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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(quan)州灣(wan)大橋全長(chang)20.3公(gong)里，主跨400米(mi)，是(shi)國內(nei)外首座(zuo)高鐵(tie)跨海(hai)大橋；設計行(xing)車時速達350公(gong)里，為世界最高；是(shi)全球(qiu)首座(zuo)采用免涂裝耐候鋼大型跨海(hai)工(gong)程。

9月15日，世界橋梁(liang)領域又一里(li)程(cheng)(cheng)碑式工程(cheng)(cheng)——福（州）至廈（門）高速鐵路泉州灣(wan)大(da)橋主塔正式封頂(ding)。

“福(fu)廈高鐵(tie)(tie)泉(quan)州灣大(da)橋(qiao)全(quan)長20.3公里，主跨400米(mi)，設(she)計(ji)建(jian)(jian)設(she)面臨(lin)多項(xiang)技術挑戰。大(da)橋(qiao)主塔封頂，標志著我國橋(qiao)梁建(jian)(jian)設(she)開啟了世(shi)界高速鐵(tie)(tie)路(lu)跨海時代。”中國鐵(tie)(tie)建(jian)(jian)第(di)四(si)勘察設(she)計(ji)院集(ji)團有限公司（以下簡稱鐵(tie)(tie)四(si)院）福(fu)廈高鐵(tie)(tie)泉(quan)州灣跨海大(da)橋(qiao)設(she)計(ji)負責人曾甲華(hua)說。

福廈(sha)高(gao)鐵泉(quan)州灣(wan)跨(kua)海大(da)橋是(shi)國內外首座高(gao)速鐵路跨(kua)海斜拉橋；設計行車時速超過300公里，為世界(jie)最高(gao)、世界(jie)第四長跨(kua)海鐵路大(da)橋，也是(shi)全(quan)球首座主塔采用免涂裝耐(nai)候鋼(gang)的(de)大(da)型跨(kua)海工程。

高速抗風行駛，同樣做到硬幣不倒

泉州灣(wan)(wan)大(da)(da)橋是福(fu)廈高(gao)鐵關鍵控制性工程，大(da)(da)橋跨越泉州灣(wan)(wan)中部海(hai)域，為世界(jie)首座高(gao)速鐵路跨海(hai)大(da)(da)橋。

“跨海高鐵大橋，設計最關鍵是抗風以及保持高速(su)行駛，否則橋梁會因(yin)風產生嚴重的橫向晃動和上下震幅（渦震）現象(xiang)。”曾甲(jia)華說。

地理(li)氣象(xiang)信息顯(xian)示，泉州灣(wan)位(wei)于(yu)沿海高風(feng)速帶，風(feng)速大(da)，風(feng)況復(fu)雜，全年6級(ji)及以上(shang)風(feng)力(li)天數達91天。

為(wei)保(bao)證橋梁在(zai)(zai)(zai)大風中穩固(gu)，保(bao)持(chi)動(dong)車(che)高速(su)運行的連(lian)續性(xing)，鐵四院技(ji)術(shu)(shu)團隊(dui)在(zai)(zai)(zai)設(she)計中采用了大量新結構和(he)新技(ji)術(shu)(shu)，達到在(zai)(zai)(zai)不(bu)設(she)風屏障(zhang)等防(fang)風措施下(xia)，動(dong)車(che)在(zai)(zai)(zai)8級大風下(xia)以時(shi)速(su)350公里速(su)度行駛不(bu)限速(su)，11級暴風下(xia)不(bu)封(feng)閉交(jiao)通。

由于(yu)泉州灣航運繁忙，跨越主(zhu)航道必須(xu)加(jia)大主(zhu)跨。“通(tong)航孔主(zhu)橋(qiao)(qiao)設計采用主(zhu)跨400米雙(shuang)塔鋼(gang)—混(hun)組合梁斜拉(la)橋(qiao)(qiao)，兩側深(shen)水區引橋(qiao)(qiao)總長(chang)約4.3公里、采用3—70米無支(zhi)座(zuo)整體式剛構橋(qiao)(qiao)，為(wei)國內外鐵路斜拉(la)橋(qiao)(qiao)首(shou)次。”曾甲華說(shuo)。

