平潭海峽公鐵兩用大橋

跨海大橋

平潭海峽公鐵大橋(Pingtan Straits Rail-cum-Road Bridge),是中國福建省福州市境內跨海通道。

平潭海峽公鐵大橋於2013年11月13日動工建設;於2019年9月25日完成全部橋樑合龍工程,大橋全線貫通;於2020年10月1日公路段通車試運營;於2020年12月26日鐵路段通車運營。

平潭海峽公鐵大橋線路北起松下收費站,上跨元洪航道、鼓嶼門水道、大小練島水道,南至蘇澳收費站;大橋線路全長16.323千米,跨海段長11.15千米,其中上層為雙向六車道高速公路,設計速度100千米/小時,下層為雙線鐵路,設計速度為200千米/小時;項目總投資額為147億人民幣。

2018年4月26日,平潭海峽公鐵大橋突破“建橋禁區”首個航道橋主塔封頂。2019年6月5日,福平鐵路平潭海峽公鐵兩用大橋元洪航道橋主橋正式合龍。7月17日,福平鐵路平潭海峽公鐵兩用大橋平潭段實現公路鐵路全部貫通。9月25日,福平鐵路平潭海峽公鐵兩用大橋全線貫通。2020年6月份高速公路段通車,預計2020年11月底,鐵路段通車。這座大橋是我國首座跨海公鐵兩用橋,也是世界上最長的跨海公鐵兩用大橋。

建築設計


平潭海峽公鐵兩用大橋於2013年11月動工建設,起於福建省長樂市松下鎮,經人嶼島、長嶼島、小練島大練島,從蘇澳鎮上平潭島,全長16.34公里。大橋下層設計為時速200公里的雙線I級鐵路,上層設計為時速100公里的雙向六車道高速公路。
平潭海峽公鐵兩用大橋
平潭海峽公鐵兩用大橋

建築結構

● 整體布局
平潭海峽公鐵大橋分別元洪航道橋、鼓嶼門水道橋、大小練水道橋、非通航孔橋、引橋、小練島鐵路路基組成;大橋線路呈西北至東南方向布置。
● 設計特點
結構特點
大橋組成部位特點概況
元洪航道橋總體元洪航道橋為雙塔鋼桁混合梁斜拉橋
主梁
①主梁採用代斜副桁的直桁截面,“N”形桁式,主桁上下桁桿均為箱型截面;腹桿採用箱型和H型截面。
②公路和鐵路橋面系再有拉索梁段均採用正交異性鋼橋面板結構;在邊跨無拉鎖區採用鋼桁結合梁結構。
橋塔上、下橫樑均採用預應力混凝土形結構。
斜拉索斜拉索採用空間雙面索,呈扇形布置,為平行鋼絲索。
橋墩
鼓嶼門水道橋總體鼓嶼門水道橋為雙塔鋼桁混合梁斜拉橋
主梁①主梁採用帶斜副桁的直桁截面,“N”形桁式;
橋塔
斜拉索斜拉索採用平行鋼絲索
橋墩
大小練島水道橋總體大小練島水道橋為雙塔鋼桁混合梁斜拉橋
主梁
①主梁採用帶斜副桁的直桁截面,“N”形桁式;主桁上下桿均為箱型截面;腹桿採用箱型和H型截面。
②公路和鐵路橋面系在有拉索梁段均採用正交異性鋼橋面板結構;在邊跨無拉索區採用鋼桁結合梁結構;公路橋面採用預製混凝土橋面板,鐵路採用正交異性鋼橋面板。
橋塔
①主塔採用“H”型混凝土結構,內設兩道橫樑,由下塔柱、下橫樑、中塔柱、上塔柱、上橫樑等部分組成。
②上、中塔柱及上橫樑採用單箱單室界面,下塔柱與下橫樑採用單箱雙室界面,塔座為實心台型結構,塔身採用C50混凝土。
斜拉塔身斜拉索採用平行鋼絲索,為空間雙面扇形布置;錨具採用冷鑄錨。
橋墩
①主塔承台均為圓端啞鈴形的低樁承台;橋墩採用門式橋墩。
②五米高程以下空心墩內填充素混凝土。
非通航孔橋為混凝土梁橋
引橋簡支鋼桁結合梁橋

