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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(gao)(gao)鐵泉州灣大橋(qiao)全(quan)(quan)長20.3公里，主跨(kua)400米，是國(guo)內外首座(zuo)高(gao)(gao)鐵跨(kua)海大橋(qiao)；設計行車時(shi)速(su)達350公里，為世界最高(gao)(gao)；是全(quan)(quan)球首座(zuo)采用免(mian)涂裝耐候鋼(gang)大型跨(kua)海工程(cheng)。

9月15日，世界橋梁領域(yu)又一里程碑式(shi)工程——福（州(zhou)）至廈（門）高(gao)速鐵路泉州(zhou)灣大橋主塔(ta)正式(shi)封頂(ding)。

“福(fu)廈(sha)高(gao)(gao)鐵泉州灣大橋(qiao)(qiao)全長(chang)20.3公(gong)里，主跨400米(mi)，設(she)計(ji)建(jian)設(she)面臨多項技術挑戰(zhan)。大橋(qiao)(qiao)主塔封頂，標志著我國(guo)橋(qiao)(qiao)梁建(jian)設(she)開啟了世界高(gao)(gao)速(su)鐵路跨海(hai)時(shi)代。”中國(guo)鐵建(jian)第(di)四(si)勘察(cha)設(she)計(ji)院集(ji)團有限公(gong)司（以下簡稱鐵四(si)院）福(fu)廈(sha)高(gao)(gao)鐵泉州灣跨海(hai)大橋(qiao)(qiao)設(she)計(ji)負責人曾甲華說。

福廈(sha)高鐵泉州(zhou)灣跨(kua)海(hai)大橋(qiao)(qiao)(qiao)是國內外首(shou)座(zuo)(zuo)高速鐵路跨(kua)海(hai)斜拉(la)橋(qiao)(qiao)(qiao)；設計行車時速超過300公里，為世(shi)界(jie)最高、世(shi)界(jie)第(di)四長跨(kua)海(hai)鐵路大橋(qiao)(qiao)(qiao)，也是全(quan)球首(shou)座(zuo)(zuo)主塔(ta)采用免(mian)涂裝耐候(hou)鋼的大型跨(kua)海(hai)工(gong)程。

高速抗風行駛，同樣做到硬幣不倒

泉州(zhou)灣大橋是福廈高鐵關鍵控制性工(gong)程，大橋跨越泉州(zhou)灣中部海(hai)域，為世界首(shou)座高速鐵路跨海(hai)大橋。

“跨海高鐵大橋，設計最關(guan)鍵是(shi)抗風(feng)以及保持高速行駛，否(fou)則橋梁會因風(feng)產生嚴重(zhong)的橫向晃動和上(shang)下(xia)震幅（渦震）現象。”曾甲華說。

地理氣象信息顯示，泉州(zhou)灣位于沿海高風(feng)(feng)速(su)帶，風(feng)(feng)速(su)大，風(feng)(feng)況復雜(za)，全年6級及以上風(feng)(feng)力天數達91天。

為(wei)保(bao)證橋梁在(zai)大(da)(da)風(feng)(feng)(feng)中穩固，保(bao)持動車高速運行的連續性，鐵四院(yuan)技術團隊在(zai)設(she)計(ji)中采用了大(da)(da)量新(xin)(xin)結構和新(xin)(xin)技術，達到在(zai)不設(she)風(feng)(feng)(feng)屏障(zhang)等防風(feng)(feng)(feng)措(cuo)施下(xia)，動車在(zai)8級大(da)(da)風(feng)(feng)(feng)下(xia)以時速350公里速度行駛(shi)不限速，11級暴風(feng)(feng)(feng)下(xia)不封閉交通(tong)。

由于(yu)泉州灣航(hang)運繁忙，跨(kua)越(yue)主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)航(hang)道必須加大(da)主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)跨(kua)。“通(tong)航(hang)孔主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)橋設(she)計采(cai)用(yong)主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)跨(kua)400米雙(shuang)塔鋼—混組(zu)合梁斜拉橋，兩側深水區引(yin)橋總長約4.3公里(li)、采(cai)用(yong)3—70米無支座整體式剛構橋，為國內外鐵路斜拉橋首(shou)次。”曾甲華說(shuo)。

