质量管理经验交流《施工关键技术与质量控制》

中铁大桥局集团有限公司 1/63平潭海峡公铁两用大桥施工关键技术与质量控制中铁大桥局集团有限公司

王东辉2023年11月·广东广州C010203目录0405中铁大桥局集团有限公司2/631

工

程

概

况中铁大桥局集团有限公司 3/631.1

项目简介福平铁路是合福铁路的延伸，是京台高速的先期工程，线路全长88.433km。平潭海峡公铁大桥是福州至平潭铁路的控制性工程，为国内首座公铁两用跨海峡大桥。合福高铁项目所在地京台高速中铁大桥局集团有限公司4/6321.1项目简介

大桥全长16.34km，总投资147亿，于2013年11月1日开工，预计2019年10月底完成土建施工。

其中松下岸至大练岛段由中铁大桥局承建，全长11.15km

。中标价88亿。松下大练岛平潭岛中铁大桥局集团有限公司5/631.1

项目简介

设计标准铁路线路等级：I

级铁路，双线设计速度：200km/h公路道路等级：高速公路车道数：双向六车道设计速度：100

km/h中铁大桥局集团有限公司 6/6331.1

项目简介

桥式布置通航孔桥：大桥共跨越三条航道（元洪航道、鼓屿门水道、大小练岛水道），采用钢桁混合梁斜拉桥结构。深水高墩区：跨度80（88）m简支钢桁组合梁；浅水及陆地高墩区：跨度48m预应力混凝土梁；岛上低墩区：跨度40m预应力混凝土梁。中铁大桥局集团有限公司 7/63桥梁类型桥跨布置（m）塔高通航等级桥梁结构型式元洪航道桥132+196+532+196+132200m满足5万吨级航道单孔双向通航钢桁混合梁斜拉桥鼓屿门水道桥128+154+364+154+128158m满足5000吨级航道单孔双向通航大小练岛水道桥80+140+336+140+80152m满足5万吨级航道单孔单向通航1.1

项目简介

桥式布置中铁大桥局集团有限公司8/6341.2

主体结构设计

桥梁基础福

州 平

潭人屿岛 长屿岛 小练岛 大练岛全桥共169个桥墩，海中墩130个（占总墩数77%）,主要采用桩基础，钻孔桩总数为1895根，其中φ4.9m桩50根，φ4.4m桩144根，φ3.0m桩418根，φ2.2m桩257根，φ2.0m桩954根，φ1.5m桩72根。中铁大桥局集团有限公司 9/63中铁大桥局集团有限公司10/63

桥梁上部结构

钢桁梁桥斜拉桥钢桁梁为“N”型桁架，正交异性板桥面，两个节间整体焊接结构；88（80）m简支钢桁梁为混凝土桥面板组合结构，整孔全焊结构。1.2

主体结构设计5中铁大桥局集团有限公司11/63

桥梁上部结构

混凝土箱梁桥铁路预应力混凝土箱梁为简支结构，跨度为40m及48m，公路预应力混凝土箱梁为连续梁结构，3

～5孔一联，双幅布置。1.2

主体结构设计项目主要特点

和难点 中铁大桥局集团有限公司 12/636中铁大桥局集团有限公司13/63

风大工程区域为典型的海洋性季风气候，风向季节性变化明显，大风天气主要集中在10月～次年3月，占全年的50％左右。气象参数项目≥6级大风天数314≥7级大风天数210≥8级大风天数115≥9级大风天数58≥10级大风天数7～8基本风速υ1044.8m／s年平均风速9m／s台风年平均6～7次2.

项目主要特点及难点C22.

项目主要特点及难点

台风影响频繁项目在2014年~2019年期间共经历33次台风，其中2015年的13

号超强台风“

苏迪罗”

在桥址处正面登陆风力达14

级（41.5

～46.1m/s），对桥址影响巨大；2017年9号（纳沙）、10号（海棠）双台风在桥址附近登陆，最大风力达13级。2014年～2019年台风影响统计表序号 年份 台风 直接影响天 间接影响 小计次数 数 天数1 2014 6 30 26 562 2015 7 40 24 643 2016 7 30 25 554 2017 5 5 8 135 2018 4 12 21 336 2019 4 13 25 38合计 259中铁大桥局集团有限公司 14/637幻灯片

13C2 “大风日数主要集中在”改为“大风主要集中在”China,

2018/7/122.