為解(jie)決強風環境下(xia)長大跨海大橋通行高速鐵(tie)路列車的(de)技(ji)術難題，鐵(tie)四院還(huan)對(dui)橋梁(liang)主塔造型進行了創新設計(ji)。

“主梁(liang)采用(yong)流線箱形結構，并附(fu)加導流板、減(jian)振欄桿、拉索電渦流阻尼器等有(you)效(xiao)氣動措施。”曾(ceng)甲(jia)華說(shuo)，這些結構設計，使橋體(ti)繞(rao)開(kai)風(feng)向，減(jian)少了復(fu)雜風(feng)環境(jing)下的風(feng)致振動，避免了虎門大橋、武漢鸚鵡洲長江大橋等國內橋梁(liang)曾(ceng)經發生過(guo)的異(yi)常渦振現象。

根據系(xi)列風(feng)(feng)洞試驗(yan)和風(feng)(feng)—車—線—橋(qiao)耦合振動等專題研究成果，福廈高鐵泉州灣跨海大橋(qiao)可抵抗(kang)12級(ji)強臺(tai)風(feng)(feng)，渦激振動幅度控制在驚人(ren)的5毫米(mi)以(yi)內。

“這個渦振數字(zi)，使(shi)高速列車即(ji)使(shi)在8級大風中(zhong)通過跨海大橋橋面(mian)，也能達(da)到與陸(lu)地引橋相(xiang)同(tong)的(de)行車條件，同(tong)樣做到硬(ying)幣不倒。”曾甲華(hua)說。

新結構、新技術的(de)采用，使福(fu)廈高鐵正線達到時速350公里運營目標，消除(chu)了以往沿海(hai)高鐵跨海(hai)時降速的(de)難題。

以銹制銹，適應高鹽高濕腐蝕環境

除(chu)了抗風，在海洋(yang)氣候(hou)高(gao)(gao)鹽高(gao)(gao)濕腐蝕環(huan)境下，如(ru)何保證高(gao)(gao)速鐵(tie)路(lu)跨(kua)海大橋長效防腐耐(nai)久？這是設計面臨的(de)又一個難(nan)題(ti)。

“為(wei)(wei)解決海(hai)洋(yang)(yang)環境橋梁銹蝕(shi)(shi)問題，以往的防護需要定期(qi)除繡涂(tu)漆(qi)。”曾甲華說，針對海(hai)洋(yang)(yang)環境下(xia)橋梁重要結構的銹蝕(shi)(shi)問題，福廈高鐵泉州(zhou)灣跨海(hai)大橋索(suo)塔鋼錨梁和支座創新采(cai)(cai)用新材料，在國內首次采(cai)(cai)用耐(nai)海(hai)洋(yang)(yang)大氣腐蝕(shi)(shi)鋼，免涂(tu)裝（不(bu)涂(tu)油漆(qi)）、不(bu)設除濕(shi)系統，為(wei)(wei)全(quan)球首座采(cai)(cai)用免涂(tu)裝耐(nai)候鋼的大型跨海(hai)工程，適應了高鹽高濕(shi)的海(hai)洋(yang)(yang)腐蝕(shi)(shi)大氣環境。

耐候鋼(gang)，即耐大氣腐(fu)蝕鋼(gang)，由普碳鋼(gang)添加少(shao)量銅、鎳等耐腐(fu)蝕元素而成，在融入現代冶金新(xin)機制、新(xin)技術(shu)和新(xin)工藝(yi)后，不斷發(fa)展創(chuang)新(xin)，屬世(shi)界超級鋼(gang)技術(shu)前沿水平的系(xi)列鋼(gang)種之一。

為填補(bu)我國耐海洋大氣腐蝕鋼(gang)(gang)(gang)的鋼(gang)(gang)(gang)種空白，鐵四院設(she)計團隊聯合(he)鞍(an)鋼(gang)(gang)(gang)集團有(you)限公司（以下(xia)簡稱鞍(an)鋼(gang)(gang)(gang)集團）立項攻關。

