張貴鋒 楊存興 曹建強

　　福廈高鐵作為國內(nèi)首條跨海高鐵，福廈高鐵正線全長277.42公里，全線共有104座橋梁、45座隧道，先后跨越湄洲灣、泉州灣、安海灣三個海灣，堪稱“海上奇觀博物館”和“橋梁博物館”，因施工難度大、標準高而備受矚目。

　　福廈高鐵自開工建設以來，在東南沿海鐵路福建有限責任公司的指導下，參建單位牢固樹立“精品工程、智能福廈”理念，攻堅克難，積極探索新技術(shù)、新工藝，斬獲多個“首次”，創(chuàng)下諸多“第一”，展示了中國高鐵橋梁建設強大的科技力量。

　　無砟勝有砟

　　成功解鎖跨海過橋不減速

　　由中國鐵建大橋工程局集團承建的安海灣特大橋，跨海區(qū)段長1.56公里，主跨達300米，是世界無砟軌道橋梁“大跨”跨海的“開山之作”。

　　為什么要在跨海大橋設計無砟軌道？

　　有砟軌道在列車高速通過時，道砟容易被強勁氣流吸起后擊打列車底盤，危及行車安全。采用無砟軌道則可避免道砟飛濺，其平順性、穩(wěn)定性更好。列車通過有砟軌道時需要減速，而通過無砟軌道則“如履平地”。

　　但無砟軌道可謂“想說愛你不容易”。跨度300米及以上的大跨高鐵橋，多采用斜拉橋等半漂浮體系結(jié)構(gòu)。受自然環(huán)境影響，橋面高程會隨氣溫升降而變化，影響軌道平順度。鋪設無砟軌道并通行高速列車，對橋梁的結(jié)構(gòu)剛度、動力性能等要求極高。斜拉橋結(jié)構(gòu)本身易變形，在大風頻繁的海上環(huán)境，既確保跨度又兼顧剛度，是關(guān)鍵中的關(guān)鍵。

　　經(jīng)過大量模擬試驗，設計團隊找到了符合要求的鋼混疊合梁結(jié)構(gòu)參數(shù)。鋼混疊合梁由混凝土橋面板與槽形鋼梁組成。鋼梁自重輕、適應大跨度橋梁建設；混凝土橋面則提升橋梁剛度，兩者“強強聯(lián)手”，滿足列車高速通過的需求，讓這道難題迎刃而解。

　　在安海灣特大橋上鋪設無砟軌道，國內(nèi)外沒有先例可循。

　　目前國內(nèi)無砟軌道主要分兩種，一種是預制板式無砟軌道，即在工廠預制好軌道板運送至現(xiàn)場施工；另一種是現(xiàn)澆雙塊式無砟軌道，即在現(xiàn)場組裝好軌排再開展道床板澆筑施工。

　　在大跨度跨海橋梁上，采用現(xiàn)澆雙塊式無砟軌道并通行高速動車，需針對復雜的受力和變形協(xié)調(diào)等要求，設計出與之相適應的無砟軌道結(jié)構(gòu)。

　　通過努力，設計人員找到了破解之道，即在鋼筋混凝土底座與鋼筋混凝土道床之間設置隔離緩沖墊層，替代傳統(tǒng)設計采用纖維織物土工布的做法。

　　設置隔離緩沖墊層，不僅起到鋼筋混凝土底座與道床之間的隔離作用，還實現(xiàn)變形、協(xié)調(diào)功能，也便于運營期道床的整治、維修。

　　創(chuàng)新研發(fā)的現(xiàn)澆雙塊式無砟軌道，解決了大跨度高鐵橋上鋪設無砟軌道的難題，實現(xiàn)時速350公里高鐵列車跨海過橋不減速，列車駛過650米長的安海灣特大橋主橋只需6.7秒。

　　“以銹制銹”防腐蝕

　　獨特造型抗大風

　　與普通橋梁相比，跨海大橋還面臨另一個考驗：海風海水的腐蝕。

　　在潮濕空氣中，鋼鐵表面形成的水膜，會溶解大氣中的二氧化碳、二氧化硫、硫化氫等氣體，使水膜中含有一定量的氫離子，形成含有電解質(zhì)溶液的薄膜，恰好與鋼鐵中的鐵和少量碳構(gòu)成原電池。

　　而海氣中彌散的大量鹽分，又“雪上加霜”，加速電子在溶液中的移動，這種導電作用，加快鋼鐵的腐蝕速度。

　　高鐵工程結(jié)構(gòu)的抗腐蝕標準是百年抗腐，在沿海地區(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，很難達到百年抗腐的標準。

　　安海灣特大橋的索塔鋼錨梁和支座，采用耐海洋大氣腐蝕鋼，填補了我國的鋼種空白。所謂耐海洋大氣腐蝕鋼，是世界超級鋼技術(shù)前沿水平的系列鋼種之一，通過往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，實現(xiàn)“以銹制銹”的長效防腐效果。

　　由于跨海大橋位于沿海高風速帶，海上多風，必須采取強有力措施，防止橋梁在大風沖擊下產(chǎn)生橫向晃動和渦振現(xiàn)象。

　　為確保安海灣特大橋在大風中“穩(wěn)如泰山”，確保動車高速、平穩(wěn)、安全運行，技術(shù)團隊對橋梁主塔造型開展創(chuàng)新設計：主梁采用流線箱形結(jié)構(gòu)，并附加導流板、減震欄桿、拉索電渦流阻尼器等氣動措施，降低復雜環(huán)境下的風致振動幅度，有效避免異常渦振的發(fā)生，在不設風屏障等防風措施的情況下，大橋可確保列車在8級大風條件下以350公里時速平穩(wěn)通過。

　　國之重器“昆侖號”

　　讓架橋?qū)崿F(xiàn)加速度

　　工欲善其事，必先利其器。2020年11月，世界首臺千噸級運架一體機“昆侖號”閃亮登場，架設世界首座采用1000噸重、40米跨箱梁的跨海高鐵橋梁——福廈高鐵湄洲灣跨海大橋。

　　這臺架橋機的最大承重力超過1000噸，能輕松舉起40米級別的高鐵箱梁，還能搞定32米和24米級的箱梁架設，相當于一臺能頂三臺不同規(guī)格的架橋機作業(yè)。

　　除了體型巨大，“昆侖號”最引人注意的是多達88個輪子，這使得昆侖號舉起沉重的箱梁之后可自行行駛。88個輪子在確保行駛穩(wěn)定性的同時，把重量均勻分攤到更大的接地面積上，減少對橋面的壓強。

　　此外，“昆侖號”的造型也很有講究，特殊的結(jié)構(gòu)使得海風可以直接從縫隙當中穿過，讓“昆侖號”在超過7級的大風條件下也能穩(wěn)穩(wěn)地正常作業(yè)。“昆侖號”的本事還有不少：配備了激光矩陣傳感器系統(tǒng)，通過掃描周邊環(huán)境數(shù)據(jù)，能夠在隧道內(nèi)實現(xiàn)自動行駛、行走自動糾偏等功能。這個功能使得架梁速度提升了25%。正是憑借“昆侖號”這個神器，建設者僅用218天就完成了湄洲灣跨海大橋的架設任務。

　　湄洲灣跨海大橋和“昆侖號”運架一體機，分別入選2021年度央企“十大超級工程”和“十大國之重器”。