项目主要特点及难点

水文条件恶劣最大浪高9.69m。最大施工水深45m。最大流速3.09m/s。最大潮差7.09m。成人中铁大桥局集团有限公司 15/632.

项目主要特点及难点

地质条件复杂桥址岛屿多、海床起伏、覆盖层浅薄、岩面倾斜、裸露；施工区域海床起伏大（单墩最大高差27m）、岩面倾斜裸露（光板岩区段长达7km，占61%）、岩石强度高、存在大量直径较大的球形风化残留体（孤石）等复杂地质，导致栈桥、平台建立困难，钢护筒插打、钻孔桩施工难度大。中铁大桥局集团有限公司 16/632.

项目主要特点及难点

有效作业时间短上述特点导致有效作业时间短，开工以来现场统计的大风天数远高于历年气象统计资料。极端恶劣的水文气象条件，造成有效作业时间短，开工以来，现场统计的大风天数远高于历年气象统计资料根据现场实际统计，2014年1月～2019年12月（2190天）中可施工天数747天，仅占总天数的34.1%，且季风期连续可作业施工时间仅3～5天。中铁大桥局集团有限公司 17/63，2.

项目主要特点及难点

预算不足平潭桥所处海域复杂，有效作业时间短，在施工预算和工期方面与国内、外其它大桥相比均未充分体现其特点。本桥全长11.15km，中标合同价仅14.08亿美元（88亿人民币），每公里造价仅1.26亿美金。相比之下，日本明石海峡大桥全长3.91km大桥总投资40亿美元，每公里造价约10.2亿美金。中铁大桥局集团有限公司 18/632.

项目主要特点及难点

大型吊装数量多现场整体吊装施工，大型吊装施工量大，200t以上吊装共计607次，其中1000t以上吊装共计127次，3000t以上共计8次。在复杂的海洋环境中进行如此频繁的大型吊装作业，难度高、安全风险大。中铁大桥局集团有限公司 19/63总体施工方案中铁大桥局集团有限公司 20/63103.1

总体施工方案由于国内首次修建跨海峡公铁两用大桥，尚无有效经验可循；海峡大桥不同于以往建设的海湾桥，其建设所面临的风大、浪高、涌激、强台风、复杂地质等恶劣条件，给大桥施工带来了巨大挑战和超高风险。本桥为国内在跨海峡桥梁领域的首次尝试，无论是环境的恶劣程度，还是所面临的技术挑战和施工风险都远超国内已建成或在建的其他跨海湾桥梁。大桥施工总体思路：结合海况自然条件和主体结构特点，以工厂化技术为指导、信息化技术为保障，化部分海上施工为半陆地施工，化高空作业为地面作业，化强风为弱风，化强浪涌集中受力为分散多点抵抗，从而降低海洋环境施工作业风险，保证工程施工质量。中铁大桥局集团有限公司 21/63中铁大桥局集团有限公司 22/633.1

总体施工方案施工总体方案：大桥水中基础采用栈桥+施工平台方案，将岛屿和海上平台作为生产和生活基地，分别修建栈桥连通至各墩位，降低安全风险，减少浪、涌对施工作业的影响。施工总体布置图113.1

总体施工方案基础施工：先搭建平台施工钻孔桩，再采用钢围堰施工承台。主塔施工：全封闭液压爬模施工。墩身施工：翻模法分节施工。斜拉桥钢梁施工：大节段（两个节间）工厂制造，梁面架梁吊机整体吊装或采用3600t浮吊整孔吊装。80m（88m）简支钢桁梁：工厂整孔制造、船运至现场、3600t浮吊整孔吊装。混凝土箱梁施工：移动模架和现浇支架施工。中铁大桥局集团有限公司 23/63关键技术与

质量控制 中铁大桥局集团有限公司 24/63124.1

四新技术保质量平潭海峡公铁两用大桥是我国第一座跨海峡公铁两用大桥，技术含量高、施工难度大，平潭海峡是世界上著名的三大风暴海域之一，大桥建设突破了建桥禁区，主要有以下创新点：(1)平潭海峡公铁两用大桥全长16.34km，是世界上最长的跨海峡公铁两用大桥，其中主跨532m的元洪航道桥是世界上最大跨度的跨海峡公铁两用斜拉桥。(2)平潭海峡公铁两用大桥航道桥基础采用直径4.9m、4.4m钻孔桩，是迄今为止世界上建成桩径最大的桥梁工程桩。自主研制了KTY5000型液压动力头钻机，最大可一次成孔5.0m直径钻孔桩。中铁大桥局集团有限公司 25/63中铁大桥局集团有限公司26/634.1

