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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(fu)廈高(gao)鐵泉州灣(wan)大橋全長20.3公里，主(zhu)跨(kua)(kua)400米，是(shi)國內外首座高(gao)鐵跨(kua)(kua)海大橋；設計行車時(shi)速達350公里，為世(shi)界最高(gao)；是(shi)全球首座采用免(mian)涂(tu)裝耐(nai)候鋼大型(xing)跨(kua)(kua)海工程(cheng)。

9月15日，世界橋(qiao)梁領域又一里程碑式(shi)工程——福（州）至廈（門）高速鐵路泉州灣大橋(qiao)主(zhu)塔正式(shi)封頂。

“福廈高鐵(tie)泉州灣(wan)大(da)橋(qiao)(qiao)全長20.3公里(li)，主跨(kua)400米，設(she)計(ji)(ji)建設(she)面臨多項(xiang)技(ji)術挑戰。大(da)橋(qiao)(qiao)主塔封(feng)頂，標志著我國橋(qiao)(qiao)梁建設(she)開(kai)啟了世界高速鐵(tie)路跨(kua)海時代。”中國鐵(tie)建第四(si)勘察(cha)設(she)計(ji)(ji)院集團有限(xian)公司（以下簡(jian)稱鐵(tie)四(si)院）福廈高鐵(tie)泉州灣(wan)跨(kua)海大(da)橋(qiao)(qiao)設(she)計(ji)(ji)負責人曾甲華說。

福(fu)廈高(gao)鐵泉州灣跨海大橋是(shi)國(guo)內外首座高(gao)速鐵路(lu)跨海斜拉橋；設計行車時速超(chao)過300公里(li)，為世界最高(gao)、世界第四長(chang)跨海鐵路(lu)大橋，也是(shi)全球(qiu)首座主(zhu)塔采用免涂裝耐候鋼的大型跨海工程。

高速抗風行駛，同樣做到硬幣不倒

泉(quan)州灣大(da)橋(qiao)是福廈高(gao)鐵關鍵控制性工程，大(da)橋(qiao)跨越泉(quan)州灣中部(bu)海(hai)域，為世界首(shou)座(zuo)高(gao)速鐵路跨海(hai)大(da)橋(qiao)。

“跨海高鐵大橋，設計最關(guan)鍵是抗風以及保持(chi)高速行(xing)駛，否(fou)則(ze)橋梁會因(yin)風產生嚴(yan)重(zhong)的橫向晃動和上下震(zhen)幅（渦震(zhen)）現象。”曾(ceng)甲華說。

地理(li)氣象信(xin)息顯(xian)示，泉州(zhou)灣位于沿海(hai)高風(feng)速帶(dai)，風(feng)速大，風(feng)況復雜(za)，全年(nian)6級(ji)及(ji)以(yi)上風(feng)力天(tian)(tian)數(shu)達91天(tian)(tian)。

為保證橋(qiao)梁在(zai)大風(feng)中(zhong)穩固，保持動車高速(su)(su)運(yun)行的連續性，鐵四院技(ji)術團隊在(zai)設(she)計中(zhong)采用了大量新結構和新技(ji)術，達到在(zai)不設(she)風(feng)屏障(zhang)等(deng)防風(feng)措施下(xia)，動車在(zai)8級大風(feng)下(xia)以時速(su)(su)350公(gong)里速(su)(su)度行駛不限(xian)速(su)(su)，11級暴風(feng)下(xia)不封閉交通。

由于泉州灣航運繁忙，跨越主(zhu)(zhu)航道必須加大主(zhu)(zhu)跨。“通航孔主(zhu)(zhu)橋(qiao)設(she)計(ji)采用(yong)主(zhu)(zhu)跨400米雙塔鋼—混組(zu)合(he)梁(liang)斜拉橋(qiao)，兩側深水(shui)區(qu)引橋(qiao)總(zong)長約4.3公里、采用(yong)3—70米無支(zhi)座整體式剛構橋(qiao)，為國內(nei)外鐵路斜拉橋(qiao)首次。”曾甲華說。