設計參數

● 技術標準
技術標準
道路等級上層:高速公路;下層:Ⅰ級鐵路
車道設置上層:雙向六車道;下層:雙線
設計速度上層:100千米/小時;下層:200千米/小時
荷載標準上層:公路-Ⅰ級;下層:中—活載
牽引種類鐵路:電力
牽引質量鐵路:3000噸
曲線半徑鐵路:3500米(一般)、2800米(困難)
公路:700米(最小平曲線)、10000米(最小凸曲線)、4500米(最小凹曲線)
坡度係數鐵路:13‰(最大)
通航水位+4.62米(最高)
通航噸位元洪、大小練島水道橋:5萬噸級航道,鼓嶼門水道橋:5000噸
抗震等級VIII度設防
● 組成參數
平潭海峽公鐵大橋線路全長16.323千米,跨海段長11.15千米,
大橋組成部位相應參數
元洪航道橋總體全長1190.35米,採用(133.1+196+532+196+532+196+133.25)米的跨徑布置。
主梁
①主梁桁高13.5米,下弦桁寬15米,節間長度分別為14米及12米;主桁上弦桿內高1600毫米,內寬1200毫米;下弦桿內高1600毫米,內寬1200毫米。
②腹桿桿件內寬1200毫米,高900毫米。
橋塔
①塔高221.5米,塔柱縱向尺寸由塔頂9米按線性增加到塔底15米;上塔柱和中塔柱橫橋向尺寸塔底米,下塔柱橫向尺寸為6至10米。
②主塔塔柱樑高8米,寬12米,上橫樑高7米,寬9.5米。
斜拉索斜拉索樑上縱向間距14米,橫向間距35.6米;塔上豎向索距2.5米,橫向索距44米;斜拉索鋼絲索直徑7毫米,標準強度為1860兆帕。
橋墩
①主塔墩承台頂高程為16.5米,平面尺寸為(81.2×33.2)平方米,厚7.5米;承台混凝土總方梁為15214立方米
②輔助墩承台平面尺寸為(33.5×17.7)平方米,厚5.5米,橫敲向總寬24米,單柱橫向寬8米;橋墩順橋向寬寬1:30的放坡,墩頂順橋向寬6.5米。
③邊墩承台平頂頂寸為(33.5×17.7)平方米,厚5.5米,橋墩橫橋向總寬24米,單柱橫向寬8米;橋墩順橋西採用1:30的放坡,墩頂順橋向寬度6.5米。
鼓嶼門水道橋總體全長930.3米,採用(129.1+154+364+154+129.2)米跨徑布置。
主梁
①主梁桁高13.5米,下弦桁寬15米,節間長度分別為14米和12米;主桁上弦桿高1600毫米,內寬1200毫米;下弦桿內寬1600毫米,內寬1200毫米。
②腹桿桿件內寬1200毫米,高900毫米。
橋塔
①塔高180.5米,塔柱縱向尺寸由塔頂9米按線性增加到塔底11米;上塔柱和中塔柱橫敲向尺寸為5米,下塔柱橫向尺寸為5至10米。
②主塔下橫樑高8米,寬12米,上橫樑高7米,寬9.5米。
斜拉索斜拉索縱向間距為14米,橫向間距為35.6米;塔上豎向索距2.5米,橫向索距44米。鋼絲索直徑為7毫米,標準強度為1860兆帕。
橋墩
①主塔墩承台平面尺寸為(78.4×30.4)平方米,厚7.0米。
②輔助墩承台尺寸為(33.5×17.7)平方米,厚5.5米;橋墩橫敲向總寬24米,單柱橫向寬8米;橋墩順橋西採用1:30的放坡,墩頂順橋向寬度為6.5米。
③邊墩承台尺寸為(30.3×17.7)平方米,厚5.5米;橋墩橫敲向總寬24米,單柱橫向寬8米;橋墩順橋向採用1:30放坡,墩頂順橋向寬度為6.5米
大小練島水道橋總體全長778.25米,採用(81.1+140+336+140+81.15)米的跨徑布置。
主梁
①主梁桁高13.5米,下弦桁寬15米,節間長度分別為14米和12米兩種類型。
②主桁上弦桿內高1600毫米,內寬1200毫米,下弦桿內高1600毫米,內寬1200毫米。
③腹桿桿件內寬1200毫米,高900毫米。
橋塔
①塔高173.5米,塔柱縱向尺寸由塔頂9米按線性增加到塔底11米,上塔柱和中塔柱橫敲向尺寸為5米,下塔柱橫向尺寸為5至8米。
②主塔下橫樑高8米,寬12米,上橫樑高7米,寬9.5米。
斜拉索斜拉索樑上縱向間距為14米,橫向間距35.6米,塔上豎向索距2.5米,橫向索距44米。平行鋼絲索直徑為7毫米,標準強度為1860兆帕。
橋墩
①主塔墩承台平面尺寸為(77.7×29.6)平方米,厚7.0米。
②輔助墩承台平面尺寸為(33.5×17.7)平方米,厚5.5米;橋墩橫敲向總寬24米,單柱橫向寬8米;橋墩順橋向採用1:30的放坡,墩頂順橋向寬度6.5米米。
③邊墩承台尺寸為(30.3米米7.7)平方米,厚5.5米;橋墩橫敲向總寬24米,單柱橫向寬8米;橋墩順橋向採用1:30的放坡,墩頂順橋向寬度為6.5米,
非通航孔橋共計119孔,其中,46孔跨度為40.7米,73孔跨度為49.2米。
引橋共計34孔,其中,26孔跨度為80米,8孔跨度為88米。