四新技术保质量(3)航道桥主墩基础围堰需承受2000多吨波流力，是目前国内基础施工围堰承受波流力最大的结构。利用主体防撞箱作为承台施工期间的钢围堰，永临结合，是在复杂海域大型深水基础施工第一次采用。(4)主航道斜拉桥的主梁采用两节间全焊结构、整节段安装方案，非通航孔桥80米、88米简支钢桁梁桥采用整孔全焊、整孔架设方案，均为国内首次采用。为此专门研制了国内浮吊主钩最高，吊高110m，副钩吊高130m，吊重3600t的大型浮吊，采用浮吊整孔架设80、88m简支钢梁和斜拉桥墩顶钢桁梁。(5)首次在复杂海域系统性地全面开展风浪流监测技术，全天候科学有效地指导大桥施工。C413幻灯片

26C4 “是国内钢桁梁桥主梁制造、架设技术的第一次应用。”建议改为“均为国内首次采用”China,

2018/7/124.1

四新技术保质量(6)为确保主塔在大风环境下的施工安全及14级台风作用下主塔施工结构安全，创造性地设计了全封闭抗风液压爬模，同时对高塔施工塔吊进行特殊选型及加强设计。(7)针对特殊的海洋环境，探索并制订了《复杂海域桥梁基础施工规范及验收标准》、《复杂海域环境施工工序作业条件》，将年可作业时间由50多天提高到实际有效作业时间120天左右。(8)平潭海峡公铁两用大桥是世界上第一次在复杂风浪涌环境下建设海峡大桥，建成后将满足海上桥面十级大风（陆地八级风运营）环境下大桥安全运营（桥梁运营不低于两岸陆地运营条件）。中铁大桥局集团有限公司 27/634.2施工创新技术施工创新技术主要有以下6方面：复杂海域栈桥施工技术大直径钻孔桩施工技术强浪涌海洋环境围堰施工技术海洋大风环境下主塔施工技术斜拉桥钢桁梁大节段架设技术80（88）m简支钢桁梁整孔制造架设技术中铁大桥局集团有限公司 28/634.2施工创新技术一、复杂海域栈桥施工技术（1）全长7.559km，设计使用年限：6年；（2）汽车荷载：公路I级，限速

10km/h，不计冲击荷载；（3）重型荷载：100t履带吊机；（4）台风（44.8m/s，相当于14级台风）、波浪力、水流力作用下栈桥主体结构不破坏。中铁大桥局集团有限公司 29/63 294.2施工创新技术一、复杂海域栈桥施工技术施工海域最大水深达45m，海床无覆盖层，光板岩或浅覆盖层区段长达7km，近岛段存在大量直径较大、强度高的球形风化残留体（孤石），单桩波流力达到600kN，插打后单桩不能自稳，桩间连接施工可操作性低。导管架辅助建立钻孔平台方案将桩间连接工作在陆地上完成形成架体，在墩位通过支撑桩固定架体及架体间连接形成钻孔平台，保证工程质量，提高作业效率，降低施工风险。中铁大桥局集团有限公司 30/634.2施工创新技术一、复杂海域栈桥施工技术导管架在工厂制造成型，船运至现场整体下放。中铁大桥局集团有限公司 31/634.2施工创新技术一、复杂海域栈桥施工技术导管架下放到位后，插打支撑桩，并将重量转换至支撑桩。中铁大桥局集团有限公司 32/63 3233/444.2施工创新技术一、复杂海域栈桥施工技术A 抗风浪能力大B 深水区梁部跨度大C 重度腐蚀海域防腐能力强D 标准化、模块化程度高中铁大桥局集团有限公司 33/634.2施工创新技术二、大直径钻孔桩施工技术本桥斜拉桥钻孔桩基础采用直径φ4.9m共50根、φ4.4m共144根，且桩基混凝土标号为水下C45，均为国内外桥梁工程桩首次应用。钻孔桩直径大、数量多、工程量大，为保证本桥大直径钻孔桩顺利实施，需在钻孔设备、钻孔工艺、 钢护筒剥开后桩身护筒插打、水下C45混凝土配合比及水下混凝土灌注等方面进行研究及试桩工作。中铁大桥局集团有限公司 34/634.2施工创新技术二、大直径钻孔桩施工技术本桥φ4.9m及φ4.4m钻孔桩分别采用的φ4.9m及φ4.4m钢护筒，单桩护筒重量在160t～310t范围，最大长度达70m。考虑海洋环境风大、浪高、水深、流急和潮位变化大的影响，护筒安装具有以下特点：钢护筒在工厂一次性加工制造成型，现场不接长，保证制造质量，满足深水区护筒一次着床；护筒吊装采用两条浮吊抬吊竖立，防止长护筒吊装弯曲变形；在护筒上下端各4.5m长范围壁厚加厚到50mm，防止卷口变形；设置多层导向，克服波流影响，保证护筒垂直度，在倾斜的岩面和风化孤石层中一次难以将护筒下沉到稳定地层。中铁大桥局集团有限公司 35/634.2施工创新技术二、大直径钻孔桩施工技术