為解決強風環境(jing)下(xia)長大(da)跨(kua)海大(da)橋通(tong)行高速(su)鐵(tie)路(lu)列車的技術(shu)難(nan)題(ti)，鐵(tie)四院還對(dui)橋梁主塔造型進行了創(chuang)新設計。

“主梁(liang)采(cai)用流線(xian)箱形結構(gou)，并附加導流板、減(jian)(jian)振(zhen)欄桿、拉(la)索電(dian)渦流阻尼器等有效氣動(dong)(dong)措(cuo)施。”曾甲華說，這些結構(gou)設計，使橋(qiao)體繞開(kai)風向，減(jian)(jian)少了(le)復雜風環(huan)境下的(de)風致振(zhen)動(dong)(dong)，避免(mian)了(le)虎門大橋(qiao)、武(wu)漢鸚鵡洲長(chang)江(jiang)大橋(qiao)等國內橋(qiao)梁(liang)曾經發生過的(de)異常(chang)渦振(zhen)現象。

根據(ju)系列風(feng)(feng)洞試驗和風(feng)(feng)—車—線—橋耦合振(zhen)動等專題研究成果，福(fu)廈(sha)高(gao)鐵泉州(zhou)灣跨海大橋可(ke)抵抗(kang)12級(ji)強臺風(feng)(feng)，渦激振(zhen)動幅(fu)度控制在驚人的5毫(hao)米以(yi)內。

“這(zhe)個渦振數字，使(shi)(shi)高速(su)列車即使(shi)(shi)在8級大風(feng)中通過跨海大橋(qiao)(qiao)橋(qiao)(qiao)面，也能達(da)到與陸地引橋(qiao)(qiao)相同的(de)行車條(tiao)件，同樣做到硬幣不倒。”曾甲華說。

新結構、新技(ji)術的采用，使福廈(sha)高鐵正線達到(dao)時速350公里運營(ying)目標，消除了以往(wang)沿海(hai)高鐵跨海(hai)時降速的難題。

以銹制銹，適應高鹽高濕腐蝕環境

除了抗風，在海(hai)(hai)洋氣(qi)候高鹽高濕腐蝕環境下，如何保證高速鐵路跨海(hai)(hai)大橋(qiao)長效防(fang)腐耐久(jiu)？這是設計面(mian)臨(lin)的又(you)一(yi)個難題。

“為解決海(hai)洋環(huan)境橋梁(liang)(liang)銹(xiu)蝕問題，以往的防護需要(yao)定(ding)期除繡(xiu)涂(tu)(tu)(tu)漆。”曾甲華說，針對海(hai)洋環(huan)境下橋梁(liang)(liang)重要(yao)結(jie)構(gou)的銹(xiu)蝕問題，福(fu)廈高(gao)鐵泉(quan)州灣跨海(hai)大(da)橋索塔鋼(gang)(gang)錨梁(liang)(liang)和支座創新采用新材料，在國內首(shou)次采用耐海(hai)洋大(da)氣(qi)腐蝕鋼(gang)(gang)，免(mian)(mian)涂(tu)(tu)(tu)裝（不涂(tu)(tu)(tu)油(you)漆）、不設除濕系(xi)統，為全球首(shou)座采用免(mian)(mian)涂(tu)(tu)(tu)裝耐候(hou)鋼(gang)(gang)的大(da)型跨海(hai)工程，適應了高(gao)鹽高(gao)濕的海(hai)洋腐蝕大(da)氣(qi)環(huan)境。

耐(nai)候鋼(gang)，即耐(nai)大(da)氣腐蝕鋼(gang)，由(you)普(pu)碳(tan)鋼(gang)添加少量(liang)銅(tong)、鎳等耐(nai)腐蝕元素而成，在融入現代冶金新機(ji)制、新技術和新工藝后，不斷發展創(chuang)新，屬世界超(chao)級鋼(gang)技術前沿水(shui)平的系列鋼(gang)種之一(yi)。

