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橋梁工程師,談論台灣海峽的橋梁方案

2024-07-19科技

余光中先生寫道: 鄉愁是一彎淺淺的海峽,我在這頭,大陸在那頭。那一道彎彎的海峽, 導致許多家庭的親人被海峽兩岸分開,這一分離,有的長達數十年,有的終生再也不能相見。作為橋梁工程師,我們畢生的願望:一橋飛架南北,天塹變通途。對於台灣海峽,修橋的使命已經寫入【 國家公路網規劃】, 2022年公布的【國家公路網規劃】,要在2035年前修建北京至台北的高速公路。

【國家公路網規劃】2035年前修建北京至台北高速

國家高速公路網布局圖福州至台北

1、橋梁選址

福建到台灣的海峽北窄南寬,橋梁在海裏修建由於涉及深水施工難度極大,同時橋梁越長造價越高,工期也越長,所以肯定是橋梁越短越好。如果海峽中間有島嶼,那是最好不過的,橋梁可以作為落腳點,大大減少橋梁修建難度。也可以向島嶼兩個方向修建以減少工期。根據台海實際情況筆者提出了以下三個方案,定義為 北線方案、中線方案、南線方案。

北線、中線、南線方案

(1)北線方案

從福建平潭縣出發修建橋梁至牛山島,橋梁長度8.2公裏;從牛山島修建橋梁出發至台灣新竹縣北部,橋梁長度119公裏; 北線方案橋梁總長度127.2公裏。 平潭縣至牛山島橋梁僅僅8.2公裏且靠近大陸骨架,修建難度不大 ,橋梁施工難度最大的長度為119公裏。

北線方案

(2)中線方案

從福建莆田市平海鎮出發修建橋梁至鸕鶿島,橋梁長度10.6公裏;從鸕鶿島修建橋梁出發至烏丘嶼,橋梁長度19.4公裏;從烏丘嶼修建橋梁出發至台灣台中市,橋梁長度130.5公裏; 中線方案橋梁總長度160.5公裏 。橋梁被分成三段,每一段都超過了10公裏, 橋梁施工難度最大的長度為130.5公裏

中線方案

(3)南線方案

從漳州市港尾鎮出發修建橋梁至東椗島,橋梁長度16.4公裏;從東椗島修建橋梁出發至澎湖縣,橋梁長度162公裏;從澎湖列縣出發修建橋梁至台灣嘉義縣,橋梁長度51公裏; 南線方案橋梁總長度229.4公裏。 橋梁被分成三段,每一段都超過了15公裏, 橋梁施工難度最大的長度為162公裏,同時澎湖縣至台灣的橋梁長度也達到了51公裏。

南線方案

2、北線方案、中線方案、南線方案比選

(1)長度

北線方案長度短,為最優秀方案,全橋長度127.2公裏,橋梁施工難度最大的長度為119公裏。 就長度而言,選北線方案。

(2)施工水深

中國橋梁深水基礎技術從20世紀50年代開始,發展至今已進入了國際水平。深水基礎的施工,直接受到深水環境的影響,並且隨著水深的增加,未知及可變的技術因素也相應增加,其施工技術的難度也急劇增加。目前國內30公尺水深施工橋梁基礎經驗很成熟,國內已經成功施工了 最大水深達70余米的深水基礎,100公尺水深暫無先例。

北線方案水深60-70公尺,深水施工剛好能滿足條件;中線方案同北線方案;南線方案跨越澎湖列島後進入澎湖水道,水深達到了160公尺,橋梁深水施工技術難度大且無先例。就水深而言, 選北線方案和中線方案。

台灣海峽海底地形圖

(3)水文

海流速度不大,最高時不足2公尺每秒。潮汐在中部最大,潮差以台中港附近最大 4.6公尺,向南北兩口逐漸變小,北線方案和南線方案潮差僅0.4—0.6公尺。 就水文而言,北線和南線最佳

(4)風速

百年一遇風速,北線新竹縣39.4公尺每秒;中線台中市38.5公尺每秒;南線嘉義縣39.4公尺每秒;三個方案均差不多。

從上述4個角度來看,北線方案為最佳方案。

3、橋梁方案

橋梁方案與通航孔息息相關,台灣海峽全線宜采用三組主通航孔,一組50萬 噸位的貨櫃船 和兩組10萬 噸位的貨櫃船通行。橋梁主要通航孔需要達到1500公尺及以上,目前中國大跨徑海洋橋梁方案基本為 斜拉橋和懸索橋 。目前世界上跨度最大的斜拉橋為:中國建設 江蘇省常泰過江通道斜拉橋(主跨1176公尺)以及俄羅斯建設的跨東博斯魯斯海峽大橋(又名俄羅斯島大橋斜拉橋主跨1104公尺)。

斜拉橋——江蘇省常泰過江通道,主跨1176公尺

斜拉橋——俄羅斯島大橋,主跨1104公尺

懸索橋跨徑最大的為中國 江蘇張靖臯長江大橋,主跨2300公尺全球世界第一。

懸索橋——江蘇張靖臯長江大橋,主跨2300公尺

大家會說,斜拉橋跨度不夠,那不只有修建懸索橋這個方案了,跨度也合適,超過了1500公尺了。但是懸索橋的錨碇卻只能修建在淺海區或者陸地上,錨碇是懸索橋的關鍵性受力構件,用來錨固主纜,其作用就像兩個秤砣,單個重量約100萬噸。如此龐然大物,肯定難以在深海中進行建設,即便建設了也影響通航,所以懸索橋的方案是要被否定的。

大體積混凝土為懸索橋錨碇

雖然世界上最大的斜拉橋屬於中國的跨徑也才1176公尺,相信在不久的將來透過新材料、新工藝也能跨度達到1500公尺。

多塔斜拉橋

多塔斜拉橋

4、展望

我們殷切期望台灣早日回歸祖國,推動兩岸共同弘揚中華文化,同心共創復興偉業。我堅信台灣終究有一天會回到祖國的懷抱,而我們作為基建強國的工程人員定會為大陸與台灣建設一條貨真價實的溝通連線橋梁。