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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(sha)高(gao)鐵泉州灣(wan)大(da)橋(qiao)全(quan)長20.3公里，主(zhu)跨(kua)400米，是國內外首座高(gao)鐵跨(kua)海大(da)橋(qiao)；設計行車(che)時速(su)達350公里，為世界最高(gao)；是全(quan)球首座采用(yong)免(mian)涂裝耐候(hou)鋼大(da)型跨(kua)海工程。

9月15日(ri)，世(shi)界橋(qiao)梁領域又一里程(cheng)碑(bei)式(shi)工程(cheng)——福(fu)（州）至(zhi)廈（門）高速鐵(tie)路泉州灣(wan)大橋(qiao)主塔正式(shi)封頂。

“福廈高鐵泉州(zhou)灣大橋全長20.3公(gong)(gong)里，主跨400米，設計(ji)建(jian)設面臨多項技術挑戰。大橋主塔封(feng)頂，標志著(zhu)我國橋梁建(jian)設開啟了世界高速(su)鐵路跨海(hai)時代。”中(zhong)國鐵建(jian)第四勘(kan)察設計(ji)院集團有限公(gong)(gong)司(si)（以下簡稱鐵四院）福廈高鐵泉州(zhou)灣跨海(hai)大橋設計(ji)負責人曾甲(jia)華說。

福廈高鐵(tie)泉州灣跨海大(da)橋(qiao)(qiao)是國內外(wai)首座(zuo)高速鐵(tie)路跨海斜拉(la)橋(qiao)(qiao)；設計行(xing)車時(shi)速超(chao)過300公里，為世界最高、世界第(di)四長跨海鐵(tie)路大(da)橋(qiao)(qiao)，也是全球(qiu)首座(zuo)主塔采用(yong)免(mian)涂裝(zhuang)耐候(hou)鋼的(de)大(da)型(xing)跨海工(gong)程。

高速抗風行駛，同樣做到硬幣不倒

泉州灣(wan)大橋是福(fu)廈高鐵關鍵控制性工程，大橋跨越泉州灣(wan)中部海(hai)域，為世界(jie)首座高速鐵路(lu)跨海(hai)大橋。

“跨海高鐵(tie)大橋，設計最(zui)關鍵是抗(kang)風以及(ji)保持高速(su)行駛(shi)，否(fou)則橋梁會因(yin)風產(chan)生嚴重的橫向晃(huang)動和上下震幅（渦震）現象。”曾甲華說。

地理氣象信息顯示，泉(quan)州(zhou)灣位于(yu)沿(yan)海高風(feng)(feng)(feng)速帶，風(feng)(feng)(feng)速大，風(feng)(feng)(feng)況復雜，全年6級(ji)及以上風(feng)(feng)(feng)力天數達91天。

為保(bao)證橋梁在(zai)大(da)風中穩固(gu)，保(bao)持動(dong)車(che)高速運(yun)行的連續性，鐵四院技(ji)術(shu)團(tuan)隊在(zai)設(she)計中采用了大(da)量(liang)新結構和新技(ji)術(shu)，達到在(zai)不(bu)設(she)風屏障等防風措施下(xia)(xia)，動(dong)車(che)在(zai)8級大(da)風下(xia)(xia)以時(shi)速350公里(li)速度行駛不(bu)限速，11級暴風下(xia)(xia)不(bu)封閉交通。

由于泉州(zhou)灣航(hang)運繁忙，跨越(yue)主(zhu)(zhu)航(hang)道必須加大(da)主(zhu)(zhu)跨。“通航(hang)孔主(zhu)(zhu)橋設計采(cai)用主(zhu)(zhu)跨400米雙塔(ta)鋼—混組合梁斜拉(la)橋，兩(liang)側深水(shui)區引橋總長約4.3公里(li)、采(cai)用3—70米無支(zhi)座整體式(shi)剛構橋，為(wei)國內外(wai)鐵路斜拉(la)橋首次。”曾(ceng)甲華說(shuo)。

