4月6日，中國(guó)首條時(shí)速350公里跨海高鐵福廈高鐵的最后一座跨海大橋——安海灣大橋合龍，標(biāo)志著該高鐵跨?？刂乒こ倘咳〉秒A段性成果，也標(biāo)志著中國(guó)跨海高鐵橋梁邁入“350”時(shí)代。
在平地上風(fēng)馳電掣的高鐵能在跨海大橋上不降速行駛，靠的是先進(jìn)的橋梁建設(shè)技術(shù)。在眾多橋梁種類中，高速鐵路橋?qū)蛄鹤冃我约霸鞓蚬に囈髽O高，建造跨海高鐵橋是一項(xiàng)高難度系數(shù)的超級(jí)工程。隨著福廈高鐵三座跨海大橋全部建成，從跨江大橋到跨海大橋，中國(guó)高鐵橋已突破江海阻隔，邁入高速時(shí)代。
創(chuàng)新成就“開山之作”
福廈高鐵正線全長(zhǎng)277公里，為“八縱八橫”高速鐵路主通道沿海通道的組成部分，設(shè)計(jì)時(shí)速350公里，是我國(guó)第一條真正意義上的海洋服役環(huán)境高鐵，也是世界行車速度最高的跨海鐵路。
由中國(guó)鐵建鐵四院設(shè)計(jì)、中國(guó)鐵建大橋局承建的安海灣特大橋，全長(zhǎng)9.5公里，主跨300米，不僅是福廈高鐵跨海橋梁的“封箱之作”，也是世界無(wú)砟軌道橋梁“大跨”跨海的“開山之作”。
和普通橋梁相比，跨海大橋面臨更多更大的考驗(yàn)，既要抵擋住海上大風(fēng)，又要耐海風(fēng)海水腐蝕，一項(xiàng)比一項(xiàng)艱難，哪項(xiàng)都是世界難題。
“在大跨度橋梁上鋪設(shè)無(wú)砟軌道并通行高速列車，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)剛度、徐變變形、動(dòng)力性能等要求極高。”中國(guó)鐵建鐵四院副總工程師嚴(yán)愛國(guó)介紹，大跨度高鐵橋一般采用斜拉橋，結(jié)構(gòu)變形較大，如何保證跨度又兼顧剛度是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。
經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，他們創(chuàng)新性提出采用混凝土橋面板與槽形鋼梁組成的鋼混組合梁，破解了難題?！颁摿鹤灾剌p、適應(yīng)大跨度橋梁建設(shè)，混凝土橋面提升了橋梁剛度，兩者的結(jié)合滿足了列車高速通過的要求?！眹?yán)愛國(guó)說(shuō)。
由于跨海大橋位于沿海高風(fēng)速帶，海上多風(fēng)，不僅要滿足速度要求，還要防止橋梁因風(fēng)產(chǎn)生嚴(yán)重的橫向晃動(dòng)和渦振現(xiàn)象。嚴(yán)愛國(guó)和團(tuán)隊(duì)為泉州灣跨海大橋做了諸多結(jié)構(gòu)創(chuàng)新。中國(guó)鐵建鐵四院福廈高鐵橋梁設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人楊恒介紹，大橋主梁采用流線箱形結(jié)構(gòu)并附加導(dǎo)流板、減震欄桿、拉索電渦流阻尼器等氣動(dòng)措施，減小了復(fù)雜風(fēng)環(huán)境下的風(fēng)致振動(dòng)，避免了異常渦振的發(fā)生。這些設(shè)計(jì)，讓列車可以在不設(shè)風(fēng)屏障等防風(fēng)措施的情況下，在8級(jí)大風(fēng)中以時(shí)速350公里通過跨海大橋，在11級(jí)暴風(fēng)下也不會(huì)封閉交通。
和普通橋梁相比，跨海大橋還面臨著另一項(xiàng)考驗(yàn)，就是海風(fēng)海水腐蝕。高鐵工程結(jié)構(gòu)的抗腐蝕標(biāo)準(zhǔn)是百年抗腐?！霸谘睾５貐^(qū)高鹽高濕的氣候條件下，依靠在鋼梁表面刷漆的傳統(tǒng)防腐方式，很難達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)?！敝袊?guó)鐵建鐵四院福廈高鐵橋梁設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人曾甲華介紹，為了保證大橋的壽命長(zhǎng)久，福廈高鐵安海灣跨海大橋的索塔鋼錨梁和支座采用了耐海洋大氣腐蝕鋼，填補(bǔ)了我國(guó)的鋼種空白。
曾甲華口中的鋼種是世界超級(jí)鋼技術(shù)前沿水平的系列鋼種之一，通過向鋼材里加入微量鎳元素，讓鋼材自身生成致密穩(wěn)定的鈍化銹層，阻止海水中氯離子的滲透，實(shí)現(xiàn)了“以銹制銹”的長(zhǎng)效防腐效果。此外，鐵四院還運(yùn)用最新研發(fā)的超長(zhǎng)耐久防腐涂裝材料，讓橋梁的涂裝防護(hù)壽命達(dá)到30年以上。
“一橋一策”造就新速度
