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桥梁工程师,谈论台湾海峡的桥梁方案

2024-07-19科技

余光中先生写道: 乡愁是一弯浅浅的海峡,我在这头,大陆在那头。那一道弯弯的海峡, 导致许多家庭的亲人被海峡两岸分开,这一分离,有的长达数十年,有的终生再也不能相见。作为桥梁工程师,我们毕生的愿望:一桥飞架南北,天堑变通途。对于台湾海峡,修桥的使命已经写入【 国家公路网规划】, 2022年公布的【国家公路网规划】,要在2035年前修建北京至台北的高速公路。

【国家公路网规划】2035年前修建北京至台北高速

国家高速公路网布局图福州至台北

1、桥梁选址

福建到台湾的海峡北窄南宽,桥梁在海里修建由于涉及深水施工难度极大,同时桥梁越长造价越高,工期也越长,所以肯定是桥梁越短越好。如果海峡中间有岛屿,那是最好不过的,桥梁可以作为落脚点,大大减少桥梁修建难度。也可以向岛屿两个方向修建以减少工期。根据台海实际情况笔者提出了以下三个方案,定义为 北线方案、中线方案、南线方案。

北线、中线、南线方案

(1)北线方案

从福建平潭县出发修建桥梁至牛山岛,桥梁长度8.2公里;从牛山岛修建桥梁出发至台湾新竹县北部,桥梁长度119公里; 北线方案桥梁总长度127.2公里。 平潭县至牛山岛桥梁仅仅8.2公里且靠近大陆骨架,修建难度不大 ,桥梁施工难度最大的长度为119公里。

北线方案

(2)中线方案

从福建莆田市平海镇出发修建桥梁至鸬鹚岛,桥梁长度10.6公里;从鸬鹚岛修建桥梁出发至乌丘屿,桥梁长度19.4公里;从乌丘屿修建桥梁出发至台湾台中市,桥梁长度130.5公里; 中线方案桥梁总长度160.5公里 。桥梁被分成三段,每一段都超过了10公里, 桥梁施工难度最大的长度为130.5公里

中线方案

(3)南线方案

从漳州市港尾镇出发修建桥梁至东椗岛,桥梁长度16.4公里;从东椗岛修建桥梁出发至澎湖县,桥梁长度162公里;从澎湖列县出发修建桥梁至台湾嘉义县,桥梁长度51公里; 南线方案桥梁总长度229.4公里。 桥梁被分成三段,每一段都超过了15公里, 桥梁施工难度最大的长度为162公里,同时澎湖县至台湾的桥梁长度也达到了51公里。

南线方案

2、北线方案、中线方案、南线方案比选

(1)长度

北线方案长度短,为最优秀方案,全桥长度127.2公里,桥梁施工难度最大的长度为119公里。 就长度而言,选北线方案。

(2)施工水深

我国桥梁深水基础技术从20世纪50年代开始,发展至今已进入了国际水平。深水基础的施工,直接受到深水环境的影响,并且随着水深的增加,未知及可变的技术因素也相应增加,其施工技术的难度也急剧增加。目前国内30米水深施工桥梁基础经验很成熟,国内已经成功施工了 最大水深达70余米的深水基础,100米水深暂无先例。

北线方案水深60-70米,深水施工刚好能满足条件;中线方案同北线方案;南线方案跨越澎湖列岛后进入澎湖水道,水深达到了160米,桥梁深水施工技术难度大且无先例。就水深而言, 选北线方案和中线方案。

台湾海峡海底地形图

(3)水文

海流速度不大,最高时不足2米每秒。潮汐在中部最大,潮差以台中港附近最大 4.6米,向南北两口逐渐变小,北线方案和南线方案潮差仅0.4—0.6米。 就水文而言,北线和南线最佳

(4)风速

百年一遇风速,北线新竹县39.4米每秒;中线台中市38.5米每秒;南线嘉义县39.4米每秒;三个方案均差不多。

从上述4个角度来看,北线方案为最佳方案。

3、桥梁方案

桥梁方案与通航孔息息相关,台湾海峡全线宜采用三组主通航孔,一组50万 吨位的集装箱船 和两组10万 吨位的集装箱船通行。桥梁主要通航孔需要达到1500米及以上,目前我国大跨径海洋桥梁方案基本为 斜拉桥和悬索桥 。目前世界上跨度最大的斜拉桥为:我国建设 江苏省常泰过江通道斜拉桥(主跨1176米)以及俄罗斯建设的跨东博斯鲁斯海峡大桥(又名俄罗斯岛大桥斜拉桥主跨1104米)。

斜拉桥——江苏省常泰过江通道,主跨1176米

斜拉桥——俄罗斯岛大桥,主跨1104米

悬索桥跨径最大的为我国 江苏张靖皋长江大桥,主跨2300米全球世界第一。

悬索桥——江苏张靖皋长江大桥,主跨2300米

大家会说,斜拉桥跨度不够,那不只有修建悬索桥这个方案了,跨度也合适,超过了1500米了。但是悬索桥的锚碇却只能修建在浅海区或者陆地上,锚碇是悬索桥的关键性受力构件,用来锚固主缆,其作用就像两个秤砣,单个重量约100万吨。如此庞然大物,肯定难以在深海中进行建设,即便建设了也影响通航,所以悬索桥的方案是要被否定的。

大体积混凝土为悬索桥锚碇

虽然世界上最大的斜拉桥属于我国的跨径也才1176米,相信在不久的将来通过新材料、新工艺也能跨度达到1500米。

多塔斜拉桥

多塔斜拉桥

4、展望

我们殷切期望台湾早日回归祖国,推动两岸共同弘扬中华文化,同心共创复兴伟业。我坚信台湾终究有一天会回到祖国的怀抱,而我们作为基建强国的工程人员定会为大陆与台湾建设一条货真价实的沟通连接桥梁。