為解(jie)決強風環(huan)境下(xia)長大(da)跨海大(da)橋通行(xing)高速鐵路(lu)列(lie)車的(de)技術難題(ti)，鐵四院還(huan)對橋梁主塔造(zao)型進行(xing)了創新設計(ji)。

“主梁(liang)采(cai)用流(liu)線箱形(xing)結構(gou)，并附加導流(liu)板(ban)、減(jian)振欄桿、拉索(suo)電渦(wo)流(liu)阻(zu)尼器(qi)等有效氣動措施。”曾甲華(hua)說，這些結構(gou)設計，使橋體繞開(kai)風(feng)向，減(jian)少了(le)復雜風(feng)環境下的風(feng)致振動，避(bi)免了(le)虎門(men)大橋、武漢(han)鸚鵡洲長江(jiang)大橋等國(guo)內橋梁(liang)曾經(jing)發(fa)生過的異常渦(wo)振現象。

根(gen)據系列風(feng)洞(dong)試驗和風(feng)—車(che)—線—橋(qiao)耦合振(zhen)動等(deng)專題研究成果，福(fu)廈高(gao)鐵泉州(zhou)灣跨海大(da)橋(qiao)可抵抗12級(ji)強(qiang)臺風(feng)，渦激振(zhen)動幅度控制在驚人(ren)的5毫米以內。

“這個渦振數字(zi)，使高速(su)列(lie)車即使在8級大(da)風中通過跨海大(da)橋(qiao)(qiao)橋(qiao)(qiao)面，也能達到(dao)(dao)與陸地(di)引橋(qiao)(qiao)相同的(de)行車條件，同樣做(zuo)到(dao)(dao)硬幣(bi)不倒。”曾甲(jia)華說。

新(xin)結構、新(xin)技術的采(cai)用，使福廈高鐵(tie)正(zheng)線(xian)達到時(shi)(shi)速350公里運營目標，消除了以往(wang)沿海高鐵(tie)跨海時(shi)(shi)降速的難題。

以銹制銹，適應高鹽高濕腐蝕環境

除了抗風，在海洋氣候高(gao)鹽高(gao)濕(shi)腐蝕環境下，如何保證高(gao)速鐵路跨海大橋(qiao)長效防(fang)腐耐(nai)久？這是設計面臨的又(you)一個難題。

“為解決海(hai)洋環(huan)境橋梁銹蝕問題(ti)，以往的(de)防護(hu)需要定期除繡涂漆(qi)。”曾甲華說，針對海(hai)洋環(huan)境下橋梁重要結構的(de)銹蝕問題(ti)，福廈高鐵泉州(zhou)灣跨海(hai)大(da)橋索塔鋼(gang)錨梁和支(zhi)座(zuo)(zuo)創新采(cai)用新材料，在國內首次采(cai)用耐海(hai)洋大(da)氣(qi)腐(fu)蝕鋼(gang)，免涂裝（不(bu)涂油(you)漆(qi)）、不(bu)設除濕系統，為全球首座(zuo)(zuo)采(cai)用免涂裝耐候鋼(gang)的(de)大(da)型(xing)跨海(hai)工(gong)程，適應了(le)高鹽(yan)高濕的(de)海(hai)洋腐(fu)蝕大(da)氣(qi)環(huan)境。

耐(nai)候鋼，即耐(nai)大氣(qi)腐(fu)蝕鋼，由普碳鋼添加少量(liang)銅(tong)、鎳(nie)等耐(nai)腐(fu)蝕元素而成，在融入現代冶金新(xin)(xin)機制、新(xin)(xin)技術和新(xin)(xin)工藝后(hou)，不斷(duan)發展創新(xin)(xin)，屬(shu)世界(jie)超級鋼技術前沿水(shui)平的系列鋼種(zhong)之一。

為填補我國耐海洋大氣腐蝕鋼(gang)的(de)鋼(gang)種空(kong)白，鐵四院設計團隊聯合鞍(an)鋼(gang)集(ji)團有限公司（以下簡稱鞍(an)鋼(gang)集(ji)團）立項攻關。