為解決(jue)強風環(huan)境(jing)下長大跨海大橋(qiao)(qiao)通(tong)行高速鐵路列(lie)車的技(ji)術難題，鐵四院還對橋(qiao)(qiao)梁主塔(ta)造(zao)型(xing)進行了創新設計。

“主梁采用流(liu)線箱(xiang)形結構，并附加導流(liu)板(ban)、減振(zhen)欄桿、拉索電渦流(liu)阻尼(ni)器等有效氣動措施(shi)。”曾甲華(hua)說，這(zhe)些結構設計，使橋體繞開風向，減少(shao)了復雜風環境下的風致振(zhen)動，避(bi)免了虎門大橋、武漢鸚鵡洲長江大橋等國內橋梁曾經發生(sheng)過的異常渦振(zhen)現象。

根據(ju)系列風(feng)(feng)洞試驗和風(feng)(feng)—車—線—橋耦合振動等專題研究(jiu)成果，福廈高鐵泉(quan)州(zhou)灣跨(kua)海大(da)橋可抵抗(kang)12級強臺風(feng)(feng)，渦激振動幅度控(kong)制在驚(jing)人的5毫米以內。

“這(zhe)個渦(wo)振數(shu)字，使高速列車(che)即(ji)使在8級大風中(zhong)通過跨海(hai)大橋(qiao)橋(qiao)面，也能達到(dao)與陸地(di)引橋(qiao)相同的行(xing)車(che)條件(jian)，同樣做到(dao)硬(ying)幣不倒。”曾(ceng)甲華(hua)說。

新結構、新技術的采用，使福廈高鐵(tie)正(zheng)線達到時(shi)速(su)350公里運營目標，消除了(le)以往沿海高鐵(tie)跨海時(shi)降速(su)的難題(ti)。

以銹制銹，適應高鹽高濕腐蝕環境

除了抗風(feng)，在海洋氣候高鹽(yan)高濕腐蝕環境下，如(ru)何保(bao)證高速鐵路跨海大橋長效防腐耐久？這是設計(ji)面臨(lin)的又(you)一個難題。

“為解決海(hai)洋(yang)(yang)環(huan)境橋(qiao)梁(liang)銹蝕問(wen)題，以往的防護(hu)需要(yao)定期(qi)除(chu)繡(xiu)涂(tu)(tu)漆(qi)。”曾甲(jia)華(hua)說，針對海(hai)洋(yang)(yang)環(huan)境下(xia)橋(qiao)梁(liang)重(zhong)要(yao)結構的銹蝕問(wen)題，福廈高(gao)鐵泉州灣跨海(hai)大橋(qiao)索(suo)塔(ta)鋼(gang)錨梁(liang)和支座(zuo)創新采用新材料，在國(guo)內首(shou)(shou)次采用耐海(hai)洋(yang)(yang)大氣腐蝕鋼(gang)，免涂(tu)(tu)裝（不(bu)涂(tu)(tu)油(you)漆(qi)）、不(bu)設除(chu)濕系統，為全球(qiu)首(shou)(shou)座(zuo)采用免涂(tu)(tu)裝耐候鋼(gang)的大型跨海(hai)工程，適應了高(gao)鹽高(gao)濕的海(hai)洋(yang)(yang)腐蝕大氣環(huan)境。

耐(nai)(nai)候鋼(gang)(gang)(gang)，即耐(nai)(nai)大氣腐蝕鋼(gang)(gang)(gang)，由普碳鋼(gang)(gang)(gang)添加少量銅(tong)、鎳等耐(nai)(nai)腐蝕元素(su)而成，在融入現代冶金新機(ji)制、新技術和新工藝后，不斷(duan)發(fa)展創新，屬世界超級鋼(gang)(gang)(gang)技術前沿(yan)水(shui)平(ping)的系列鋼(gang)(gang)(gang)種之一。

