去年年底，平潭海峡公铁两用大桥建成通车，福州至平潭的铁路随之开通，首月往返乘客就近10万人次。今年3月，福平铁路再加开两次城际动车组列车。
作为世界上最长、中国第一座真正意义上的公铁两用跨海大桥，平潭海峡公铁两用大桥建在世界三大风口之一，连接福州城区和平潭综合实验区的快速通道，远期规划可延长到台湾。
“禁区”建桥，到底有多难？
文 | 丁贵梓 苏文军（实习生）
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大桥梦，步步前行
福州市平潭县位于福建东部沿海，东临台湾海峡，西隔海坛海峡与福清市为邻，距台湾新竹只有68海里，是中国大陆距离台湾岛最近的地方。
2019年9月25日，福州，平潭海峡公铁大桥合龙贯通（无人机航拍）。图|视觉中国
全县由126个岛屿组成，海岸线蜿蜒曲折，故被称为“千礁岛县”。其中，主岛海坛岛陆地面积达324.12平方公里，是我国第五大岛。平潭为典型的海洋性季风气候，全年7级以上大风天数达200天左右，平均每年还有4次台风登陆，是福建省强风区之一。
“孤帆难渡众出岛，长虹卧波终是梦。”交通，是代代平潭人生产生活的最大障碍。
长期以来，轮渡是连接平潭与外界的唯一方式，是当地居民交换货物、采办食品的“生命航线”。每逢节假日，轮渡上人流拥挤，甚至要排六七公里的长队，等候五六个小时才能上船。加之岛上台风、暴雨等气象灾害多发，船舶出港变数极大。
为了保障出行需求、促进经济发展，20世纪90年代，时任平潭县县长林文宝首次提出了建设海峡大桥的构想。“没有桥，注定留不住人，留不住人，更别提什么发展！”林文宝时常把这句话挂嘴边。
但是，资金问题成了建桥面临的第一大难——平潭当时是国家级贫困县，经济总量在福州市内排倒数第二，年财政收入仅1500万元。连吃饭问题都解决不了的平潭，靠什么建跨海大桥？
为此，林文宝四处奔波，宣传平潭海岛旅游业的巨大潜力，积极招商引资，并邀请相关院校及科研单位进行海底地质勘测。建桥项目先后吸引数家外资企业投资，但多因当地进出岛车流量有限、投资短期效益低，最终作罢。
直到2003年9月，福建省计委对平潭海峡大桥项目建议书做出正式批复；2004年3月，平潭海峡大桥筹建办成立；2005年10月20日，大桥经国家发改委批准正式立项，投资11.3亿元，修建全长约4.8公里的跨海大桥。
2010年11月30日，平潭海峡大桥建成试通车，岛上近40万居民终于结束了摆渡出行的日子。与此同时，福建省委、省政府决定设立福州（平潭）综合实验区。考虑未来通行需求，决定继续修建复桥——平潭大桥，计划与渔平高速公路、平潭海峡大桥形成双向6车道高速公路。
2011年，国务院正式批复《平潭综合实验区总体发展规划》，探索建设“两岸同胞合作建设、先行先试、科学发展的共同家园”，平潭开放开发上升为国家战略；2015年，中国（福建）自由贸易试验区平潭片区正式成立；2016年，国务院批复同意《平潭国际旅游岛建设方案》。
凭借得天独厚的政策优势，平潭这座昔日的边陲海岛，一跃成为两岸融合发展、对外开放的前沿。不过，随着中国跨入高铁时代，作为全国唯一一个具备“综合实验区 自贸试验区 国际旅游岛”三区叠加优势的特殊区域，平潭不通铁路的状况仍未改变。
建设一座能通铁路的海峡大桥，成为平潭的下一个挑战。
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挑战“魔鬼之海”
2013年5月23日，平潭海峡公铁两用大桥初步设计获得中国铁路总公司和福建省政府联合批复。项目由建桥“国家队”——中铁大桥局承建，全长16.34公里，其中跨海段超过11公里。
2020年10月29日，施工人员正在福平铁路平潭海峡公铁两用大桥上调整风屏障。图|ic photo
大桥位于海坛海峡北口，南距平潭海峡大桥约20公里，这里为世界三大风口海域之一，无风也起浪，水流速度相当于长江中下游洪峰，桥址水下就有10余处古沉船遗址，可谓“建桥禁区”。大桥每年的有效施工作业时间只有120多天，在建过程中最高要承受17级风力的考验。