钢护筒吊装下放施工中铁大桥局集团有限公司 36/63 36项目一般施工环境钢护筒允许偏差复杂海域环境下钢护筒允许偏差平面允许偏差50mm150mm（Φ≥4.0m）钢护筒倾斜度1/1001/100（Φ≥4.0m）4.2施工创新技术二、大直径钻孔桩施工技术因施工海域波浪力、地质条件对钢护筒的作用力较大，影响钢护筒定位进度，根据《平潭海峡公铁两用大桥基础施工技术规范及验收标准》规定，平潭桥与一般施工环境钢护筒允许偏差有较大区别。中铁大桥局集团有限公司 37/63项目单位参数值钻孔直径岩层(σc≤120Mpa)mφ3.6～φ5.0岩层(σc≤200Mpa)mφ3.6～φ4.5最大钻孔深度m100最大施钻扭矩kN·m450动力头提升能力kN3000总功率kw3564.2施工创新技术二、大直径钻孔桩施工技术

自主研发KTY5000/4000液压动力头全回转钻机，分别用于4.9米和4.4米桩钻孔施工。其中KTY5000最大可进行直径5.0m、深110m钻孔桩施工。KTY5000型钻机主要技术参数中铁大桥局集团有限公司 38/63 38墩号10a波浪力波高（m）波浪力(kN)N03、N04#墩5.4421141Z03、Z04#墩4.17208334.2施工创新技术三、强浪涌海洋环境围堰施工技术大桥桥位处浪高涌激，与常规内河围堰相比，所承受的波浪力是内河水流力的10倍以上，需重点解决围堰施工中的巨大水平力，同时需解决大潮差给围堰施工带来的难题。中铁大桥局集团有限公司 39/634.2施工创新技术三、强浪涌海洋环境围堰施工技术三座斜拉桥主塔墩均采用圆端哑铃型承台，承台围堰施工采用“永、临”结合，防撞箱在施工期间作为钢围堰，承台施工完成后防撞箱保留为永久结构，围堰最大重量达3993t

。中铁大桥局集团有限公司 40/63204.2施工创新技术三、强浪涌海洋环境围堰施工技术

围堰采用工厂整体制造、现场整体吊装施工，单吊最大吊重为1881t。中铁大桥局集团有限公司 41/634.2施工创新技术三、强浪涌海洋环境围堰施工技术防撞箱围堰施工技术特点：承台围堰施工承受的波浪力，为常规内河桥梁十倍以上。围堰采用永、临结合的设计方式，使主体设计与施工有效结合哑铃型承台系梁施工采用桁架支承体系，结合分块、部分无封底和独立分区抽水工艺，解决了无支撑桩大跨度系梁施工难题。通过数控多点同步连续千斤顶下放系统，实现了大型承台围堰海上整体一次性快速下放施工。中铁大桥局集团有限公司 42/63214.2施工创新技术四、海洋大风环境下主塔施工技术总体施工方案：主塔塔柱采用液压自动爬

