社评

将高铁搬到海上,基建狂魔在福厦高铁上攻克了多少难关

见道网 2022-09-29 11:38
  • 作为沿海高速铁路线的一段,福厦高铁不仅对我国高速铁路网的完善起到重要作用,更能将粤闽浙城市群和另外两个城市群连接起来,无疑有利于其经济发展
  • 福厦高铁将福建具有发展潜力的双城福州和厦门连接起来,实现一小时生活圈,同时加强沿线重要城市的沟通
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近期中国首条跨海高铁福厦高铁全线铺轨贯通。这是中国第一条真正意义上的海洋服役环境的高速铁路工程,也是全球行车速度最快的沿海/跨海铁路。福厦高铁线路正线全长277.4公里,设计时速350公里,北起福州市,途中设福州南、福清西、莆田、泉港、泉州东、泉州南、厦门北、漳州8座车站;北端衔接合福高铁、温福铁路,南端衔接厦深铁路、龙厦铁路。线路建成通车后,福州、厦门两地将实现“一小时生活圈”,厦门、泉州、漳州闽南“金三角”将形成半小时交通圈。

目前,世界前三大跨海铁路大桥依次为日本濑户大桥(设计速度160公里/小时)、丹麦厄勒海峡大桥(设计速度140公里/小时)、福平铁路平潭海峡公铁大桥(2020年建成通车,设计速度200公里/小时),均为普速或快速铁路(按中国标准)。其他国家的高铁建设还在陆上,中国已经将赛道搬到海上。和普通桥梁相比,跨海大桥面临更多、更大的考验,既要抵挡住海上大风,又要耐海风海水腐蚀,一项比一项艰难,哪一项都是世界难题。福厦高铁在世界高铁和桥梁建设领域有如何不一般的成就?这条高铁究竟是如何建成的?如何克服技术难点?

稳和快怎么平衡

福厦高铁是福建省第一条贯穿东西且设计时速为350公里的高铁线。由于海上水文环境复杂,风险高,新建福厦铁路全线铺轨有三处难度极大的施工工点,分别为湄洲湾、泉州湾、安海湾三座跨海大桥。

福厦高铁由中铁第四勘察设计院集团有限公司研究设计。铁四院副总工程师严爱国是福厦高铁泉州湾大桥段主要设计工程师,工程团队在这里首要面对的困难是强风环境:工程位于沿海高风速带,热带气旋是影响大桥的主要灾害性天气,这里风速大且风况复杂,全年6级及以上风力的日数平均为91天,全年8级及以上风力的日数平均47.7天。

新型流线形钢混组合梁结构

6级风是什么概念?大概是海面上大浪形成,白沫范围增大,渐起浪花;陆地上大树枝摇动,电线呼呼有声,举伞困难,属于强风范畴。即使这样,6级风速也仅为10.8~13.8m/s(米/秒),而跨海大桥桥位所处的基本风速为34.0m/s,是6级风的2.5~3倍左右,其强劲程度可见一斑。为了抵抗海上强风,严爱国及其团队在泉州湾、安海湾大跨度跨海斜拉桥中,首次采用了新型流线形钢混组合梁结构,这是国内外铁路斜拉桥首次全联长采用钢-混结合梁。其主梁采用流线箱形结构并附加一些有效气动措施,减少了复杂风环境下的风致振动,满足了跨海大桥通行高速铁路列车的技术要求。

根据西南交通大学风洞试验及风-车-线-桥耦合振动分析等研究成果,泉州湾跨海大桥可抵抗12级台风,11级暴风下不封闭交通,8级大风下高速列车不限速,也就是说即使高速列车在海上按350公里时速飞驰,也可以保证超高的舒适性和平稳性,甚至可以满足硬币在全速行驶的高铁上不倒的硬指标。与此同时,工程团队还将桥上轨道线形施工误差精准控制在5mm以内,轨道毫米级的铺设精度不仅让列车行驶地更加安全,还能进一步确保轨道的平顺性。

实现了稳之后,还想要快。所以,为扫清列车在又长又大的跨海大桥上的限速点,泉州湾跨海大桥引桥采用双块式无砟轨道,而通航孔主桥在国内外斜拉桥上首次采用了聚氨酯固化道床结构“固定”道砟。砟,在铁路中指铁轨周围的小石块。高铁轨道分为“有砟”和“无砟”轨道两种形式:有砟轨道钢轨与枕木固定起来后架在碎石铺设的路基上,通过道床“小碎石”支撑帮助钢轨承重,同时这些“小碎石”还可以起到减震、减噪和增加透水性等功能。但是其保养成本高,而且易导致碎石飞溅。而且这种轨道一般多用于普通列车,因为普通列车运行速度较低,但是高速列车的运行速度最高可以达到350公里/小时,如果在有砟轨道上运行,不但会造成碎石飞溅,还容易因轨道的随时位移而导致恶性事故发生。