橋樑位置


平潭海峽公鐵大橋位於海壇海峽北口,南距平潭海峽大橋約20千米,線路北起福州市長樂區松下收費站,上跨元洪航道、鼓嶼門水道、大小練島水道,途經人嶼島、長嶼島、小練島、大練島,南至平潭縣蘇澳收費站。途經該橋公路為長樂—平潭高速公路(國家高速G3),途經鐵路為福平鐵路。

運營情況


● 票價票制
2020年12月30日,平潭海峽公鐵大橋公路段實施收費制度,基本費率按小型車(一類客車)2.68元/車·千米計算,貨車及專項作業車基本費率按小型車(一類貨車)2.14元/車·千米計算。

建設背景


“平潭海峽公鐵兩用大橋”是我國目前施工難度最大的橋樑。該橋址所在的平潭海峽,為世界三大風口海域之一,具有風大、浪高、水深、流急等特點。據統計,每年6級以上大風超過300天,7級以上大風超過200天,最大浪高約9.69米,曾被稱為‘建橋禁區’。其建設條件遠比已建成的東海大橋杭州灣跨海大橋及港珠澳大橋惡劣,尤其是波流力的影響,是常規長江等內河橋樑的10倍以上,建造難度和風險更大。”
平潭海峽公鐵兩用大橋
平潭海峽公鐵兩用大橋

建設歷程


由於平潭海峽公鐵兩用大橋橋址區域惡劣的建設環境,鋼桁梁橋傳統的散件安裝方式已不能滿足要求,為降低施工安全風險,提高施工工效,工廠化、大型化、整孔架設安裝成為必然的選擇。為了將重達1350噸的鋼桁梁進行整孔吊裝,中鐵大橋局歷時3年、耗資3.4個億打造了“建橋利器”——“大橋海鷗號”自航雙臂架變幅式起重船。這一“建橋利器”起重能力達3600噸(相當於2400輛小轎車的重量),主鉤起升高度達110米(相當於39層樓高),是國內起重量最大、起升高度最高的雙臂架起重船。據悉,此次鋼桁梁整孔吊裝在國內尚屬首例,為大橋後續33孔簡支鋼桁梁(分80米、88米兩種)架設提供了重要施工技術參數,也為全橋上部結構施工的穩步推進奠定了堅實基礎。
2013年5月23日,平潭海峽公鐵大橋初步設計獲得中國鐵路總公司和福建省政府聯合批複,並展示相關設計內容;8月27日,平潭海峽公鐵大橋召開勘察大綱(修編)及工程地質勘察資料驗收會,大橋通過專家組驗收工作;11月13日,平潭海峽公鐵大橋動工建設。
平潭海峽公鐵兩用大橋
平潭海峽公鐵兩用大橋
2014年1月7日,福建省發展和改革委員會發布《關於福州至平潭鐵路平潭海峽大橋橋區航道工程項目建議書暨可行性研究報告的復函》,並展示相關內容;6月1日,平潭海峽公鐵大橋完成平潭海峽人嶼島的首樁灌注工作;7月13日,平潭海峽公鐵大橋完成在海中首根鑽孔樁灌注工作;9月25日,平潭海峽公鐵大橋的測量定位系統建設實施方案通過專家評審工作。
2015年3月15日,平潭海峽公鐵大橋進行大小練島水道橋S04號主橋墩的開鑽工作;6月20日,平潭海峽公鐵大橋進行鼓嶼門水道Z05墩補充定測鑽探工作;8月3日,平潭海峽公鐵大橋進行元洪航道橋主塔墩鑽孔樁建設工作。
2016年12月19日,平潭海峽公鐵大橋完成鼓嶼門航道的主塔墩圍堰工作。
2017年3月23日,平潭海峽公鐵大橋完成主墩連續剛構0號段澆築工作;6月26日,平潭海峽公鐵大橋進行鼓嶼門水道橋Z04號墩主塔下橫樑澆築工作;8月22日,平潭海峽公鐵大橋完成首孔簡支鋼桁梁架設工作;11月8日,平潭海峽公鐵大橋完成全橋樁基建設工作。
2018年6月20日,平潭海峽公鐵大橋完成鼓嶼門水道橋左幅橋塔的封頂工作;10月3日,平潭海峽公鐵大橋完成下層混凝土結構鐵路梁貫通工程;12月28日,平潭海峽公鐵大橋完成大小練航道橋鋼桁梁合龍工程。
2019年6月5日,1100噸架梁起重機將一塊452.1噸重的鋼桁梁架設在指定位置,世界最大跨度跨海峽公鐵兩用斜拉橋——福平鐵路平潭海峽公鐵兩用大橋元洪航道橋主橋正式合龍。
平潭海峽公鐵大橋是福州至平潭鐵路控制性工程,也是“十三五”規劃中北京至台灣高鐵的先期工程。按計劃,大橋靜載試驗於2020年8月27日完成,9月初將完成靜態驗收。大橋精調施工將在9月15日前完成,計劃9月中旬進行聯調聯試。
2020年10月1日,平潭海峽公鐵兩用大橋公路面試通車,這是我國首座跨海公鐵兩用橋、世界最長跨海峽公鐵兩用大橋,大橋由中國中鐵大橋院設計、中國中鐵大橋局承建。
2020年12月,一列列動車組正在平潭海峽公鐵大橋上試運行。
平潭海峽公鐵兩用大橋
平潭海峽公鐵兩用大橋
2020年12月26日,中國首座公鐵兩用跨海大橋——平潭海峽公鐵大橋開通運營,福州至平潭最快35分鐘可達。該大橋所處位置為世界三大風口之一,工程技術挑戰、施工風險都遠超國內其他跨海灣橋樑。