在这样的海况下建设跨海峡大型公铁两用桥梁，其难度和风险远超已建成的东海大桥、杭州湾大桥、青岛海湾大桥，甚至当时还在建的港珠澳大桥。
同年11月，大桥总工程师樊立龙决心向这片“恶魔之海”发起挑战。
修建跨海大桥要先建桩基，没有牢固的桩基，建桥就无从说起。工程师们需将空心钢管桩打进海底，钻机进入钢护筒钻孔、深入海床下60多米的花岗岩层后，再灌注水下混凝土。待混凝土与海底岩石凝固在一起，即可形成稳固的桩基。至少12个这样的桩基结合在一起，才能做成一个桥墩。
然而，工程刚一开始就遇到了意想不到的困难——打入海底深达1米的钢管桩，第二天就会被大风、巨浪和海底暗涌卷走。为解决这一问题，工程师们决定把打桩深度增加至8米。
可平潭海域地底凹凸不平，基本没有淤积层。尽管工程团队已将钢管桩厚度增加近1倍，仍无法打进坚硬的海底岩石。在这样的海底地形，要将钢管桩打到海底8米深，几乎是天方夜谭。
为了尽快找到尊龙体育官网的解决方案，樊立龙在施工地附近找了一片山坡。这里的地形与海底相似，他们就模拟海底地貌、用圆筒模型代替钢管桩，像搭积木一样不断试验打桩方式。
多次研究之后，樊立龙终于发现，将3-4根钢管桩连接，每根钢管桩互相支撑着形成“板凳”式结构，这样就可以增加钢管桩的稳定性，抵御海底暗涌。这项海底裸岩上“搭板凳”的技术是国内首创，既加快了建桥速度，又降低了桥梁建设成本。但没过多久，一次10级大风严重损坏了钢管桩和中间的连接结构，给正在施工的平潭大桥带来重创。
在这片“魔鬼风区”，普通的造桥标准已无法保障大桥安全。经过反复研究，工程师们决定打破常规，把更多钢管桩连接在一起形成一个更大的整体，以抵住狂风巨浪的侵袭。
极端天气下，海浪强度是计算所需钢管桩数量的基础。那么，“魔鬼风区”的海浪强度该如何测量？团队成员赵多苍博士给出了尊龙体育官网的解决方案——将36个压力传感器分别放置于不同的海底钢管桩上，一旦海底暗涌冲击传感器表面，强度数据就会传回工程师手里。
按照检测要求，传感器必须连续工作3个月，并经历一次极端台风，才能得到最终的施工参考数据。但1个月还没到，意外又出现了——海面风浪剧烈变化肉眼可见，36个压力传感器传回的数据皆为恒定，压力传感器怎么全部失灵了？
工程团队请来潜水员潜到海底才发现：传感器上竟然布满了野生牡蛎！原来，平潭水产养殖业发达，海域微生物丰富。其中，牡蛎具有强大繁殖能力且习惯附着在金属上，导致传感器失灵。
怎么办？海洋生物专家和当地船坞处理厂建议，把新型生物防腐漆喷涂在传感器表面，以减少海洋生物附着。但防腐漆有可能会影响传感器灵敏度，也无法保证能在3个月内持续发挥作用。
一筹莫展之际，赵多苍博士记起，他曾经在船厂看到过刚从海里捞出来的铜制流速仪，上面并没有海生物附着。因铜在海水中极易氧化，海洋生物恰好对铜氧化物有着明显的排斥反应。工程团队受此启发，将所有压力传感器换成铜制表面，终于解决了传感器失灵问题，顺利收集到平潭海域各种天气条件下的风浪数据，为大桥安全施工提供保障。
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钻孔架梁，为啥那么难？
将钢管桩成功打入海底岩石后，下一步就是钻孔——直径3米的锤头深入钢护筒内钻孔作业，最深需达60米。
【注：钢护筒是在进行人工挖孔桩的过程中，因土质不稳定，需用钢护筒保护孔桩，避免塌孔影响施工进度及安全。】
2019年10月8日，平潭海峡公铁两用大桥跨越长屿岛。图|ic photo
2016年5月，大桥已基本转入上部施工，负责平潭岛侧施工的项目二分部却还在为b55号桥墩的钻孔问题发愁。
b55号桥墩是大桥从平潭岛侧入海的第三个桥墩，一共14根桩。其中2号钻孔成功后，钢护筒内多次塌孔，大量泥沙夹杂着石块涌入孔内，两个锤头被深埋筒内。潜水员只得下潜到41米的海底，摸清钢护筒内锤头的平面位置和锤角姿态，才能用钻机将锤头打捞上来。