“通過反復對鋼材化(hua)學成(cheng)分進行設計(ji)比(bi)選、力學及工藝驗(yan)證試驗(yan)、海(hai)(hai)洋環境現場(chang)掛片曝曬試驗(yan)等，成(cheng)功研制了(le)鎳系耐海(hai)(hai)洋大氣(qi)腐蝕(shi)鋼、配套高強(qiang)螺栓(shuan)及焊接材料，基于鋼材自身生成(cheng)致密穩(wen)定的(de)鈍化(hua)銹(xiu)(xiu)層，阻止(zhi)氯離(li)子滲透。”曾甲(jia)華說，項目課題(ti)成(cheng)果體現“以銹(xiu)(xiu)制銹(xiu)(xiu)”理念，達到海(hai)(hai)洋環境下(xia)橋梁全壽(shou)命(ming)期的(de)長(chang)效(xiao)防腐效(xiao)果。

鞍鋼(gang)集團(tuan)和鐵四院技(ji)術人員(yuan)表(biao)示，福廈高鐵泉州灣跨海大橋(qiao)項目，打破了免(mian)涂裝耐候鋼(gang)只能(neng)應(ying)用(yong)在(zai)普通(tong)大氣環(huan)(huan)境(jing)和濱海環(huan)(huan)境(jing)（離海岸(an)線1公里以(yi)上）的世(shi)界(jie)技(ji)術格局，推動了世(shi)界(jie)耐候鋼(gang)橋(qiao)的發展，實現“免(mian)涂裝、綠色(se)耐久、銹色(se)之(zhi)美”的綠色(se)全壽命(ming)設計。

耐候鋼(gang)成本高，僅(jin)能(neng)用在(zai)最重要的承(cheng)力結構部件上，大面積(ji)的鋼(gang)梁如何實(shi)現耐久防腐？

為(wei)給大橋尋(xun)找超(chao)長(chang)耐(nai)久防(fang)腐(fu)涂(tu)料，鐵四院(yuan)聯合北(bei)京(jing)航空(kong)材(cai)(cai)料研究(jiu)院(yuan)，研發并(bing)應用了鋼(gang)梁超(chao)長(chang)耐(nai)久防(fang)腐(fu)涂(tu)裝體(ti)系。“該體(ti)系采用石墨烯納米材(cai)(cai)料改(gai)性鱗片型醇溶(rong)無機富鋅底漆和超(chao)耐(nai)候氟碳面(mian)漆，耐(nai)鹽霧性和耐(nai)人工(gong)加速老化(hua)性為(wei)現有技術的(de)2倍以上，可實(shi)現鋼(gang)結構在(zai)海洋腐(fu)蝕(shi)大氣環境下(xia)30年(nian)以上的(de)超(chao)長(chang)壽命(ming)耐(nai)久目標。”曾甲華說，這個(ge)時(shi)間高于目前跨(kua)海橋最(zui)長(chang)25年(nian)的(de)設計防(fang)腐(fu)壽命(ming)，將實(shi)現我國(guo)鋼(gang)梁防(fang)腐(fu)涂(tu)裝體(ti)系30年(nian)超(chao)長(chang)防(fang)腐(fu)壽命(ming)的(de)技術突破。

長聯大跨，毫米級精度建造抗強震

福廈高(gao)鐵泉州灣大(da)橋(qiao)設計(ji)全聯長采(cai)用鋼—混結(jie)合梁(liang)(liang)，為國內外(wai)鐵路斜拉(la)橋(qiao)中首次(ci)采(cai)用。構(gou)件全部(bu)實現工廠化(hua)制造，深水區(qu)引橋(qiao)采(cai)用標準化(hua)的無支座(zuo)整(zheng)體預(yu)應力混凝土剛構(gou)橋(qiao)。“通過設計(ji)采(cai)用上述橋(qiao)梁(liang)(liang)結(jie)構(gou)形式和(he)體系的選擇，實現了高(gao)速鐵路橋(qiao)梁(liang)(liang)毫(hao)米級建造精度要求。”曾甲華(hua)說。