為(wei)填補我國(guo)耐(nai)海洋大(da)氣(qi)腐蝕鋼的鋼種空白(bai)，鐵(tie)四(si)院(yuan)設計團隊聯合鞍(an)鋼集(ji)團有限公司（以下簡稱鞍(an)鋼集(ji)團）立(li)項攻關。

“通過反復對鋼材化(hua)學成分(fen)進行設計比選、力學及工藝驗(yan)證試驗(yan)、海洋(yang)環境(jing)(jing)現場掛片曝(pu)曬試驗(yan)等，成功(gong)研制(zhi)了鎳系耐(nai)海洋(yang)大(da)氣腐蝕鋼、配套高強(qiang)螺(luo)栓及焊接材料(liao)，基于(yu)鋼材自身(shen)生成致密穩定的(de)鈍(dun)化(hua)銹層，阻(zu)止氯離(li)子滲透。”曾甲華(hua)說(shuo)，項目課題(ti)成果體現“以銹制(zhi)銹”理念，達到海洋(yang)環境(jing)(jing)下(xia)橋梁全壽命期的(de)長效(xiao)(xiao)防腐效(xiao)(xiao)果。

鞍鋼(gang)集(ji)團和(he)鐵(tie)四院(yuan)技(ji)術(shu)人員表示，福廈高鐵(tie)泉州灣跨海(hai)大(da)橋(qiao)項目，打破了免(mian)涂裝耐(nai)候鋼(gang)只能(neng)應(ying)用在普通大(da)氣環(huan)境(jing)和(he)濱海(hai)環(huan)境(jing)（離海(hai)岸線1公里以上）的世(shi)界技(ji)術(shu)格局，推動了世(shi)界耐(nai)候鋼(gang)橋(qiao)的發展，實(shi)現“免(mian)涂裝、綠色耐(nai)久、銹(xiu)色之(zhi)美(mei)”的綠色全壽(shou)命設(she)計。

耐候鋼成(cheng)本高，僅(jin)能(neng)用在最重要的承力結(jie)構部(bu)件上，大面積的鋼梁如何實現耐久防腐？

為給大橋(qiao)尋找超(chao)長耐(nai)久(jiu)防(fang)腐(fu)涂(tu)料(liao)(liao)，鐵四院聯合北京航空材料(liao)(liao)研(yan)究院，研(yan)發并應(ying)用(yong)了鋼(gang)梁超(chao)長耐(nai)久(jiu)防(fang)腐(fu)涂(tu)裝(zhuang)體系(xi)。“該體系(xi)采用(yong)石墨烯納米材料(liao)(liao)改性(xing)(xing)鱗片型(xing)醇溶無機富(fu)鋅(xin)底(di)漆和(he)超(chao)耐(nai)候氟碳(tan)面(mian)漆，耐(nai)鹽(yan)霧性(xing)(xing)和(he)耐(nai)人工(gong)加速老化性(xing)(xing)為現有技術的(de)2倍以(yi)(yi)上，可(ke)實現鋼(gang)結(jie)構在海洋(yang)腐(fu)蝕大氣(qi)環境下(xia)30年以(yi)(yi)上的(de)超(chao)長壽(shou)命(ming)耐(nai)久(jiu)目標。”曾甲(jia)華說，這個(ge)時間高于(yu)目前跨海橋(qiao)最長25年的(de)設計防(fang)腐(fu)壽(shou)命(ming)，將實現我國鋼(gang)梁防(fang)腐(fu)涂(tu)裝(zhuang)體系(xi)30年超(chao)長防(fang)腐(fu)壽(shou)命(ming)的(de)技術突破。

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)(qiao)設計(ji)全聯長采(cai)用(yong)鋼—混結(jie)合(he)梁(liang)，為國內外鐵(tie)路斜拉橋(qiao)(qiao)中(zhong)首次采(cai)用(yong)。構件全部(bu)實現(xian)工廠化(hua)制(zhi)造(zao)，深水區引橋(qiao)(qiao)采(cai)用(yong)標準化(hua)的(de)無支座整(zheng)體(ti)預應力(li)混凝土剛構橋(qiao)(qiao)。“通過設計(ji)采(cai)用(yong)上述橋(qiao)(qiao)梁(liang)結(jie)構形式和體(ti)系(xi)的(de)選擇，實現(xian)了(le)高速鐵(tie)路橋(qiao)(qiao)梁(liang)毫米級(ji)建造(zao)精度要求。”曾甲華說(shuo)。