泉州湾跨海大桥引桥铺设的双块式无砟轨道

不过,在泉州湾跨海大桥上,有砟也可以跑出无砟的惊艳。泉州湾大桥的通航孔主桥在国内外斜拉桥上首次采用了聚氨酯固化道床结构“固定”道砟。当高铁在海湾强风环境下以350公里时速通过大桥时,不仅有效避免碎石道砟飞溅,危及列车安全,也确保了列车90秒即可平稳跨过海面。与之不同的是,泉州湾跨海大桥的引桥采用双块式无砟轨道。无砟轨道,即不铺砟石,用混凝土底座板及道床板取而代之。相比之下,无砟轨道的平整度更高、稳定性更强,且通过无砟轨道时不需减速,堪称如履平地。

除了强风,跨海高铁还面临着高湿、高盐、强紫外线的强腐蚀海洋大气环境。高铁工程结构的抗腐蚀标准是百年抗腐。“在沿海地区高盐高湿的气候条件下,依靠在钢梁表面刷漆的传统防腐方式,很难达到这一标准。”中国铁建铁四院福厦高铁泉州湾跨海大桥设计负责人曾甲华介绍。

泉州湾跨海大桥手绘图及方案构思演变

针对这个问题,严爱国及其团队创新采用了钢梁超长耐久防腐涂装体系。该体系采用石墨烯纳米材料改性鳞片型醇溶无机富锌底漆和超耐候氟碳面漆,耐盐雾性和耐人工加速老化性为现有技术的3倍以上,可实现钢结构在海洋腐蚀大气环境下30年及以上的超长寿命耐久目标,高于港珠澳大桥25年的设计防腐寿命。这是目前国内外设计防腐寿命最长的防腐涂装体系,将实现我国钢梁防腐涂装体系30年超长防腐寿命的技术突破。

铁四院联合鞍钢集团钢铁研究院等单位对耐海洋大气腐蚀镍系桥梁钢及其应用技术进行研发,阻止氯离子渗透,镍系桥梁钢的表面在高腐蚀的海洋大气环境下会自动形成美观且致密的锈层,“以锈制锈”的理念,不仅可实现长效防腐,还可以缩短制造工期。最巧妙的是,大桥褐色的锈层还能与自然环境相协调,实现“免涂装·绿色耐久·锈色之美”的绿色全寿命设计,尽显自然生态锈色之美。

中国人对美的追求不止于此。为实现桥梁形态与海湾环境的协调,达到桥梁“结构美、造型美、和谐美、变化美”的目标,工程团队联合美术院校开展景观专题设计,采用贝壳形曲线桥塔,兼顾结构合理和建筑美学。随着福州至厦门北铺轨贯通,福厦铁路已进入冲刺阶段,目前站前工程进入收尾期,下一步侧重点转到四电及站房施工。根据总体施组安排,预计于2023年初进行联调联试,计划在2023年建成通车。中国高铁穿越平原、丘陵、山地、高原,如今已经要修到海上去了。

福厦高铁展现了中国基建狂魔的正面形象。华东师范大学城市发展研究院院长、终身教授曾刚说道,海水会对建筑起到侵蚀作用,当我国研发出海上高铁的技术后,可以在全球范围内出售我们的技术。福厦高铁工程的建设是在向世界证明我们的高铁建设实力。

粤闽浙沿海城市群,过去被称为海峡西岸城市群,位于长三角城市群和粤港澳大湾区之间,包括粤东、福建和浙南等地区。它是我国最早实现改革开放的地区之一,但一体化发展水平比长三角、珠三角地区相对滞后,是一个二级城市群。福厦高铁就在粤闽浙沿海城市群中的福建省内。

贾顺平说,单有高铁,不能称之为真正意义上的通,更要建立综合交通网络。铁路分为四个层次,分别是高铁、城际铁路、市郊铁路和地铁。“从功能上讲,它们都是为了人们出行便利,因此更应当注重综合交通网络的构建,使它们各司其职。

值得一提的是,正如其他沿海城市一样,港口运营是福建省经济发展的重要一环,福州港和厦门港在2021年的货物吞吐量分别为2.74亿吨和2.28亿吨,是我国不可或缺的港口力量。有了港口,还需要内陆的港口腹地作为支撑,高铁是联系二者的重要交通工具。但由于福建地区的地形以丘陵为主,交通并不便利,因此修建高铁对港口经济有着重要意义。

在跨海大桥方面,毋庸置疑,两点间直线最短。不过也有人质疑,从地图上看,沿着泉州湾在陆上修建高铁,绕路的距离也并不算远,为什么选择技术难度更大、成本投入更高的跨海方案?曾刚认为,福厦高铁跨海大桥不仅考虑成本和技术,还有更长远的规划,它起到以赛代练的试点作用。

中国海域面积广阔,海岸线漫长曲折,沿海分布着大大小小的海湾。和泉州湾相比,许多海湾两侧的间隔距离更长,跨海大桥的修建难度更大。如果在泉州湾能攻克技术难题,未来在我国会有更多地方能有所运用。曾刚说道。(转载请注明见道网www.seetao.com)见道网工程栏目编辑/邢文涛