为突破钻孔困境，大桥局和国内顶尖钻机制造机构联合科研攻关，自主研发世界先进水平钻机，一次性全断面最大成孔直径可达5米，钻孔深度可达180米。至此，终于解决了我国海上大直径钻孔桩施工的难题。
2017年11月，大桥1800多根钻孔桩全部完成施工。每个桥墩的钻孔桩完成后，利用大型浮吊起吊、下放围堰，套入钢护筒与钻孔桩结构隔离海浪，再用混凝土浇筑承载桥墩的承台。期间，必须严密计算钢护筒的垂直度，并通过电脑精细化、数字化操控，确保钢围堰精准对位，才能安全下放、吊装围堰。
大桥总共设置了113座围堰，2018年4月，最后一座围堰吊装到位，大桥深水施工工程终于全部结束。
接下来就是架梁。平潭海峡公铁两用大桥由钢桁梁斜拉桥和简支钢桁梁非通航孔桥两部分组成，采用悬臂挂篮式施工。高峰期时，桥上共有68对挂篮同时施工，为我国桥梁悬臂挂篮施工数量之最。施工时间有限，为尽量建设现场施工，他们还在几百公里外的工厂生产预制钢桁梁，再海运至桥址。
针对不同类型的钢梁，工程团队采取不同方式架设。钢桁梁斜拉桥采用整孔大节段焊接，整节段对称悬臂架设吊装技术；简支钢桁梁非通航孔桥采用简支箱梁阶段拼装法施工，每一孔梁由多个节段梁拼接而成。
此外，根据建桥实际需要与平潭海域天气特点，大桥局创新研发了国内首台台风区双孔连做造桥机和国内起重最大、起升最高的双臂架起重船“海鸥号”，提高了施工效率、减小施工误差、极大降低安全风险。
多种钢梁不同方式的成功吊装架设，验证了桥梁钢桁梁大节段制造整孔吊装成套技术的可靠性，也标志着中国海上桥梁建造技术的重大飞跃。
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与风斗，与浪搏
2019年9月25日，平潭海峡公铁两用大桥实现全线合龙，上层为设计时速100公里的6车道高速公路，下层为设计时速200公里的双线i级铁路，连接福州与平潭。
2019年6月5日，福平铁路平潭海峡公铁两用大桥元洪航道桥主桥合龙。图|ic photo
然而，新的挑战接踵而来。大风经过桥面时，会形成强劲的横风垂直吹来，如果没有保护措施，通过大桥的车辆因侧面受力面积较大将会被直接掀翻，甚至吹入海中。根据以往建桥经验，工程师会在横风路段安装由一段段铁板组成的风屏障，帮助车辆抵御强风。
那么，风屏障能否抵御平潭海峡公铁两用大桥上的横风呢？
答案是否定的。平潭风力强度远远超过普通风屏障使用的区域，若在这里安装“风屏障”，不透风的铁板反而会增加大桥受风面积，如同在大桥上迎风撑起一把“伞”。强风来袭时，风力、海浪力、海水流水力三个横向力在不同高度侧推大桥，会给整个大桥带来安全威胁。
鉴于此，工程团队调整了风屏障的结构，将屏障表面设计成不同的弯曲造型，并在上面打孔。这样，3.5米高风屏障可减轻横风力度，保证车辆在10级大风中安全通行的同时，还改变了横风的通过方向，减小了大桥受力面积。
风口“夺”桥的另一个难题是：防腐。
早在设计阶段，平潭海峡公铁两用大桥的使用寿命就被定为100年。做好大桥后续保养工作，对大桥长久运行而言至关重要。通过测量计算，海坛海峡对金属的锈蚀速度是一年一毫米，远超其他海域。除了金属物件，海水和带有氯离子的空气还会腐蚀混凝土。一些护栏刚刚安装两年，就已被氯离子腐蚀得可徒手掰断，严重影响未来行车安全。
为此，工程团队研制了一种新的防腐蚀涂层，厚度只有80微米，可阻隔氯离子、防止金属构件生锈。为保证防腐蚀涂层不被破坏，现场所有起重吊装设备、施工小型机具都要使用软质材料，最大限度避免磕碰损坏。
团队还研究出新型混凝土配方：用大小匀称的碎石和细沙混合，保证混凝土强度，再加入水泥和矿粉填补空隙。这种特殊配比制成的混凝土有着超强的密实度，可为大桥提供一层厚实坚固的外壳，百年安全使用不再是一种空想。
此外，为避免强风或地震可能造成的桥梁大幅振动、损伤甚至垮塌，工程团队联合桥梁结构健康与安全国家重点实验室，为大桥研发了304套斜拉索临时减振器、24套塔梁阻尼器及304套斜拉索摆式杠杆阻尼器。它们就像减振抗震的“安全气囊”，最大限度吸收和消耗冲击载荷对大桥结构的冲击能量，大大缓解大桥结构受到的冲击和破坏。
