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圖為正在進行主塔封頂作業的泉州灣高鐵跨海大橋。

福廈高鐵(tie)泉州(zhou)灣大橋全長(chang)20.3公里，主跨400米，是國內外首座高鐵(tie)跨海大橋；設計行車時速達350公里，為世界最高；是全球(qiu)首座采用免(mian)涂裝(zhuang)耐候鋼(gang)大型跨海工程。

9月15日，世(shi)界(jie)橋(qiao)梁領域又一里程碑式(shi)工程——福（州）至(zhi)廈(sha)（門）高(gao)速鐵路泉州灣大橋(qiao)主塔正(zheng)式(shi)封頂。

“福(fu)廈高(gao)鐵泉州灣大橋(qiao)全長20.3公里，主跨(kua)400米，設計(ji)建(jian)設面臨多項技術挑戰。大橋(qiao)主塔封頂，標志著(zhu)我國(guo)橋(qiao)梁建(jian)設開啟了世(shi)界(jie)高(gao)速鐵路跨(kua)海時代。”中國(guo)鐵建(jian)第(di)四勘察設計(ji)院集團有限公司（以(yi)下簡稱(cheng)鐵四院）福(fu)廈高(gao)鐵泉州灣跨(kua)海大橋(qiao)設計(ji)負責人曾甲華說(shuo)。

福(fu)廈高(gao)鐵泉州灣跨海大(da)(da)(da)橋(qiao)是國內外首座高(gao)速鐵路跨海斜(xie)拉橋(qiao)；設計行車時速超過300公(gong)里(li)，為(wei)世界(jie)最高(gao)、世界(jie)第(di)四(si)長跨海鐵路大(da)(da)(da)橋(qiao)，也是全球首座主塔(ta)采用免涂裝耐候鋼的大(da)(da)(da)型跨海工程。

高速抗風行駛，同樣做到硬幣不倒

泉州灣(wan)大橋是福(fu)廈高鐵關(guan)鍵控制性工程，大橋跨越泉州灣(wan)中(zhong)部海(hai)域，為世界首(shou)座高速鐵路(lu)跨海(hai)大橋。

“跨海(hai)高(gao)鐵大(da)橋(qiao)，設計最關(guan)鍵是抗風以及保持高(gao)速(su)行駛，否則(ze)橋(qiao)梁會因(yin)風產生嚴重的橫(heng)向(xiang)晃動和(he)上下震(zhen)幅（渦震(zhen)）現象。”曾甲華說。

地理氣象(xiang)信息顯示，泉州灣位于沿海高風(feng)速(su)帶，風(feng)速(su)大，風(feng)況復雜，全年6級及以上風(feng)力(li)天(tian)數達(da)91天(tian)。

為(wei)保證橋(qiao)梁在(zai)(zai)大風(feng)(feng)(feng)中穩固，保持動車高速運(yun)行的(de)連續性，鐵四院技(ji)術(shu)(shu)團(tuan)隊在(zai)(zai)設(she)計中采用(yong)了大量新結構(gou)和新技(ji)術(shu)(shu)，達到在(zai)(zai)不(bu)設(she)風(feng)(feng)(feng)屏(ping)障(zhang)等防風(feng)(feng)(feng)措施下(xia)，動車在(zai)(zai)8級大風(feng)(feng)(feng)下(xia)以時速350公里速度行駛不(bu)限速，11級暴風(feng)(feng)(feng)下(xia)不(bu)封閉(bi)交通。

由于泉(quan)州灣航運繁忙，跨越(yue)主(zhu)航道必(bi)須加大主(zhu)跨。“通航孔主(zhu)橋(qiao)(qiao)(qiao)設計采(cai)用主(zhu)跨400米(mi)雙(shuang)塔鋼—混組合(he)梁斜(xie)拉(la)橋(qiao)(qiao)(qiao)，兩側(ce)深(shen)水區(qu)引橋(qiao)(qiao)(qiao)總長約4.3公里、采(cai)用3—70米(mi)無支座(zuo)整體(ti)式剛構(gou)橋(qiao)(qiao)(qiao)，為國內外鐵(tie)路斜(xie)拉(la)橋(qiao)(qiao)(qiao)首次。”曾甲華說(shuo)。

