施工。高峰期時(shí)，橋上共有68對(duì)掛籃同時(shí)施工，為我國橋梁懸臂掛籃施工數(shù)量之最。施工時(shí)間有限，為盡量建設(shè)現(xiàn)場施工，他們還在幾百公里外的工廠生產(chǎn)預(yù)制鋼桁梁，再海運(yùn)至橋址。

針對(duì)不同類型的鋼梁，工程團(tuán)隊(duì)采取不同方式架設(shè)。鋼桁梁斜拉橋采用整孔大節(jié)段焊接，整節(jié)段對(duì)稱懸臂架設(shè)吊裝技術(shù)；簡支鋼桁梁非通航孔橋采用簡支箱梁階段拼裝法施工，每一孔梁由多個(gè)節(jié)段梁拼接而成。

此外，根據(jù)建橋?qū)嶋H需要與平潭海域天氣特點(diǎn)，中國鐵建大橋工程局創(chuàng)新研發(fā)了國內(nèi)首臺(tái)臺(tái)風(fēng)區(qū)雙孔連做造橋機(jī)和國內(nèi)起重最大、起升最高的雙臂架起重船“海鷗號(hào)”，提高了施工效率、減小施工誤差、極大降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

多種鋼梁不同方式的成功吊裝架設(shè)，驗(yàn)證了橋梁鋼桁梁大節(jié)段制造整孔吊裝成套技術(shù)的可靠性，也標(biāo)志著中國海上橋梁建造技術(shù)的重大飛躍。

4 與風(fēng)斗，與浪搏

2019年9月25日，平潭海峽公鐵兩用大橋?qū)崿F(xiàn)全線合龍，上層為設(shè)計(jì)時(shí)速100公里的6車道高速公路，下層為設(shè)計(jì)時(shí)速200公里的雙線I級(jí)鐵路，連接福州與平潭。

然而，新的挑戰(zhàn)接踵而來。大風(fēng)經(jīng)過橋面時(shí)，會(huì)形成強(qiáng)勁的橫風(fēng)垂直吹來，如果沒有保護(hù)措施，通過大橋的車輛因側(cè)面受力面積較大將會(huì)被直接掀翻，甚至吹入海中。根據(jù)以往建橋經(jīng)驗(yàn)，工程師會(huì)在橫風(fēng)路段安裝由一段段鐵板組成的風(fēng)屏障，幫助車輛抵御強(qiáng)風(fēng)。

那么，風(fēng)屏障能否抵御平潭海峽公鐵兩用大橋上的橫風(fēng)呢？

答案是否定的。平潭風(fēng)力強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過普通風(fēng)屏障使用的區(qū)域，若在這里安裝“風(fēng)屏障”，不透風(fēng)的鐵板反而會(huì)增加大橋受風(fēng)面積，如同在大橋上迎風(fēng)撐起一把“傘”。強(qiáng)風(fēng)來襲時(shí)，風(fēng)力、海浪力、海水流水力三個(gè)橫向力在不同高度側(cè)推大橋，會(huì)給整個(gè)大橋帶來安全威脅。

鑒于此，工程團(tuán)隊(duì)調(diào)整了風(fēng)屏障的結(jié)構(gòu)，將屏障表面設(shè)計(jì)成不同的彎曲造型，并在上面打孔。這樣，3.5米高風(fēng)屏障可減輕橫風(fēng)力度，保證車輛在10級(jí)大風(fēng)中安全通行的同時(shí)，還改變了橫風(fēng)的通過方向，減小了大橋受力面積。

風(fēng)口“奪”橋的另一個(gè)難題是：防腐。

早在設(shè)計(jì)階段，平潭海峽公鐵兩用大橋的使用壽命就被定為100年。做好大橋后續(xù)保養(yǎng)工作，對(duì)大橋長久運(yùn)行而言至關(guān)重要。通過測量計(jì)算，海壇海峽對(duì)金屬的銹蝕速度是一年一毫米，遠(yuǎn)超其他海域。除了金屬物件，海水和帶有氯離子的空氣還會(huì)腐蝕混凝土。一些護(hù)欄剛剛安裝兩年，就已被氯離子腐蝕得可徒手掰斷，嚴(yán)重影響未來行車安全。

為此，工程團(tuán)隊(duì)研制了一種新的防腐蝕涂層，厚度只有80微米，可阻隔氯離子、防止金屬構(gòu)件生銹。為保證防腐蝕涂層不被破壞，現(xiàn)場所有起重吊裝設(shè)備、施工小型機(jī)具都要使用軟質(zhì)材料，最大限度避免磕碰損壞。

團(tuán)隊(duì)還研究出新型混凝土配方：用大小勻稱的碎石和細(xì)沙混合，保證混凝土強(qiáng)度，再加入水泥和礦粉填補(bǔ)空隙。這種特殊配比制成的混凝土有著超強(qiáng)的密實(shí)度，可為大橋提供一層厚實(shí)堅(jiān)固的外殼，百年安全使用不再是一種空想。

此外，為避免強(qiáng)風(fēng)或地震可能造成的橋梁大幅振動(dòng)、損傷甚至垮塌，工程團(tuán)隊(duì)聯(lián)合橋梁結(jié)構(gòu)健康與安全國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，為大橋研發(fā)了304套斜拉索臨時(shí)減振器、24套塔梁阻尼器及304套斜拉索擺式杠桿阻尼器。它們就像減振抗震的“安全氣囊”，最大限度吸收和消耗沖擊載荷對(duì)大橋結(jié)構(gòu)的沖擊能量，大大緩解大橋結(jié)構(gòu)受到的沖擊和破壞。