為填補(bu)我國耐海洋大氣腐蝕鋼(gang)的鋼(gang)種空白，鐵四院設計團隊聯合鞍(an)鋼(gang)集團有限公司（以下簡(jian)稱鞍(an)鋼(gang)集團）立項攻關。

“通過反復對鋼(gang)材(cai)化(hua)學(xue)成分進行(xing)設計比選、力學(xue)及工藝驗證(zheng)試(shi)驗、海洋環境現場掛(gua)片曝曬(shai)試(shi)驗等(deng)，成功研制了鎳系耐海洋大氣腐(fu)蝕鋼(gang)、配(pei)套高強(qiang)螺栓(shuan)及焊接材(cai)料，基于(yu)鋼(gang)材(cai)自身生成致密(mi)穩定的鈍化(hua)銹(xiu)層，阻止氯離(li)子滲透。”曾甲華(hua)說，項(xiang)目課題成果體(ti)現“以(yi)銹(xiu)制銹(xiu)”理念，達到海洋環境下橋梁全壽(shou)命期的長效防腐(fu)效果。

鞍鋼集(ji)團和鐵四院技術人員表示(shi)，福廈高鐵泉州灣跨海大橋項目，打破(po)了免(mian)涂(tu)裝(zhuang)耐(nai)候鋼只(zhi)能(neng)應用(yong)在(zai)普通大氣環(huan)境和濱海環(huan)境（離海岸線1公里(li)以上）的世(shi)界技術格局，推動了世(shi)界耐(nai)候鋼橋的發展，實現“免(mian)涂(tu)裝(zhuang)、綠(lv)色(se)耐(nai)久(jiu)、銹(xiu)色(se)之美(mei)”的綠(lv)色(se)全壽命設計。

耐候(hou)鋼成本高，僅能用在最重要的承力(li)結(jie)構(gou)部件上，大面積的鋼梁如何實現耐久防腐？

為給大橋尋(xun)找超(chao)長(chang)耐久(jiu)防腐涂料，鐵(tie)四院(yuan)聯合北京航空材料研(yan)究(jiu)院(yuan)，研(yan)發(fa)并應用(yong)了鋼梁(liang)超(chao)長(chang)耐久(jiu)防腐涂裝(zhuang)體(ti)系。“該(gai)體(ti)系采用(yong)石墨烯納(na)米(mi)材料改(gai)性鱗片型醇溶無機富鋅底漆(qi)和超(chao)耐候氟(fu)碳面漆(qi)，耐鹽霧性和耐人工加速老化性為現(xian)有技(ji)術(shu)的2倍以(yi)上，可實現(xian)鋼結構(gou)在海(hai)洋(yang)腐蝕大氣環境下30年(nian)以(yi)上的超(chao)長(chang)壽(shou)(shou)命耐久(jiu)目(mu)標。”曾甲華說，這個時(shi)間高于目(mu)前跨海(hai)橋最長(chang)25年(nian)的設計防腐壽(shou)(shou)命，將實現(xian)我國(guo)鋼梁(liang)防腐涂裝(zhuang)體(ti)系30年(nian)超(chao)長(chang)防腐壽(shou)(shou)命的技(ji)術(shu)突破。

長聯大跨，毫米級精度建造抗強震

福(fu)廈高鐵泉州灣大橋(qiao)(qiao)(qiao)設(she)計全(quan)聯(lian)長采(cai)用鋼—混結合(he)梁(liang)，為國內外鐵路斜拉橋(qiao)(qiao)(qiao)中首次采(cai)用。構件全(quan)部實現(xian)工廠化制(zhi)造，深(shen)水區引橋(qiao)(qiao)(qiao)采(cai)用標準化的(de)無支座整(zheng)體(ti)預應力混凝土(tu)剛構橋(qiao)(qiao)(qiao)。“通過(guo)設(she)計采(cai)用上述橋(qiao)(qiao)(qiao)梁(liang)結構形式(shi)和體(ti)系的(de)選擇，實現(xian)了高速鐵路橋(qiao)(qiao)(qiao)梁(liang)毫(hao)米(mi)級建造精度要(yao)求。”曾甲華(hua)說。