為解決強風環(huan)境下長大跨(kua)海大橋(qiao)通(tong)行高速(su)鐵路列車(che)的技術難題(ti)，鐵四院還對橋(qiao)梁主塔造型進(jin)行了(le)創新設計。

“主梁(liang)采用流(liu)(liu)線箱形結(jie)構，并附加導流(liu)(liu)板、減振(zhen)欄桿、拉索電渦流(liu)(liu)阻尼(ni)器等有效氣動(dong)措施(shi)。”曾甲華說，這些結(jie)構設(she)計，使橋體繞(rao)開風(feng)向，減少了(le)復(fu)雜風(feng)環境下的(de)風(feng)致(zhi)振(zhen)動(dong)，避免了(le)虎門大(da)橋、武(wu)漢鸚(ying)鵡(wu)洲長(chang)江大(da)橋等國內橋梁(liang)曾經發生過的(de)異(yi)常渦振(zhen)現象。

根據(ju)系列風洞試驗和風—車—線(xian)—橋(qiao)耦合振(zhen)動等專題研究成(cheng)果，福廈高鐵泉州灣跨海大橋(qiao)可抵抗12級強臺風，渦激振(zhen)動幅度控制在驚人的5毫米(mi)以內。

“這個渦振數字，使高速列車即使在8級(ji)大風(feng)中(zhong)通過跨海大橋橋面(mian)，也能達到與陸(lu)地引橋相同的行車條件，同樣做到硬(ying)幣不倒。”曾甲華說。

新結構、新技術的采用(yong)，使(shi)福廈高(gao)鐵正(zheng)線達到時速(su)350公里運營(ying)目(mu)標，消(xiao)除了以往沿(yan)海(hai)高(gao)鐵跨海(hai)時降速(su)的難題。

以銹制銹，適應高鹽高濕腐蝕環境

除了抗風，在海洋氣候高鹽高濕腐(fu)蝕環境(jing)下，如(ru)何保證(zheng)高速鐵路跨海大橋(qiao)長效(xiao)防(fang)腐(fu)耐久？這是設計面臨的又一個難題(ti)。

“為(wei)解決海洋環境橋梁(liang)銹(xiu)蝕問題(ti)，以往的(de)(de)防(fang)護需要定期除(chu)繡(xiu)涂(tu)(tu)漆(qi)。”曾甲華說，針對(dui)海洋環境下橋梁(liang)重要結構的(de)(de)銹(xiu)蝕問題(ti)，福(fu)廈(sha)高鐵(tie)泉(quan)州灣跨(kua)海大(da)(da)橋索塔(ta)鋼錨梁(liang)和(he)支座(zuo)創新采(cai)用(yong)新材料(liao)，在國(guo)內首次(ci)采(cai)用(yong)耐海洋大(da)(da)氣腐蝕鋼，免(mian)涂(tu)(tu)裝(zhuang)（不涂(tu)(tu)油漆(qi)）、不設除(chu)濕系統，為(wei)全球首座(zuo)采(cai)用(yong)免(mian)涂(tu)(tu)裝(zhuang)耐候鋼的(de)(de)大(da)(da)型跨(kua)海工程，適(shi)應了高鹽高濕的(de)(de)海洋腐蝕大(da)(da)氣環境。

耐(nai)(nai)候鋼，即耐(nai)(nai)大氣腐蝕鋼，由普(pu)碳鋼添加少量銅、鎳(nie)等耐(nai)(nai)腐蝕元素而成，在融入現代冶金新(xin)機制(zhi)、新(xin)技術和(he)新(xin)工藝后，不斷(duan)發展創新(xin)，屬世界超級鋼技術前沿水平的系列鋼種之(zhi)一。

為填(tian)補我國耐海洋(yang)大氣腐蝕鋼的鋼種空白，鐵四院設計團隊聯合鞍(an)鋼集團有(you)限公司（以下(xia)簡(jian)稱鞍(an)鋼集團）立項攻關。

