福（州）厦（门）高铁泉州海湾大桥。（供图）
中国日报福州8月9日电 近日，铁四院设计的世界首座高铁跨海大桥——新建福(州)厦(门)高铁泉州湾跨海大桥合龙，是世界桥梁领域的里程碑工程。
大桥全长20.29公里，有9公里跨越泉州湾中部海域，为世界首座设计时速350公里的跨海高铁斜拉桥。
福（州）厦（门）高铁泉州海湾大桥。（供图）
该桥总设计师——铁四院桥梁院总工程师严爱国已设计了里程超过800公里的高铁桥梁，见证了我国高铁从内陆江河跨向海洋，高铁桥通行速度不断跃升、跨度不断提高、长度不断生长。
突破速度瓶颈，高铁通过大跨度桥梁可以不降速
去年底通车的平潭海峡铁路公铁大桥，在有着“建桥禁区”的平潭海峡建设，是我国首座跨海公铁两用桥。但是平潭海峡铁路公铁大桥能通行的最高速度只有200公里，而建成后的泉州湾跨海大桥，可以通行时速350公里的高速列车。
福（州）厦（门）高铁泉州海湾大桥。（供图）
这一速度的突破来自于桥梁结构的创新。最早打破这一速度限制的是2019年铁四院设计通车的昌赣高铁赣州赣江特大桥，350公里时速的高铁列车通过不用降速。
严爱国介绍，在大跨度桥梁通行高速列车，对桥梁结构刚度、徐变变形、动力性能等要求极高。大跨度高铁桥一般采用斜拉桥，结构变形较大，如何保证跨度又兼顾刚度是设计的关键。
经过反复试验，严爱国和团队大胆提出混凝土桥面板与槽形钢梁组成的钢混组合梁，破解了难题。“钢梁自重轻、适应大跨度桥梁建设，混凝土桥面提升了桥梁刚度，两者的结合满足了高铁列车高速通过的要求。”
福（州）厦（门）高铁泉州海湾大桥。（供图）
泉州湾跨海大桥400米的主跨也借鉴采用了这种钢混组合梁形式，主梁采用流线箱形结构并附加减少风振的措施，避免了异常涡振发生。
根据西南交通大学风洞试验及相关研究，泉州湾跨海大桥可抵抗12级强台风，涡激振动幅度在5毫米以内，可实现高速列车在海上按350公里时速飞驰时，硬币稳立不倒。
此外，泉州湾跨海大桥引桥采用无砟轨道，主桥在国内外斜拉桥上首次采用了聚氨酯“固定”道砟，当高速列车在海湾强风环境下高速通过大桥时，可以有效避免有砟轨道碎石道砟飞溅危及列车安全。
有砟跑出无砟的“惊艳”，确保高铁90秒即可通过大桥。
福（州）厦（门）高铁泉州海湾大桥。（供图）
每一步看似微小的调整，都凝聚着团队的反复求证，仅确定方案，前后就经历了3年。“创新背后是大量的计算和论证。”严爱国说，这个过程漫长、充满挑战，但也充满成就感。
突破江海限制，高铁桥从内陆江河走向海洋禁区
为适应高盐高湿的海洋腐蚀大气环境，铁四院联合鞍钢集团钢铁研究院等单位研发了耐海洋大气腐蚀镍系桥梁钢。这种钢的表面在海洋环境下会自动形成美观且致密的锈层，通过“以锈制锈”，实现长效防腐。
针对强腐蚀海洋大气环境，铁四院又联合北京航空材料研究院，创新采用了钢梁超长耐久防腐涂装体系，可实现钢结构在海洋环境下30年及以上的超长寿命耐久目标，为目前国内外设计防腐寿命最长的防腐涂装体系。
严爱国介绍，为了解决抗震的问题，大桥的引桥在国内铁路上首次采用无支座整体式桥梁，减少了后期维养，适应了无砟轨道铺设的技术条件和抗震要求。
一系列技术的创新，背后体现的是我国高铁设计建设能力的不断提高。这种速度在严爱国看来，也是不可想象。
20年前，严爱国接手宜万铁路宜昌长江大桥的设计任务时，当时长江上建成的200米以上的大跨度铁路桥梁仅有2座，且都是钢结构。他带领项目组，用2年研究验证了连续钢构和钢管混凝土拱组合的新型结构。
宜万铁路宜昌长江大桥建成后，汉十高铁崔家营汉江特大桥、广珠铁路西江特大桥、商合杭铁路淮河特大桥等都在此基础上演化而来。
从跨江大桥到跨海大桥，高铁桥早已突破江海阻隔。目前严爱国还在负责正在设计中的甬舟铁路跨海大桥、深茂铁路系列大跨度桥梁等。
突破空间约束，高铁桥跨度越来越大、长度越来越长
“上世纪90年代我刚工作的时候，设计的铁路桥梁跨度多为32米，最大也不超过100米，结构多是混凝土结构、少量钢结构，到如今各种结构形式的桥梁都有。”严爱国说，目前国内设计的高铁桥最大跨度已超过1000米。这些年我国高铁的发展速度惊人，高铁桥梁长度越来越长、跨度越来越大、结构越来越多样。
在他的印象里，从2008年开始，随着京沪高铁的开工建设，“八纵八横”高铁网的兴建让他和团队异常繁忙。“团队有300多人，每年完成的桥梁施工图设计就有1000公里，近几年才稍微慢下来。”
山区高铁桥的身影也越来越多。“山区铁路桥有较多的大跨度拱桥，早期的铁路拱桥时速只能跑160公里，即将通车的张吉怀铁路芙蓉镇酉水大桥速度也可达到300公里。” 严爱国说。
桥梁在高铁的占比中越来越大，截至2020年底，我国高铁运营里程增加至3.79万公里，其中桥梁长度达1.8万公里，所占比例达到近五成，位居世界第一。
严爱国解释，这是因为我国幅员辽阔、地形地质复杂，高铁技术标准高，为了节约土地资源、控制后期沉降、保持线路平顺，高铁多以桥梁通过。“像沪杭客运专线、广珠城际等项目桥梁占比超过9成，近20座高铁桥梁占线路长度比例超过80%。”