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创造众多“世界第一” 福厦高铁安海湾大桥合龙让中国迈入高铁跨

发布日期:2022-04-26 17:04   来源:未知   阅读:

  中国日报福州4月6日电 4月6日,福厦高铁安海湾大桥合龙。这是世界首座无砟轨道跨海大跨斜拉桥,预计2023年通车后,乘坐动车只需98秒就可风驰电掣跨越大海。

  福厦高铁正线公里,为“八纵八横”高速铁路主通道沿海通道的组成部分,设计时速350公里。为我国第一条真正意义上的海洋服役环境高铁,也是世界行车速度最高的跨海铁路。

  高铁跨海,靠的是先进的桥梁建设技术。在众多桥梁中,高速铁路桥对桥梁变形要求极高,对造桥工艺有着更高要求。福厦跨海桥梁敢于向高难度系数挑战,这项超级工程的背后,是一系列先进技术的支撑。

  福厦高铁先后跨越湄洲湾、泉州湾、安海湾三个海湾。其中,位于泉州晋江的安海湾特大桥,全长9.5公里,主跨300米,不仅是福厦高铁跨海桥梁的“封箱之作”, 也是世界无砟轨道桥梁“大跨”跨海的“开山之作”。

  “在大跨度桥梁上铺设无砟轨道并通行高速列车,对桥梁结构刚度、徐变变形、动力性能等要求极高。”中国铁建铁四院副总工程师严爱国介绍,大跨度高铁桥一般采用斜拉桥,结构变形较大,如何保证跨度又兼顾刚度是设计的关键。

  经过反复试验,他们大胆提出混凝土桥面板与槽形钢梁组成的钢混组合梁,破解了难题。“钢梁自重轻、适应大跨度桥梁建设,混凝土桥面提升了桥梁刚度,两者的结合满足了列车高速通过的要求。”

  不仅是满足速度要求,严爱国和团队还为泉州湾跨海大桥做了诸多结构创新。由于跨海大桥位于沿海高风速带,海上多风,海风又会产生冲击必须通过结构创新保证路面刚度,否则桥梁会因风产生严重的横向晃动和涡振现象。

  中国铁建铁四院福厦高铁桥梁设计负责人杨恒介绍,大桥主梁采用流线箱形结构并附加导流板、减震栏杆、拉索电涡流阻尼器等气动措施,减小了复杂风环境下的风致振动,避免了异常涡振的发生。这些设计,让列车可以在不设风屏障等防风措施的情况下,在8级大风中以时速350公里通过跨海大桥,在11级暴风下也不会封闭交通。

  高铁工程结构的抗腐蚀标准是百年抗腐。“在沿海地区高盐高湿的气候条件下,依靠在钢梁表面刷漆的传统防腐方式,很难达到这一标准。”中国铁建铁四院福厦高铁桥梁设计负责人曾甲华介绍,为了保证大桥的寿命长久,福厦高铁安海湾跨海大桥的索塔钢锚梁和支座采用了耐海洋大气腐蚀钢,填补了我国的钢种空白。

  曾甲华口中的耐候钢是世界超级钢技术前沿水平的系列钢种之一,通过往钢材里加入微量镍元素,让钢材自身生成致密稳定的钝化锈层,阻止海水中氯离子的渗透,实现了“以锈制锈”的长效防腐效果。此外,铁四院还运用最新研发的超长耐久防腐涂装材料,让桥梁的涂装防护寿命达30年以上。

  据了解,在川藏铁路的部分大跨度桥梁中,也用到了这种耐候钢,比如雅鲁藏布江特大桥。事实上,随着我国桥梁建设技术的发展,在建筑材料上不断涌现出各种质优高效的新材料,材料的国产化率也在不断提高。

  轨道是安海湾跨海大桥通行时速高的另一原因。铁四院轨道设计人员创造性设置“协调层”的双块式无砟轨道结构,研究形成了大跨度桥上无砟轨道线型控制技术和轨道平顺性验收标准,从“设计-施工-验收”各环节解决了大跨桥上铺设无砟轨道难题,首次在世界范围实现跨度300米级、时速350公里高速铁路桥上铺设现浇式无砟轨道。

  为将这座桥梁里程碑工程打造成安海湾地标性桥梁,铁四院联合美术院校开展景观设计。桥塔融入海洋元素,为H形曲线造型,从设计外观看像微张的扇贝,与福建“海丝文化”相契合,展现出沿海地区开放、包容的姿态。

  “福厦高铁就是一座桥梁博物馆,我们遇到了各种复杂桥型。”中国铁建铁四院桥梁院福厦高铁主管工程师王德志介绍,福厦高铁跨海过江,上跨多条高等级公路和既有铁路,正线%。

  沿线台风多发、海湾深水、软基深厚等,建设条件复杂,大跨结构多、体系创新多。结构迥异、外形多样、技术各具千秋的桥梁是这条高铁最大的特色,是我国目前已建在建高铁中桥梁结构最多样复杂的高铁,开展了海上大跨度简支梁建造技术、独塔混凝土斜拉桥裸塔转体技术、耐海洋大气环境腐蚀技术以及BIM技术、桥梁健康监测等专项研究。

  王德志自豪地说,别的高铁如果有一座类似福厦高铁这样创新多多的桥,都会当宝贝一样,“但我们福厦可圈可点的宝贝有好多,尤其是三座跨海大桥各有风采。”

  首屈一指的是泉州湾跨海大桥。2021年7月合龙的泉州湾大桥,全长20.3公里,主跨400米。它不仅是国内首座跨海高速铁路桥,也是世界上首座行车时速超过300公里的大跨度跨海斜拉铁路桥。