福廈高鐵(tie)設計位于福建沿(yan)海地(di)區和臺灣海峽(xia)西岸，北起福州市(shi)，途徑莆(pu)田、泉州、廈門，南至漳(zhang)州，正線全長277公里，設計時速度350公里，是(shi)我國第一條真正意義上的海洋(yang)環境下服役的高速鐵(tie)路(lu)工程、國內外行車(che)速度最高的沿(yan)海/跨海鐵(tie)路(lu)。

“泉(quan)州灣(wan)(wan)高鐵跨(kua)海(hai)大橋地(di)處臺灣(wan)(wan)海(hai)峽西岸，屬(shu)地(di)震高烈度區，從概率上具備(bei)發生8級強(qiang)震的可能性(xing)。”曾甲華說。

如何解決長聯高(gao)墩(dun)(dun)跨海大橋的抗震設(she)計(ji)難題？“設(she)計(ji)團(tuan)隊研制采(cai)用(yong)了縱向粘滯阻尼器、可剪(jian)斷(duan)的耐(nai)候雙(shuang)曲(qu)面(mian)球型鋼支座、金屬阻尼器的綜合減隔震體(ti)系及技術；采(cai)用(yong)無支座整體(ti)剛構橋，實現長聯高(gao)墩(dun)(dun)橋梁的柔性(xing)高(gao)墩(dun)(dun)、梁部體(ti)系協同受力，解決了地震高(gao)烈度(du)區長聯高(gao)墩(dun)(dun)大跨橋梁的抗震設(she)計(ji)難題。”曾甲華(hua)說。

除結構設計技(ji)術材料不斷創新，福廈高鐵泉州灣大橋在(zai)設計上(shang)也(ye)充分踐行了“精品工(gong)程(cheng)(cheng)、智(zhi)能工(gong)程(cheng)(cheng)和環境友好(hao)型工(gong)程(cheng)(cheng)”現代理(li)念，即一(yi)個好(hao)的建筑設計必(bi)須融入當地自然環境。

“項(xiang)目聯合美術(shu)院校開展(zhan)了(le)景觀專題設(she)計(ji)，充分融(rong)入(ru)海(hai)(hai)洋元素。橋塔采用了(le)貝殼形曲線(xian)橋塔，兼顧結構(gou)合理和建筑(zhu)美學。”曾甲華(hua)解釋(shi)說，這個造型設(she)計(ji)寓(yu)意為(wei)(wei)“泉州(zhou)作為(wei)(wei)福建經濟第一(yi)強市(shi)、古代(dai)海(hai)(hai)上(shang)絲(si)綢之路的起點及當時(shi)的東方第一(yi)大港”，海(hai)(hai)洋孕育(yu)了(le)泉州(zhou)這座(zuo)沿海(hai)(hai)城(cheng)市(shi)，賦予了(le)她無盡的生機活力和發展(zhan)動力，將(jiang)在21世紀海(hai)(hai)上(shang)絲(si)綢之路的發展(zhan)契機下，揚(yang)帆起航，重現(xian)海(hai)(hai)上(shang)貿易(yi)和世界大港的輝煌(huang)。

專(zhuan)家認為，福(fu)廈(sha)高(gao)鐵泉州灣(wan)跨(kua)(kua)海(hai)大橋將(jiang)推動(dong)我國(guo)大跨(kua)(kua)度(du)高(gao)速(su)鐵路(lu)、跨(kua)(kua)海(hai)橋梁的技術發展(zhan)，成為中國(guo)高(gao)速(su)鐵路(lu)2.0版(ban)的代表性工(gong)程(cheng)之一，也將(jiang)是(shi)世界橋梁領(ling)域的里(li)程(cheng)碑式工(gong)程(cheng)。

【責(ze)任編輯：趙藝涵】