9月15日，世界橋梁領(lǐng)域又一里程碑式工程——福(州)至廈(門)高速鐵路泉州灣跨海大橋主塔正式封頂。

據(jù)中國(guó)鐵建第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司(簡(jiǎn)稱“鐵四院”)福廈高鐵指揮長(zhǎng)李平卓介紹，福廈高鐵泉州灣跨海大橋全長(zhǎng)20.3公里、主跨400米，是國(guó)內(nèi)外首座高鐵跨海大橋;設(shè)計(jì)行車時(shí)速達(dá)350公里，為世界最高;世界第四長(zhǎng)跨海鐵路大橋;全球首座采用免涂裝耐候鋼的大型跨海工程。

以時(shí)速350公里速度行駛，大橋設(shè)計(jì)如何在臺(tái)風(fēng)下保持穩(wěn)固?如何解決渦振?大海洋環(huán)境下，腐蝕問題怎么處理?大地震來(lái)了，橋梁能經(jīng)受住嗎?

“大橋設(shè)計(jì)面臨多項(xiàng)技術(shù)挑戰(zhàn)。”鐵四院福廈高鐵泉州灣跨海大橋設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人曾甲華說，跨海高鐵大橋，設(shè)計(jì)最關(guān)鍵是抗風(fēng)以及保持高速行駛，否則橋梁會(huì)因風(fēng)產(chǎn)生嚴(yán)重的橫向晃動(dòng)和上下震幅(渦振)現(xiàn)象。

泉州灣位于沿海高風(fēng)速帶，風(fēng)速大，風(fēng)況復(fù)雜，全年6級(jí)及以上風(fēng)力天數(shù)達(dá)91天。鐵四院技術(shù)團(tuán)隊(duì)在大橋設(shè)計(jì)中采用大量新結(jié)構(gòu)和新技術(shù)。

“設(shè)計(jì)主梁采用流線箱形結(jié)構(gòu);通航孔主橋采用主跨400米雙塔鋼-混組合梁斜拉橋，兩側(cè)深水區(qū)引橋總長(zhǎng)約4.3公里、采用3-70米無(wú)支座整體式剛構(gòu)橋，為國(guó)內(nèi)外鐵路橋梁首次采用。”中國(guó)鐵建鐵四院橋梁院總工程師嚴(yán)愛國(guó)說。

這些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使風(fēng)場(chǎng)漩渦流暢繞開橋體，減少了復(fù)雜風(fēng)環(huán)境下的風(fēng)致振動(dòng)，避免了虎門大橋等國(guó)內(nèi)橋梁今年發(fā)生的異常渦振現(xiàn)象。根據(jù)系列風(fēng)洞試驗(yàn)等驗(yàn)證，泉州灣跨海大橋可抵抗12級(jí)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，渦激振動(dòng)幅度控制在驚人的5毫米以內(nèi)。

新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)的采用，使福廈高鐵達(dá)到全線時(shí)速350公里運(yùn)營(yíng)目標(biāo)，過跨海大橋不再減速，達(dá)到在不設(shè)風(fēng)屏障等防風(fēng)措施下，動(dòng)車在8級(jí)大風(fēng)下以時(shí)速350公里速度行駛不限速、11級(jí)暴風(fēng)下不封閉交通的目標(biāo)。

除了抗風(fēng)，在海洋氣候高鹽高濕腐蝕環(huán)境下，如何保證高速鐵路跨海大橋長(zhǎng)效防腐耐久?這是設(shè)計(jì)面臨的又一個(gè)難題。

針對(duì)海洋環(huán)境下橋梁重要結(jié)構(gòu)的銹蝕問題，鐵四院設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合鞍鋼集團(tuán)，在全國(guó)首次為大橋索塔鋼錨梁和支座選用耐海洋大氣腐蝕鋼;免涂裝(不涂油漆)、不設(shè)除濕系統(tǒng)，為全球首座采用免涂裝耐候鋼的大型跨海工程，適應(yīng)了高鹽高濕的海洋腐蝕大氣環(huán)境。

“通過反復(fù)比選和驗(yàn)證試驗(yàn)，成功研制了鎳系耐海洋大氣腐蝕鋼、配套高強(qiáng)螺栓及焊接材料，基于鋼材自身生成致密穩(wěn)定的鈍化銹層，阻止氯離子滲透。”嚴(yán)愛國(guó)說，項(xiàng)目課題成果體現(xiàn)“以銹制銹”理念，達(dá)到海洋環(huán)境下橋梁全壽命期的長(zhǎng)效防腐效果。

鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院結(jié)構(gòu)鋼室主任楊穎教授級(jí)高工表示，福廈高鐵泉州灣跨海大橋項(xiàng)目，打破了免涂裝耐候鋼只能應(yīng)用在普通大氣環(huán)境和濱海環(huán)境(離海岸線1公里以上)的世界技術(shù)格局，推動(dòng)了世界耐候鋼橋的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)“免涂裝、綠色耐久、銹色之美”的綠色全壽命設(shè)計(jì)。

泉州灣高鐵跨海大橋地處臺(tái)灣海峽西岸，屬地震高烈度區(qū)，從概率上具備發(fā)生8級(jí)強(qiáng)震的可能性。

如何解決長(zhǎng)聯(lián)高墩跨海大橋的抗震設(shè)計(jì)難題?

“設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)研制采用了縱向粘滯阻尼器、可剪斷的耐候雙曲面球型鋼支座、金屬阻尼器的綜合減隔震體系及技術(shù);采用無(wú)支座整體剛構(gòu)橋，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)聯(lián)高墩橋梁的柔性高墩、梁部體系協(xié)同受力，解決了地震高烈度區(qū)長(zhǎng)聯(lián)高墩大跨橋梁的抗震設(shè)計(jì)難題。”曾甲華說。

福廈高鐵泉州灣大橋設(shè)計(jì)還充分融入海洋元素。橋塔采用了貝殼形曲線橋塔，寓意為“泉州作為福建省經(jīng)濟(jì)第一強(qiáng)市、古代海上絲綢之路的起點(diǎn)及當(dāng)時(shí)的東方第一大港”，將在21世紀(jì)海上絲綢之路的發(fā)展契機(jī)下，揚(yáng)帆起航，重現(xiàn)海上貿(mào)易和世界大港的輝煌。

專家認(rèn)為，福廈高鐵泉州灣跨海大橋?qū)⑼苿?dòng)我國(guó)大跨度高速鐵路、跨海橋梁的技術(shù)發(fā)展，成為中國(guó)高速鐵路2.0版的代表性工程之一、世界橋梁領(lǐng)域的里程碑式工程。