福(fu)廈高鐵(tie)(tie)設計位(wei)于福(fu)建沿(yan)海(hai)(hai)(hai)地(di)區和臺灣海(hai)(hai)(hai)峽西(xi)岸，北起福(fu)州(zhou)市，途徑(jing)莆田(tian)、泉(quan)州(zhou)、廈門，南至漳州(zhou)，正線全(quan)長277公里(li)，設計時速度350公里(li)，是我國第(di)一條(tiao)真正意義上(shang)的海(hai)(hai)(hai)洋環境下服役的高速鐵(tie)(tie)路工程(cheng)、國內外(wai)行車速度最(zui)高的沿(yan)海(hai)(hai)(hai)/跨海(hai)(hai)(hai)鐵(tie)(tie)路。

“泉州灣(wan)高鐵跨海大橋地處(chu)臺灣(wan)海峽西(xi)岸(an)，屬(shu)地震(zhen)高烈度(du)區(qu)，從概率(lv)上(shang)具備(bei)發(fa)生8級強震(zhen)的可能性。”曾(ceng)甲華說。

如何解決長(chang)聯(lian)高墩(dun)跨海大橋的抗震設計(ji)難(nan)題？“設計(ji)團隊研制采(cai)用了(le)縱向粘(zhan)滯阻(zu)尼器、可剪斷的耐候雙(shuang)曲面球型鋼支(zhi)座、金屬阻(zu)尼器的綜合(he)減隔震體系(xi)(xi)及(ji)技術；采(cai)用無支(zhi)座整體剛(gang)構(gou)橋，實(shi)現長(chang)聯(lian)高墩(dun)橋梁(liang)的柔(rou)性高墩(dun)、梁(liang)部體系(xi)(xi)協同受(shou)力，解決了(le)地(di)震高烈度區(qu)長(chang)聯(lian)高墩(dun)大跨橋梁(liang)的抗震設計(ji)難(nan)題。”曾甲華說。

除結構設計(ji)(ji)技術材料不斷創新，福廈高(gao)鐵泉州灣大橋在設計(ji)(ji)上也充(chong)分踐行了“精(jing)品工(gong)(gong)程(cheng)、智能工(gong)(gong)程(cheng)和環境(jing)友好(hao)型工(gong)(gong)程(cheng)”現代理念，即一個好(hao)的建筑設計(ji)(ji)必須融入(ru)當地自然環境(jing)。

“項(xiang)目聯合美術院校開(kai)展(zhan)了(le)(le)景觀專題設計，充分融入海洋(yang)(yang)元素。橋塔(ta)采用(yong)了(le)(le)貝殼形曲線(xian)橋塔(ta)，兼顧結(jie)構合理和(he)建(jian)筑美學。”曾甲華解釋(shi)說，這個造型設計寓意為“泉州作為福(fu)建(jian)經濟(ji)第一強市、古代(dai)海上絲(si)綢(chou)之(zhi)路的起(qi)點及當時的東方第一大港(gang)”，海洋(yang)(yang)孕育了(le)(le)泉州這座沿(yan)海城市，賦予了(le)(le)她(ta)無盡的生機活力和(he)發展(zhan)動力，將在21世(shi)紀海上絲(si)綢(chou)之(zhi)路的發展(zhan)契機下，揚帆起(qi)航(hang)，重現海上貿易和(he)世(shi)界大港(gang)的輝煌。

專家(jia)認(ren)為，福廈高鐵(tie)泉州(zhou)灣跨海大橋(qiao)將推動(dong)我國(guo)大跨度高速鐵(tie)路(lu)、跨海橋(qiao)梁的技術發展，成為中(zhong)國(guo)高速鐵(tie)路(lu)2.0版的代表性工程之一，也將是世界橋(qiao)梁領域的里程碑式工程。

【責任(ren)編輯：趙(zhao)藝涵(han)】