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一桥架南北，天堑变通途
除了技术上的难关，大桥局的队员们还要与艰苦和孤独为伴。
大桥刚开工建设时，大家只能住在集装箱里。海上湿气极重，被子一攥能拧出水来；紫外线强度大，夏天出一次海就会被晒成“平潭红”。加上不通水电，出行、购买生活用品都需要用船运，居住条件极差。
从2013年大桥起建开始，总工程师樊立龙每年呆在施工现场的时间超过330天。每当与家人视频，他总会关心女儿的学习情况，以自己为例鼓励女儿：“我也在解决我的难题，希望我们能共同努力、共同进步。”
事实证明，一切付出和努力都是值得的！经过7年奋斗，2020年10月1日，平潭海峡公铁两用大桥公路段通车试运营；同年12月26日，铁路段通车运营，并正式入选“2020年度央企十大超级工程”。
工程团队优化创新施工方案，突破规范限制工序作业条件，成功打破世界三大“风口海峡”无法建桥的预言，创造了无法复制的中国奇迹，更为中国今后的建桥工程提供了重要经验。
*建立环境综合监测系统，实时监测桥址海域天气、海况。
由于国家和福建地方的天气海洋预报都无法精确到桥址，工程团队就利用风速仪、超声式波浪仪等，实时检测天气及海浪数据。收集到的数据会通过无线传输传到云检测中心的服务器，施工人员可通过手机app现场查询天气状况。
*“可视化仿真”bim技术，助力科学施工。
跨海公铁合建大桥的工序立体空间交叉，物资通道繁忙，施工组织极为复杂，极易发生窝工、停工问题。
而“可视化仿真”bim技术可建立起桥梁施工结构的可视化三维模型，仿真模拟上部结构施工中存在的空间碰撞和时间冲突，为科学预判、优化施工提供依据，确保上部结构施工安全、有序、高效。
*坚持自主创新，发挥产学研用合力。
平潭海峡公铁两用大桥建设期间，工程团队自主研制大型液压动力头钻机，可一次成孔5米直径钻孔桩，成功施作世界上桩径最大的桥梁工程桩；自主研制吊高110米、吊重3600吨的巨型浮吊船，采用简支钢桁梁全工厂化整孔全焊制造工艺，实现钢桁梁海上浮吊整孔架设，为工程安全、优质、高效建设提供重要技术支撑。
更重要的是，公铁两用大桥结束了平潭岛不通铁路的历史，进一步完善闽东北区域铁路网。
2020年12月26日，福平铁路正式开通运营，与合福高铁、杭深高铁、昌福铁路等连接，促成平潭、长乐与福州老城区的“半小时生活圈”，带动闽东北区域整体开放开发，也为海峡两岸的深入交流开辟了一条新的快速通道。
参考资料：
1.《讲述：建设者（三）·跨越深蓝》，cctv10科教频道，2016年5月2日；
2.《喜迎十九大特别报道——筑梦中国行跨越深蓝 中国首座公铁两用跨海大桥》，cctv4新闻频道，2017年9月30日；
3.《走近科学：跨越海峡》，cctv10科教频道，2019年5月27日；
4.《创新进行时——勇闯魔鬼风区（一）（二）（三）（四）》，cctv10科教频道，2020年1月；
5.梅新咏、徐伟、段雪炜、陈翔，《平潭海峡公铁两用大桥总体设计》，铁道标准设计2020年第1期；
6.马晓东，《平潭海峡公铁两用大桥总体施工方案》，桥梁建设2017年第2期；
7.崔丽，《中国首座跨海公铁两用桥——平潭大桥飞架风暴海域》，就业与保障2019年第20期；
8.《平潭海峡大桥修建的幕后故事：为了平潭人民的梦想》，台海网，2020年10月6日；
9.《中铁大桥局桥科院三大阻尼器为平潭海峡公铁两用大桥保驾护航》，微信公众号“中国中铁资讯”，2020年7月27日；
10.《世界最长跨海峡公铁两用大桥——平潭海峡公铁两用大桥开通运营》，微信公众号“中铁大桥局集团”，2020年12月26日；
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