模施工，标准节段高6m。下横梁采用钢管支架施工，与塔柱采取异步施工。上横梁采用钢牛腿+支架

施工，即非落地支架法，与塔柱采用异步施工。上横梁

下横梁

上塔柱中塔柱下塔柱中铁大桥局集团有限公司43/634.2施工创新技术四、海洋大风环境下主塔施工技术抗风设计标准：拼装、爬升、拆除：≤7级风。正常工作状态：

≤8级风极限非工作状态：按14级强台风设防中铁大桥局集团有限公司 44/63224.2施工创新技术四、海洋大风环境下主塔施工技术模板架体采用固定支架，增强了爬模抗风稳定性。主架体部分采用了较高等级的S355钢材。较常规爬模使用了更多的斜撑及斜拉杆件用于增强系统的抗风能力和桁架结 平潭桥爬模构稳定性。中铁大桥局集团有限公司 45/634.2施工创新技术传统爬模 平潭桥爬模

同时爬模增设了全封闭钢板防风网结构（孔隙率50%），有效改善作业环境，同时可减小大风对塔身混凝土养护的不利影响。中铁大桥局集团有限公司 46/63234.2施工创新技术四、海洋大风环境下主塔施工技术

在暴风状态下通过刚性连接将主架体连接至模板（背肋）上，并将模板通过对拉螺杆

红色钢管连接固定于已经浇筑完成的墙体位置为当暴风来上（或结构刚性构件上），

临前现场需采取大部分风荷载的水平力传递的临时加固措施给了桥塔结构。中铁大桥局集团有限公司 47/634.2施工创新技术五、斜拉桥钢桁梁大节段架设技术

斜拉桥主梁为带副桁的板桁结合钢桁梁结构，桁架为N形桁架。

首次采用两节间整节段全焊结构，整体节点及杆件焊接连接，桁段之间杆件高栓连接、钢桥面板焊接连接。焊接 高栓连接

节间长度为14m和12m，桁段最大长度28m，单个桁段最大设计重量为1250t。12m 14m中铁大桥局集团有限公司 48/63244.2施工创新技术五、斜拉桥钢桁梁大节段架设技术总体施工方案：

斜拉桥钢桁梁墩顶节段、鼓屿门水道桥和大小练水道桥边跨和辅助跨均采用浮吊整体架设。中铁大桥局集团有限公司 49/634.2施工创新技术五、斜拉桥钢桁梁大节段架设技术总体施工方案：

元洪航道主跨、边跨，鼓屿门水道桥和大小练岛水道桥中跨节段均采用1100t架梁吊机悬臂架设。中铁大桥局集团有限公司 50/63254.2施工创新技术五、斜拉桥钢桁梁大节段架设技术浮吊整体架设，最大吊重3400t中铁大桥局集团有限公司 51/634.2施工创新技术六、80（88）m简支钢桁梁整孔制造架设技术深水区非通航孔桥采用80（88）m简支双层组合钢桁梁桥，采用整孔全焊钢桁梁结构——国内首次采用。主桁采用华伦式桁架，桁高13.5m，主桁中心间距14m，单孔梁包含8个节间。中铁大桥局集团有限公司 52/63264.2施工创新技术六、80（88）m简支钢桁梁整孔制造架设技术

总体制造流程：杆件制造→桁片制造→

主桁及横梁节段总拼→

主桁上弦预压→副桁、纵梁总拼中铁大桥局集团有限公司 53/634.2施工创新技术主桁定位组装 横梁定位组装副桁、斜杆组装 运梁台车转运整体转运至张拉台座整体吊装上船中铁大桥局集团有限公司54/63 54274.2施工创新技术六、80（88）m简支钢桁梁整孔制造架设技术80（88）m简支钢桁梁在厂内整孔全焊制造完成后，整孔运输至桥位现场，利用3600t大型浮吊进行整孔吊装架设。中铁大桥局集团有限公司 55/63中铁大桥局集团有限公司56/63七、风、浪、流监测：主塔风环境监测站布置在6个斜拉桥主塔墩位置，分为塔吊顶监测站和竖向分布监测站两种类型，具体布置方式如下：塔吊顶监测站：元洪航道、鼓屿门航道和大小练岛航道共计6个斜拉桥主塔，每个主塔塔吊顶部布置一个监测点，随塔吊同步升高，共计6个测点；竖向分布监测点：元洪航道N04主塔，鼓屿门航道Z04，大小练岛S04主塔除