“通過反復對(dui)鋼材(cai)化學成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)分(fen)進(jin)行設計比選、力學及工藝驗證試(shi)驗、海(hai)洋(yang)(yang)環(huan)境現(xian)(xian)場掛(gua)片曝曬試(shi)驗等，成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)功(gong)研制了鎳(nie)系(xi)耐海(hai)洋(yang)(yang)大氣(qi)腐蝕鋼、配(pei)套(tao)高強(qiang)螺栓及焊接材(cai)料，基于鋼材(cai)自身生成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)致密穩定(ding)的(de)鈍化銹(xiu)層，阻止(zhi)氯(lv)離子(zi)滲透。”曾甲華(hua)說，項(xiang)目(mu)課題成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)果體現(xian)(xian)“以銹(xiu)制銹(xiu)”理念(nian)，達到海(hai)洋(yang)(yang)環(huan)境下橋梁全壽命期(qi)的(de)長效(xiao)防腐效(xiao)果。

鞍(an)鋼集團和(he)鐵四院技術人員表示，福(fu)廈高(gao)鐵泉州灣(wan)跨(kua)海大橋項目，打破了免涂裝耐(nai)候(hou)鋼只能應(ying)用在普(pu)通大氣環境(jing)和(he)濱海環境(jing)（離海岸線1公里以上）的世(shi)界技術格局(ju)，推動了世(shi)界耐(nai)候(hou)鋼橋的發展，實現(xian)“免涂裝、綠(lv)色(se)耐(nai)久、銹色(se)之美”的綠(lv)色(se)全壽命(ming)設計。

耐候鋼成本高，僅能用在最(zui)重要(yao)的(de)(de)承力結構部件上，大面積(ji)的(de)(de)鋼梁(liang)如何實現耐久防(fang)腐？

為(wei)給(gei)大橋尋找超長(chang)耐久(jiu)(jiu)防(fang)腐(fu)(fu)涂(tu)料(liao)，鐵四院聯合北京航(hang)空材料(liao)研究(jiu)院，研發并應用(yong)(yong)了鋼梁超長(chang)耐久(jiu)(jiu)防(fang)腐(fu)(fu)涂(tu)裝(zhuang)(zhuang)體系(xi)。“該(gai)體系(xi)采用(yong)(yong)石墨烯納(na)米(mi)材料(liao)改性(xing)(xing)鱗片型醇溶無機富鋅(xin)底(di)漆和(he)超耐候氟碳面漆，耐鹽霧性(xing)(xing)和(he)耐人工加速老化性(xing)(xing)為(wei)現(xian)有技(ji)術的2倍以(yi)上，可實(shi)現(xian)鋼結構在海洋腐(fu)(fu)蝕大氣(qi)環境下30年(nian)以(yi)上的超長(chang)壽命耐久(jiu)(jiu)目標(biao)。”曾甲華說(shuo)，這個時間高(gao)于目前(qian)跨海橋最(zui)長(chang)25年(nian)的設計防(fang)腐(fu)(fu)壽命，將實(shi)現(xian)我國鋼梁防(fang)腐(fu)(fu)涂(tu)裝(zhuang)(zhuang)體系(xi)30年(nian)超長(chang)防(fang)腐(fu)(fu)壽命的技(ji)術突(tu)破。

長聯大跨，毫米級精度建造抗強震

福(fu)廈高鐵(tie)泉州灣大橋(qiao)設計全(quan)聯(lian)長采用鋼—混結(jie)合梁，為國內外鐵(tie)路斜拉橋(qiao)中首(shou)次采用。構(gou)件(jian)全(quan)部實(shi)現(xian)工廠化制造，深(shen)水區引橋(qiao)采用標準化的無支座整體預應力(li)混凝土剛構(gou)橋(qiao)。“通過設計采用上述橋(qiao)梁結(jie)構(gou)形式和體系的選擇，實(shi)現(xian)了(le)高速鐵(tie)路橋(qiao)梁毫(hao)米級建造精度(du)要求。”曾甲華說。