建設投資


資料顯示,這座大橋總投入120億,先後需要投入30萬噸鋼鐵、266萬噸水泥。這些材料,足以建造8座迪拜塔

功能定位


平潭海峽公鐵兩用大橋是新建福州至平潭鐵路、長樂至平潭高速公路的關鍵性控制工程。建成后,將大大縮短福州至平潭的時空距離,屆時福州與平潭將形成半小時“經濟生活圈”。同時大橋的建設,也將為今後同類型橋樑施工提供可靠的經驗借鑒。
平潭海峽公鐵兩用大橋
平潭海峽公鐵兩用大橋

建設成果


技術難題
● 建設難題
平潭海峽公鐵大橋在施工過程中所遇的難點及特點為:
1、大橋所處海域風大、水深、浪高、航道多、流速大、沖刷嚴重、潮汐明顯。
2、大橋所處地貌有海岸線、淺水區、近島段、深水區等,大橋北島嶼分割成四片水域,途經三個主航道,頻繁往來的船隻對施工影響大。
3、工程量巨大,全橋混凝土量約(132.93×10)立方米,鋼筋重約(15.43×10)噸,鋼桁梁重約(13.89×10)噸噸噸
4、由於施工周期長,棧橋、墩位平台及鋼圍堰等所用的大量臨時鋼結構會遇到各種腐蝕(如大氣腐蝕、潮位變動區及浪濺區腐蝕、裂縫腐蝕等),鋼構件應在車間內、按設計要求完成塗裝。
● 施工技術
平潭海峽公鐵大橋採用主要的施工技術為:
1、針對風大、浪高、水深、流急、潮差大急地址條件複雜等工程特點,對期間的風浪進行監測及預報,以指導施工。
2、基礎採用“先平台後圍堰”的方案施工,採取了長棧橋、鑽孔平台及超大直徑鑽孔樁等施工技術,橋塔墩承台採用啞鈴形防撞箱圍堰施工。
3、橋塔採用全封閉液壓爬模施工,採取了全封閉防風液壓爬模抗風、1100千牛/米的塔吊及塔吊附牆抗風、空間桁架橫撐等施工技術。
4、通航孔橋鋼桁梁採用整階段全焊接製造、拼裝,利用架梁吊機或3600噸浮吊整節段海上架設。
5、混凝土箱梁採用海上造橋機和現澆支架施工。
6、簡支鋼桁梁採用工廠整孔製造船運至現場后利用3600噸浮吊整孔吊裝。
● 技術創新
平潭海峽公鐵大橋開展科技攻關和專項技術研究,其技術創新主要為:
1、優化創新施工方案。鐵路節段梁提運架方案變更,一次實現兩孔同步架設。同時變海上運輸為台後直接運樑上橋模式,此外移動模架、高墩支架、塔吊作業、鋼板樁圍堰、掛籃施工、孤島物資管理等各個方面均進行了有效的方案優化。
2、“雙孔連做”節段拼裝造橋技術。為適應大風環境,減少海上、高空作業風險,採用中國國內首創雙孔連做節段拼裝造橋機,節段從台後上橋進行節段梁施工,避免了節段梁海運,該方案一次過孔可同時架設兩孔梁,減少過孔次數,降低了安全隱患;與原施工工期相比提前6個月完成架設,提高了施工工效,為中國國內雙孔連做造橋機施工技術拉開序幕。
3、“可視化模擬”BIM技術。大橋為跨海公鐵合建,工序立體空間交叉,干擾大,物資通道繁忙,施工組織極為複雜,易發生窩工、停工問題。利用“可視化模擬”BIM技術,建立起橋樑施工結構的可視化三維模型,模擬模擬上部結構施工中存在的空間上的碰撞、時間上的衝突、環境因素的影響等, 為科學預判及優化施工組織提供依據,確保上部結構施工組織安全、有序、高效。