“通過反復對鋼(gang)材(cai)化學(xue)成(cheng)分進行設計比(bi)選、力(li)學(xue)及工藝驗證(zheng)試驗、海洋環境現(xian)場掛片曝(pu)曬試驗等(deng)，成(cheng)功(gong)研制了(le)鎳系耐海洋大氣(qi)腐(fu)蝕鋼(gang)、配套高(gao)強螺栓及焊接(jie)材(cai)料，基于鋼(gang)材(cai)自身生成(cheng)致(zhi)密穩定的(de)鈍化銹(xiu)層，阻止氯離子滲透(tou)。”曾甲華說，項目(mu)課題成(cheng)果(guo)體現(xian)“以銹(xiu)制銹(xiu)”理念，達到海洋環境下橋梁(liang)全壽命期(qi)的(de)長效防腐(fu)效果(guo)。

鞍鋼集(ji)團和鐵四院技術人員表(biao)示(shi)，福廈(sha)高鐵泉(quan)州(zhou)灣(wan)跨海(hai)大(da)(da)橋項目，打(da)破了免涂(tu)裝耐(nai)候鋼只能應用在普通大(da)(da)氣環(huan)境和濱海(hai)環(huan)境（離海(hai)岸線1公里以上(shang)）的(de)世界(jie)技術格(ge)局，推動了世界(jie)耐(nai)候鋼橋的(de)發展，實現“免涂(tu)裝、綠色(se)(se)(se)耐(nai)久、銹色(se)(se)(se)之(zhi)美”的(de)綠色(se)(se)(se)全壽命設計。

耐候鋼成(cheng)本(ben)高，僅能用(yong)在最(zui)重要的承(cheng)力結構部(bu)件上，大面積(ji)的鋼梁(liang)如何實現(xian)耐久防腐？

為給(gei)大橋尋找(zhao)超(chao)長(chang)耐久(jiu)防(fang)(fang)(fang)腐(fu)(fu)(fu)涂(tu)料，鐵四院(yuan)聯(lian)合北京航空材料研究(jiu)院(yuan)，研發(fa)并應用了鋼梁超(chao)長(chang)耐久(jiu)防(fang)(fang)(fang)腐(fu)(fu)(fu)涂(tu)裝(zhuang)體系。“該體系采用石墨烯納米材料改性鱗(lin)片型醇(chun)溶(rong)無機富鋅(xin)底漆和超(chao)耐候氟碳面漆，耐鹽霧性和耐人工加速老(lao)化(hua)性為現有技術的2倍以上(shang)，可(ke)實(shi)(shi)現鋼結(jie)構在海(hai)(hai)洋(yang)腐(fu)(fu)(fu)蝕大氣環(huan)境下30年(nian)以上(shang)的超(chao)長(chang)壽(shou)命耐久(jiu)目標。”曾(ceng)甲華說，這個時間高于目前(qian)跨海(hai)(hai)橋最長(chang)25年(nian)的設計防(fang)(fang)(fang)腐(fu)(fu)(fu)壽(shou)命，將(jiang)實(shi)(shi)現我(wo)國(guo)鋼梁防(fang)(fang)(fang)腐(fu)(fu)(fu)涂(tu)裝(zhuang)體系30年(nian)超(chao)長(chang)防(fang)(fang)(fang)腐(fu)(fu)(fu)壽(shou)命的技術突破。

長聯大跨，毫米級精度建造抗強震

福廈高(gao)鐵(tie)泉州灣(wan)大(da)橋(qiao)(qiao)設(she)計全聯長采(cai)用鋼—混結(jie)合(he)梁，為國內外(wai)鐵(tie)路(lu)(lu)斜(xie)拉(la)橋(qiao)(qiao)中(zhong)首次采(cai)用。構件全部實(shi)(shi)現工廠化制造(zao)，深水區引(yin)橋(qiao)(qiao)采(cai)用標準(zhun)化的無支(zhi)座整體預(yu)應力混凝土剛構橋(qiao)(qiao)。“通過設(she)計采(cai)用上(shang)述橋(qiao)(qiao)梁結(jie)構形式和體系的選擇，實(shi)(shi)現了高(gao)速鐵(tie)路(lu)(lu)橋(qiao)(qiao)梁毫(hao)米級建(jian)造(zao)精度要求(qiu)。”曾(ceng)甲華說。