  泉州湾铁路桥紧挨着一座已建成的公路桥,两桥最近距离28.7米,带来了新的挑战。

  “新桥要尽量和老桥对孔布置,使水流通畅、减少风干扰、也更美观,因此很多常规设计需要突破。”严爱国说,比如,创新性地在国内铁路桥上首次采用无支座整体式桥梁,既适应外观要求,也能满足速度及抗震等要求;为了保持和公路桥主跨一致,铁路桥主桥选择了400米的大跨结构……

  每一步看似微小的调整,都凝聚着团队的反复求证,仅确定方案,前后就经历了3年。“创新背后是大量的计算和论证。”严爱国说,这个过程漫长充满挑战,但也充满成就感。

  此外,泉州湾跨海大桥在轨道上也进行了创新。坐过火车的人都见过,铁轨下面一般都是碎石道床,这种有砟轨道最高运营速度只有250公里。而无砟轨道是采用混凝土、沥青混合料等整体基础的轨道结构,时速更高。但是,相较于陆地,在大跨度的桥梁上铺设无砟轨道并通行高铁,对桥梁的结构刚度、徐变变形等要求极高。在如此大跨度的跨海大桥上铺设无砟轨道,国外没有先例。

  曾甲华介绍,泉州湾跨海大桥引桥采用双块式无砟轨道,而通航孔主桥在国内外斜拉桥上首次采用了聚氨酯固化道床结构“固定”道砟,让有砟轨道跑出无砟轨道的效果。正是这些措施,让福厦高铁泉州湾跨海大桥实现了高铁90秒过桥的“风驰电掣”。

  泉州湾跨海大桥也是率先使用免涂装耐候钢的,它打破了此前只能应用在普通大气环境和滨海环境(离海岸线公里以上)的世界技术格局,推动了世界耐候钢桥向海洋延伸,实现“免涂装·绿色耐久·锈色之美”的绿色全寿命设计。

  湄洲湾,北接泉州港、肖厝港,南连厦门港,组成了海上丝绸之路的重要一环。湄洲湾跨海大桥长14.7公里,海域施工长10.8公里,是国内首座跨海高铁矮塔斜拉桥。

  出于对妈祖文化的保护,减少对湄洲湾自然环境的扰动,在2021年11月13日合龙的湄洲湾跨海大桥设计中,铁四院的桥梁设计师们采用主跨180米预应力混凝土连续刚构部分斜拉桥,跨越3000吨级主航道,索塔采用双柱式桥塔,犹如落雁贴水疾行,营造落霞与孤鹜齐飞,秋水共长天一色的理想画卷,打造了湄洲湾独特的桥梁景观。

  为了缩短海上施工工期,海上引桥大规模采用40米预制架设简支箱梁,大幅减少了大桥建设对周边生态环境的影响。这是高速铁路建造技术的重大提升和突破。

  特别值得称道的是在湄洲湾跨海大桥上,采用了中国铁建研制使用的世界首台千吨级高铁架桥一体机“昆仑号”,仅用时218天,就顺利完成了10公里桥梁的铺架任务。

  “从跨江大桥到跨海大桥,高铁桥早已突破江海阻隔。”王德志介绍,2020年底建设通车的平潭海峡铁路公铁大桥,是我国首座跨海公铁两用大桥。到了福厦高铁,从开始谋划到施工至今,桥梁工程师们“十年磨一剑”,开展海上大跨度简支梁建造技术等多项专题研究,应用多种新型桥梁结构,造就我国跨海高铁桥的新速度。

  福厦高铁在跨海大桥技术上的突破,不仅仅是将350公里时速高铁技术从陆地搬到了海上,也不仅仅是铁路桥从江到海的跨越,更代表我国铁路桥质的飞跃,对于未来发展有着重要的推动作用。

  新中国70多年的建桥历史,可以大致分为建成学会、自主探索、学习追赶、提高奋进和创新引领5个阶段。而铁路跨海工程起步较晚,直到2003年1月7日,我国第一条跨海铁路轮渡——粤海铁路轮渡才建成通航,2004年12月5日才开通铁路客运。

  虽然起步晚,没有经历完整的5个阶段的积累。但一旦开端,我国铁路跨海工程就走上了快速发展的道路。2005年开工建设的温福、甬台温铁路开启了我国沿海、跨海铁路桥梁建设的序幕。

  仅仅十几年时间,我国跨海桥梁的发展速度惊人,严爱国也见证了高铁桥梁长度越来越长、跨度越来越大、结构越来越多样。“90年代我刚工作的时候,设计的铁路桥梁跨度多为32米,最大也不超过100米,结构多是混凝土结构、少量钢结构,到如今各种结构形式的桥梁都有。”严爱国说,目前国内设计的高铁桥最大跨度已超过1000米。

  中国工程院院士秦顺曾自豪地说,“世界范围来看,大跨度桥梁20世纪70年代、80年代看欧美,90年代看日本,21世纪应该看中国。”

  高铁跨海桥的发展,不光是技术的突破,也与国家发展的历史进程紧密结合。党的十八大提出了“海洋强国”战略,2016年修编的《中长期铁路网规划》实施,沿海铁路进入快速发展的新时期。随着沿海、京港(台)、京港澳、包(银)海等“八纵八横”高速铁路主通道以及沿海普速铁路的陆续开建或建成,我国开始建造更大规模的沿海、跨海铁路大桥,并逐步拓展到大型海湾、海峡等宽阔海域。随着我国经济发展不断稳步前行,高铁跨海桥也将迎来更广阔的发展空间,也为经济社会发展铺平更宽广的道路。

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