4、突破規範限制工序作業條件。在有效施工天數不足120天的施工環境中,施工結構和設備抗颱風設計,突破規範限制6級風停止工序作業的難題,對其重新界定,總原則為:掛籃走行、鋼吊箱下放、吊裝、造橋機及移動模架過孔作業風力小於7級;其它工序作業風力小於8級;大於9級風停止一切作業。
5、海上掛籃群。平潭海峽公鐵跨海大橋為我國橋樑懸臂掛籃施工數量之最,被稱為海上掛籃群。全橋連續梁施工共有103個T構,海上高峰期投入掛籃總數高達38套,選擇了受大風影響小的三角掛籃,提高掛籃系統的穩定性,降低風荷載抖振。歷時725天完成68個零號段,952個塊段。
6、萬噸高墩支架。針對處於大練島上的山凹之間,形成的“穿堂風”的影響,在大練島施工現場不同高度設置風速儀,實時監測不同高度風力,並對高墩公路梁現澆支架進行縮尺模型風洞試驗—固定模型天平測力邊界層風洞試驗研究,通過試驗對比,指導結構設計和現場施工。

文化特色


● 《講述》
2016年5月2日,《建設者——跨越深藍》播出,共40分鐘,分三個篇章講述了平潭海峽公鐵大橋的建設過程。
● 《我和我的祖國》
2017年10月5日,央視國慶特別節目《我和我的祖國》走進平潭海峽公鐵大橋,節目以“海上飛虹·平潭公鐵大橋”為主題,帶領觀眾領略大橋魅力。
● 《樂游天下
2017年11月5日,央視音樂頻道《樂游天下》欄目組特別企劃“為祖國點贊”系列節目播出第三集以“平潭飛虹濟滄海”為主題,介紹平潭海峽公鐵大橋;節目時長近半小時,圍繞大橋的建設,講述工程背後和基層工地建設者的故事。
● 《我和我的祖國》
2019年9月22日,中央電視台國慶特別節目《我和我的祖國 海上飛虹·平潭公鐵大橋》在平潭海峽公鐵大橋工地現場錄製,與施工建築人員共唱出心聲,講述建橋工人的感人故事。

價值意義


平潭海峽公鐵大橋是中國第一座真正意義上的公鐵兩用跨海大橋,是連接福州城區和平潭綜合實驗區的快速通道,遠期規劃可延長到台灣,對促進兩岸經貿合作和文化交流等具有重要意義;大橋建成后,從武漢坐動車至平潭最快6個多小時,節省10多個小時。(中鐵大橋勘測設計院集團有限公司 評)
平潭海峽公鐵大橋是一項超級工程,它是中國首座公路鐵路兩用跨海大橋,將是中國建造橋樑的又一個“第一”,也將實現平潭鐵路零的突破。(《福州日報》 評)
平潭海峽公鐵大橋的建設,將使平潭打通北通道,形成新的海陸空交通優勢。(平潭綜合實驗區鐵路建設辦公室主任丁玉仁 評)
平潭海峽公鐵大橋建成對促進平潭對外交流合作及經貿往來,加快平潭綜合實驗區的建設,推動閩台便利往來和加快“一帶一路”建設具有重要意義,是推動閩台往來便利、通往台灣重要通道的遠景規劃。(中國鐵建股份有限公司 評)
平潭海峽公鐵兩用大橋
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