福廈高鐵(tie)設(she)計位于福建沿(yan)海地區和臺(tai)灣海峽西岸，北起(qi)福州市，途(tu)徑莆田、泉州、廈門，南至漳州，正線全長277公里(li)，設(she)計時(shi)速度(du)350公里(li)，是我國(guo)(guo)第一條真(zhen)正意(yi)義上的(de)海洋環境下服役的(de)高速鐵(tie)路工程、國(guo)(guo)內外行車速度(du)最(zui)高的(de)沿(yan)海/跨海鐵(tie)路。

“泉州灣(wan)高鐵(tie)跨海(hai)大橋地處(chu)臺(tai)灣(wan)海(hai)峽西岸，屬地震(zhen)高烈度區，從概率(lv)上具備(bei)發生8級(ji)強震(zhen)的可能(neng)性。”曾(ceng)甲華說(shuo)。

如何解(jie)決(jue)(jue)長聯(lian)高(gao)墩(dun)跨(kua)(kua)海大橋(qiao)的抗震(zhen)設(she)計難(nan)題？“設(she)計團隊研制采(cai)用了縱向粘滯阻尼器、可(ke)剪斷(duan)的耐候雙曲(qu)面球型(xing)鋼支(zhi)座(zuo)、金屬阻尼器的綜合減(jian)隔震(zhen)體系及技術；采(cai)用無支(zhi)座(zuo)整體剛構橋(qiao)，實現長聯(lian)高(gao)墩(dun)橋(qiao)梁(liang)的柔性高(gao)墩(dun)、梁(liang)部體系協同受力，解(jie)決(jue)(jue)了地(di)震(zhen)高(gao)烈度(du)區長聯(lian)高(gao)墩(dun)大跨(kua)(kua)橋(qiao)梁(liang)的抗震(zhen)設(she)計難(nan)題。”曾甲華說。

除結構設(she)(she)計技術(shu)材料不(bu)斷(duan)創新，福廈高鐵泉州(zhou)灣大橋在設(she)(she)計上也(ye)充(chong)分(fen)踐行(xing)了“精品工程、智能工程和環境友(you)好型工程”現代理念(nian)，即一個好的(de)建筑設(she)(she)計必須融(rong)入當地(di)自然環境。

“項目聯合美(mei)術院校開展了景觀專(zhuan)題(ti)設(she)計，充分融入海(hai)(hai)洋元(yuan)素。橋塔采(cai)用了貝殼(ke)形(xing)曲線橋塔，兼顧結構合理和建(jian)筑美(mei)學。”曾甲華解釋說，這(zhe)個造型設(she)計寓意為“泉州作為福建(jian)經濟第(di)一強市(shi)、古代(dai)海(hai)(hai)上(shang)絲(si)綢(chou)之路的(de)(de)起點及當時的(de)(de)東方第(di)一大港(gang)”，海(hai)(hai)洋孕育了泉州這(zhe)座(zuo)沿(yan)海(hai)(hai)城市(shi)，賦予了她無(wu)盡的(de)(de)生機(ji)活力和發(fa)展動力，將在21世(shi)(shi)紀(ji)海(hai)(hai)上(shang)絲(si)綢(chou)之路的(de)(de)發(fa)展契機(ji)下，揚帆起航，重現海(hai)(hai)上(shang)貿易和世(shi)(shi)界大港(gang)的(de)(de)輝煌(huang)。

專家認(ren)為，福廈高(gao)鐵(tie)(tie)泉州灣跨海大橋(qiao)將推動我國大跨度高(gao)速(su)鐵(tie)(tie)路、跨海橋(qiao)梁的(de)(de)技術發展，成為中國高(gao)速(su)鐵(tie)(tie)路2.0版的(de)(de)代表性工程(cheng)之一(yi)，也將是(shi)世界(jie)橋(qiao)梁領域的(de)(de)里程(cheng)碑式工程(cheng)。

【責任編輯：趙藝涵】