“福廈高鐵就是一座橋梁博物館，我們遇到了各種復(fù)雜橋型?！敝袊?guó)鐵建鐵四院橋梁院福廈高鐵主管工程師王德志介紹，福廈高鐵先后跨越湄洲灣、泉州灣、安海灣三個(gè)海灣，上跨多條高等級(jí)公路和既有鐵路，正線新建橋梁170座，長(zhǎng)度共計(jì)181公里，占比65.3%。
“福廈高鐵三座跨海大橋各有風(fēng)采?！蓖醯轮菊f(shuō)，首屈一指的是泉州灣跨海大橋。2021年7月合龍的泉州灣大橋，全長(zhǎng)20.3公里，主跨400米。它不僅是國(guó)內(nèi)首座跨海高速鐵路橋，也是世界上首座行車時(shí)速超過300公里的大跨度跨海斜拉鐵路橋。
泉州灣鐵路橋緊挨著一座已建成的公路橋，兩橋最近距離僅28.7米，這也帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)?！靶聵蛞M量和老橋?qū)撞贾茫顾魍〞?、減少風(fēng)干擾，也更美觀，因此很多常規(guī)設(shè)計(jì)需要突破。”嚴(yán)愛國(guó)說(shuō)，比如，在國(guó)內(nèi)鐵路橋上首次采用無(wú)支座整體式橋梁，既適應(yīng)外觀要求，也能滿足速度及抗震等要求；為了保持和公路橋主跨一致，鐵路橋主橋選擇了400米的“大跨”結(jié)構(gòu)……
此外，泉州灣跨海大橋在軌道上也進(jìn)行了創(chuàng)新。鐵軌下面一般都是碎石道床，這種有砟軌道最高運(yùn)營(yíng)速度只有250公里。而無(wú)砟軌道采用混凝土、瀝青混合料等整體基礎(chǔ)的軌道結(jié)構(gòu)，時(shí)速更高。但是，相較于陸地，在大跨度的橋梁上鋪設(shè)無(wú)砟軌道并通行高鐵，對(duì)橋梁的結(jié)構(gòu)剛度、徐變變形等要求極高。這在國(guó)外沒有先例。
湄洲灣跨海大橋長(zhǎng)14.7公里，海域施工長(zhǎng)10.8公里，是國(guó)內(nèi)首座跨海高鐵矮塔斜拉橋。出于對(duì)當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)文化的保護(hù)，減少對(duì)湄洲灣自然環(huán)境的擾動(dòng)，在2021年11月13日合龍的湄洲灣跨海大橋設(shè)計(jì)中，橋梁設(shè)計(jì)師們采用主跨180米預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)部分斜拉橋，跨越3000噸級(jí)主航道，索塔采用雙柱式橋塔，打造了湄洲灣獨(dú)特的橋梁景觀。
高鐵橋突破江海阻隔
“從跨江大橋到跨海大橋，高鐵橋早已突破江海阻隔。”王德志介紹，2020年底建設(shè)通車的平潭海峽鐵路公鐵大橋，是我國(guó)首座跨海公鐵兩用大橋。到了福廈高鐵，從開始謀劃到施工至今，橋梁工程師們“十年磨一劍”，開展海上大跨度簡(jiǎn)支梁建造技術(shù)等多項(xiàng)專題研究，應(yīng)用多種新型橋梁結(jié)構(gòu)，造就我國(guó)跨海高鐵橋的新速度。
福廈高鐵在跨海大橋技術(shù)上的突破，不僅僅是將350公里時(shí)速高鐵技術(shù)從陸地搬到了海上，也不僅僅是鐵路橋從江到海的跨越，更代表我國(guó)鐵路橋質(zhì)的飛躍，對(duì)于未來(lái)發(fā)展有著重要的推動(dòng)作用。
新中國(guó)有70多年的建橋歷史，但鐵路跨海工程起步較晚。雖然起步晚，但很快就走上了快速發(fā)展的道路。2005年開工建設(shè)的溫福、甬臺(tái)溫鐵路開啟了我國(guó)沿海、跨海鐵路橋梁建設(shè)的序幕。
僅十幾年時(shí)間，我國(guó)跨海高鐵橋梁長(zhǎng)度越來(lái)越長(zhǎng)、跨度越來(lái)越大、結(jié)構(gòu)越來(lái)越多樣。嚴(yán)愛國(guó)說(shuō)，目前國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)的高鐵橋最大跨度已超過1000米。
高鐵跨海橋的發(fā)展，與國(guó)家發(fā)展的歷史進(jìn)程緊密結(jié)合。黨的十八大提出建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)，2016年修編的《中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》實(shí)施，沿海鐵路進(jìn)入快速發(fā)展的新時(shí)期。隨著“八縱八橫”高速鐵路主通道以及沿海普速鐵路的陸續(xù)開建或建成，我國(guó)開始建造更大規(guī)模的沿海、跨海鐵路大橋，并逐步拓展到大型海灣、海峽等寬闊海域。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不斷穩(wěn)步前行，高鐵跨海橋也將迎來(lái)更廣闊的發(fā)展空間。
本報(bào)記者 齊 慧