福廈高鐵設(she)計(ji)位于福建(jian)沿海地區和臺(tai)灣(wan)海峽西岸，北起福州市，途(tu)徑莆田、泉州、廈門，南至漳州，正(zheng)線全長277公里，設(she)計(ji)時速(su)度350公里，是我國第(di)一條(tiao)真(zhen)正(zheng)意(yi)義(yi)上的海洋(yang)環境下服役的高速(su)鐵路工程、國內外行車速(su)度最高的沿海/跨海鐵路。

“泉州灣高(gao)鐵(tie)跨海大橋地處臺灣海峽西(xi)岸，屬地震高(gao)烈度(du)區，從概率上具備發(fa)生8級強震的(de)可能性。”曾甲華說。

如何解決長聯高墩(dun)跨(kua)海(hai)大橋的(de)(de)(de)(de)抗震(zhen)(zhen)設計難題？“設計團隊研(yan)制采用了縱向(xiang)粘滯(zhi)阻(zu)尼(ni)器、可剪斷(duan)的(de)(de)(de)(de)耐候雙曲面球型鋼支座、金屬(shu)阻(zu)尼(ni)器的(de)(de)(de)(de)綜合減(jian)隔震(zhen)(zhen)體(ti)系及(ji)技術；采用無(wu)支座整體(ti)剛構橋，實現長聯高墩(dun)橋梁(liang)的(de)(de)(de)(de)柔性高墩(dun)、梁(liang)部(bu)體(ti)系協(xie)同(tong)受力，解決了地(di)震(zhen)(zhen)高烈度(du)區長聯高墩(dun)大跨(kua)橋梁(liang)的(de)(de)(de)(de)抗震(zhen)(zhen)設計難題。”曾甲華(hua)說。

除(chu)結構設(she)計技術(shu)材料(liao)不斷創新，福(fu)廈高(gao)鐵(tie)泉州灣(wan)大(da)橋在設(she)計上也(ye)充分踐行了“精品工程(cheng)、智能(neng)工程(cheng)和環(huan)境友好型工程(cheng)”現(xian)代理念(nian)，即一(yi)個好的建筑(zhu)設(she)計必須融入當地自然環(huan)境。

“項目聯合(he)美術院校開展(zhan)了景(jing)觀專題設(she)計，充分融入海(hai)洋(yang)元素(su)。橋塔采用了貝殼形曲線(xian)橋塔，兼(jian)顧結構合(he)理和(he)建筑美學。”曾甲華解(jie)釋說，這個造(zao)型設(she)計寓意(yi)為“泉(quan)州(zhou)(zhou)作為福建經(jing)濟第一強市(shi)、古代海(hai)上(shang)絲綢(chou)之路的(de)起(qi)點及當(dang)時的(de)東(dong)方第一大(da)港(gang)”，海(hai)洋(yang)孕(yun)育了泉(quan)州(zhou)(zhou)這座沿(yan)海(hai)城市(shi)，賦予了她無盡的(de)生機活(huo)力和(he)發(fa)展(zhan)動(dong)力，將(jiang)在21世(shi)(shi)紀(ji)海(hai)上(shang)絲綢(chou)之路的(de)發(fa)展(zhan)契機下，揚帆起(qi)航，重現海(hai)上(shang)貿易和(he)世(shi)(shi)界大(da)港(gang)的(de)輝煌。

專家認為，福廈高(gao)鐵(tie)泉州灣跨海大(da)(da)橋(qiao)將推動我國大(da)(da)跨度(du)高(gao)速鐵(tie)路(lu)、跨海橋(qiao)梁(liang)的(de)(de)技術發(fa)展(zhan)，成為中國高(gao)速鐵(tie)路(lu)2.0版的(de)(de)代(dai)表性(xing)工程(cheng)之一，也將是世界橋(qiao)梁(liang)領(ling)域的(de)(de)里程(cheng)碑式工程(cheng)。

【責任編輯(ji)：趙藝涵】