福(fu)廈高鐵設計(ji)(ji)位于福(fu)建沿(yan)海(hai)(hai)地區和臺灣海(hai)(hai)峽(xia)西岸，北起福(fu)州市，途徑莆田、泉州、廈門，南至漳州，正線全長277公里，設計(ji)(ji)時(shi)速度350公里，是我國(guo)第一條真正意義上的(de)海(hai)(hai)洋(yang)環境(jing)下(xia)服役的(de)高速鐵路(lu)(lu)工程、國(guo)內(nei)外行車速度最高的(de)沿(yan)海(hai)(hai)/跨海(hai)(hai)鐵路(lu)(lu)。

“泉州灣高鐵跨海大(da)橋地處臺灣海峽西(xi)岸，屬地震高烈度(du)區(qu)，從概率上具備發生8級(ji)強震的可能性。”曾甲華說。

如(ru)何(he)解決長(chang)聯高墩(dun)跨(kua)海大(da)橋的抗(kang)震(zhen)設計難(nan)題？“設計團隊(dui)研制采(cai)(cai)用(yong)了縱向粘(zhan)滯(zhi)阻(zu)尼器(qi)、可剪斷的耐候(hou)雙(shuang)曲(qu)面(mian)球型(xing)鋼支座(zuo)、金屬阻(zu)尼器(qi)的綜合減隔震(zhen)體(ti)系及技術；采(cai)(cai)用(yong)無支座(zuo)整體(ti)剛構橋，實現長(chang)聯高墩(dun)橋梁的柔性(xing)高墩(dun)、梁部體(ti)系協同(tong)受力(li)，解決了地震(zhen)高烈度區長(chang)聯高墩(dun)大(da)跨(kua)橋梁的抗(kang)震(zhen)設計難(nan)題。”曾甲華(hua)說。

除結構設計技術材(cai)料不斷創新，福廈高鐵泉州灣大橋在設計上也充分踐(jian)行了“精品工程、智(zhi)能工程和環境友好型工程”現代理念(nian)，即(ji)一個好的建筑設計必須融入當地自(zi)然(ran)環境。

“項目(mu)聯合(he)美(mei)術(shu)院校開展了(le)(le)景觀專題設(she)計，充分融入(ru)海(hai)洋(yang)元素。橋塔采用了(le)(le)貝殼形曲(qu)線(xian)橋塔，兼顧(gu)結構合(he)理(li)和建筑美(mei)學(xue)。”曾甲華解釋說，這個(ge)造型設(she)計寓意為“泉(quan)州作為福建經濟第(di)一強市、古代海(hai)上絲(si)(si)綢(chou)之路(lu)的(de)起點及(ji)當時的(de)東方第(di)一大(da)港”，海(hai)洋(yang)孕育(yu)了(le)(le)泉(quan)州這座沿海(hai)城市，賦予了(le)(le)她(ta)無盡的(de)生機活(huo)力和發(fa)展動力，將在21世(shi)(shi)紀(ji)海(hai)上絲(si)(si)綢(chou)之路(lu)的(de)發(fa)展契機下，揚帆起航(hang)，重現海(hai)上貿易(yi)和世(shi)(shi)界(jie)大(da)港的(de)輝煌。

專家認為(wei)，福廈高鐵(tie)泉州灣跨海大橋將推動(dong)我國(guo)大跨度高速鐵(tie)路、跨海橋梁的(de)(de)技術發展，成為(wei)中(zhong)國(guo)高速鐵(tie)路2.0版(ban)的(de)(de)代表性工(gong)程(cheng)(cheng)之一，也將是(shi)世界橋梁領域的(de)(de)里程(cheng)(cheng)碑式工(gong)程(cheng)(cheng)。

【責(ze)任編輯：趙藝涵】