《交通运输科学技术新成果推广目录》（２０２1）—第一部分桥梁工程篇《强台风腐蚀环境跨海公铁两用大桥施工关键技术研究》

本期项目简介

完成单位:中国铁建大桥工程局集团有限公司、中铁建大桥工程局集团第四工程有限公司、中铁建大桥工程局集团第一工程有限公司

主要完成人:樊立龙、王保良、程为、赵健、尹德智、李志辉、张玮、于连成、魏琦、 高明春、王峰、赵振丰、池忠波、李伟民、高强

项目简介

（一）项目背景

　　随着我国桥梁建设的飞速发展，对公路、铁路跨海的大桥需求不断增加，在强台风腐蚀性海洋环境修建跨海公铁两用大桥，在施工过程中除受台风侵袭外，还受各种恶劣自然条件的影响，环境条件对跨海大桥施工及后期养护都提出了更高的技术要求,主要难点有：钢结构腐蚀严重、交叉干扰大、台风频繁、季风期长、有效作业时间短等。

　　为保证跨海公铁两用大桥的安全施工，解决上述难题，中铁建大桥工程局集团第四工程有限公司组成科研攻关组，开展了“强台风腐蚀环境跨海公铁两用大桥施工关键技术研究”。

　　在该项目研究的过程中，课题组得到了国家自然基金（51378156）、中国铁建股份有限公司（14-A01、14-C08）和中国铁建大桥工程局集团有限公司（Cr13gK-2014-17、Cr13gK-2016-25）共5个科研项目的资助。

（二）技术概况

　　本项目依托福平铁路平潭海峡公铁两用大桥项目，对“双孔连做造桥机建造技术、高墩钢管格构支架优化技术、严酷腐蚀环境下钢栈桥的安全评定、维修加固技术”等开展研究，以便系统解决强台风腐蚀环境跨海公铁两用大桥建造难题。

（三）适用范围

　　该技术适用于强台风腐蚀环境跨海的公路、铁路及公铁两用大桥建设。

（四）获奖情况

　　该成果相关技术曾荣获中国铁建股份公司科技进步特等奖、中国交通运输协会科技进步一等奖、吉林省科技进步二等奖、中国公路学会科学技术二等奖、中国铁建杯优质工程奖

项目创新点

　　创新点一：自主研发具备气候环境信息采集、抗强风、智能化自动控制、装配化施工集成技术的双孔连做造桥机，可满足64米跨与40米跨任意组合的双线整孔箱梁的节段拼装快速施工要求，并可进行“连续”和“简支”体系相互转换；建立双孔连做造桥机架梁施工定位控制系统，可通过风环境的影响自动控制造桥机的施工与走行状态；具有抗风性能强，风荷抖振效应小的特点。

　　创新点二：首次采用粒子图像测速技术(PIV)对高墩钢管支架模型水平平面流场和竖向平面流场进行流场可视化和定量分析，得出流风向对高气动特性影响规律。通过钢管格构支架缩尺模型的风洞试验，测得模型在均匀流和湍流中不同风向角下的三分力系数，利用最优化准则法进行优化，得到“格构支架的总高度不易超过70m,节段长度越小结构越稳定，且不宜超过其设置联结系长度的3倍，支架的间距在7m时，稳定性最好”的结论。

　　创新点三：统计分析沿海严酷腐蚀环境下钢栈桥腐蚀特征，建立了关键构件局部腐蚀发展演化的三维随机有限元定量精准模型，得到了钢栈桥构件与结构服役性能分析与安全评定方法，开发了适于跨海公铁两用大桥不同部位关键构件用新型防腐涂层体系。为沿海严酷腐蚀环境下钢栈桥的安全评定、维修加固提供了核心技术与实用方法。

应用案例

　　研究成果中的“强台风腐蚀环境跨海公铁两用大桥施工关键技术”成功应用于福平铁路平潭海峡公铁两用大桥（D0-B38）工程中。将研发的具备抗强风、智能化自动控制、装配化施工集成技术的双孔连做造桥机，应用于该工程，实现了64米跨与40米跨的双线整孔箱梁的节段拼装快速施工，并可进行“连续”和“简支”体系相互转换。通过钢管格构支架缩尺模型风洞试验，得到了钢管格构支架在均匀流和湍流中风向角下的三分力系数、旋涡强度和湍流度等气动特性，提出钢管格构支撑体系优化设计方法。基于三维随机有限元统计信息，建立了钢栈桥关键构件局部腐蚀定量精准模型，得到了沿海严酷腐蚀环境下钢栈桥构件与结构服役性能分析与安全评定方法，并开发新型石墨烯防腐涂层体系应用于该工程。取得了良好应用效果，得到了工程界的认可。

平潭海峡公铁两用大桥线路图

社会效益与经济效益

　　通过研发双孔连做造桥机及智能化自动控制平台、优化高墩格构支架设计方案、建立钢栈桥构件与结构服役安全性能分析与评定方法并研制适用于强台风腐蚀环境的新型防腐涂层体系，解决了强台风腐蚀环境下桥梁工程施工的技术难题，取得了显著的经济效益，共节约了工程费用11369万元。同时为施工企业在今后施工中，面临诸多恶劣施工环境，在施工方法的选择上具有重大意义，对节省工程费用，提高工程安全质量具有重要意义。采用该研究成果进行施工，得到各方单位的认可，中央电视台、福建电视台、天津电视台等多家媒体的专项报道，为企业提高了知名度。