5 一橋架南北，天塹變通途

除了技術(shù)上的難關(guān)，中國鐵建大橋工程局的隊(duì)員們還要與艱苦和孤獨(dú)為伴。

大橋剛開工建設(shè)時(shí)，大家只能住在集裝箱里。海上濕氣極重，被子一攥能擰出水來；紫外線強(qiáng)度大，夏天出一次海就會(huì)被曬成“平潭紅”。加上不通水電，出行、購買生活用品都需要用船運(yùn)，居住條件極差。

從2013年大橋起建開始，總工程師樊立龍每年呆在施工現(xiàn)場的時(shí)間超過330天。每當(dāng)與家人視頻，他總會(huì)關(guān)心女兒的學(xué)習(xí)情況，以自己為例鼓勵(lì)女兒：“我也在解決我的難題，希望我們能共同努力、共同進(jìn)步?！?/p>

事實(shí)證明，一切付出和努力都是值得的！經(jīng)過7年奮斗，2020年10月1日，平潭海峽公鐵兩用大橋公路段通車試運(yùn)營；同年12月26日，鐵路段通車運(yùn)營，并正式入選“2020年度央企十大超級(jí)工程”。

工程團(tuán)隊(duì)優(yōu)化創(chuàng)新施工方案，突破規(guī)范限制工序作業(yè)條件，成功打破世界三大“風(fēng)口海峽”無法建橋的預(yù)言，創(chuàng)造了無法復(fù)制的中國奇跡，更為中國今后的建橋工程提供了重要經(jīng)驗(yàn)。

*建立環(huán)境綜合監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測橋址海域天氣、海況。

由于國家和福建地方的天氣海洋預(yù)報(bào)都無法精確到橋址，工程團(tuán)隊(duì)就利用風(fēng)速儀、超聲式波浪儀等，實(shí)時(shí)檢測天氣及海浪數(shù)據(jù)。收集到的數(shù)據(jù)會(huì)通過無線傳輸傳到云檢測中心的服務(wù)器，施工人員可通過手機(jī)APP現(xiàn)場查詢天氣狀況。

*“可視化仿真”BIM技術(shù)，助力科學(xué)施工。

跨海公鐵合建大橋的工序立體空間交叉，物資通道繁忙，施工組織極為復(fù)雜，極易發(fā)生窩工、停工問題。

而“可視化仿真”BIM技術(shù)可建立起橋梁施工結(jié)構(gòu)的可視化三維模型，仿真模擬上部結(jié)構(gòu)施工中存在的空間碰撞和時(shí)間沖突，為科學(xué)預(yù)判、優(yōu)化施工提供依據(jù)，確保上部結(jié)構(gòu)施工安全、有序、高效。

*堅(jiān)持自主創(chuàng)新，發(fā)揮產(chǎn)學(xué)研用合力。

平潭海峽公鐵兩用大橋建設(shè)期間，工程團(tuán)隊(duì)自主研制大型液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)，可一次成孔5米直徑鉆孔樁，成功施作世界上樁徑最大的橋梁工程樁；自主研制吊高110米、吊重3600噸的巨型浮吊船，采用簡支鋼桁梁全工廠化整孔全焊制造工藝，實(shí)現(xiàn)鋼桁梁海上浮吊整孔架設(shè)，為工程安全、優(yōu)質(zhì)、高效建設(shè)提供重要技術(shù)支撐。

更重要的是，公鐵兩用大橋結(jié)束了平潭島不通鐵路的歷史，進(jìn)一步完善閩東北區(qū)域鐵路網(wǎng)。

2020年12月26日，福平鐵路正式開通運(yùn)營，與合福高鐵、杭深高鐵、昌福鐵路等連接，促成平潭、長樂與福州老城區(qū)的“半小時(shí)生活圈”，帶動(dòng)閩東北區(qū)域整體開放開發(fā)，也為海峽兩岸的深入交流開辟了一條新的快速通道。

參考資料：

1.《講述：建設(shè)者（三）·跨越深藍(lán)》，CCTV10科教頻道，2016年5月2日；

2.《喜迎十九大特別報(bào)道——筑夢中國行跨越深藍(lán) 中國首座公鐵兩用跨海大橋》，CCTV4新聞?lì)l道，2017年9月30日；

3.《走近科學(xué)：跨越海峽》，CCTV10科教頻道，2019年5月27日；

4.《創(chuàng)新進(jìn)行時(shí)——勇闖魔鬼風(fēng)區(qū)（一）（二）（三）（四）》，CCTV10科教頻道，2020年1月；

5.梅新詠、徐偉、段雪煒、陳翔，《平潭海峽公鐵兩用大橋總體設(shè)計(jì)》，鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)2020年第1期；

6.馬曉東，《平潭海峽公鐵兩用大橋總體施工方案》，橋梁建設(shè)2017年第2期；

7.崔麗，《中國首座跨海公鐵兩用橋——平潭大橋飛架風(fēng)暴海域》，就業(yè)與保障2019年第20期；

8.《平潭海峽大橋修建的幕后故事：為了平潭人民的夢想》，臺(tái)海網(wǎng)，2020年10月6日；

9.《中鐵大橋局橋科院三大阻尼器為平潭海峽公鐵兩用大橋保駕護(hù)航》，微信公眾號(hào)“中國中鐵資訊”，2020年7月27日；

10.《世界最長跨海峽公鐵兩用大橋——平潭海峽公鐵兩用大橋開通運(yùn)營》，微信公眾號(hào)“中鐵大橋局集團(tuán)”，2020年12月26日；

等等。

欄目主編：張武 文字編輯：宋彥霖 題圖來源：新華社 圖片編輯：雍凱

來源：作者：瞭望智庫

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