福（州）廈（門）高鐵泉州海灣大橋。（供圖）
中國日報福州8月9日電 近日，鐵四院設計的世界首座高鐵跨海大橋——新建福(州)廈(門)高鐵泉州灣跨海大橋合龍，是世界橋樑領域的里程碑工程。
大橋全長20.29公里，有9公里跨越泉州灣中部海域，為世界首座設計時速350公里的跨海高鐵斜拉橋。
福（州）廈（門）高鐵泉州海灣大橋。（供圖）
該橋總設計師——鐵四院橋樑院總工程師嚴愛國已設計了里程超過800公里的高鐵橋樑，見證了我國高鐵從內陸江河跨向海洋，高鐵橋通行速度不斷躍升、跨度不斷提高、長度不斷生長。
突破速度瓶頸，高鐵通過大跨度橋樑可以不降速
去年底通車的平潭海峽鐵路公鐵大橋，在有着“建橋禁區”的平潭海峽建設，是我國首座跨海公鐵兩用橋。但是平潭海峽鐵路公鐵大橋能通行的最高速度只有200公里，而建成後的泉州灣跨海大橋，可以通行時速350公里的高速列車。
福（州）廈（門）高鐵泉州海灣大橋。（供圖）
這一速度的突破來自於橋樑結構的創新。最早打破這一速度限制的是2019年鐵四院設計通車的昌贛高鐵贛州贛江特大橋，350公里時速的高鐵列車通過不用降速。
嚴愛國介紹，在大跨度橋樑通行高速列車，對橋樑結構剛度、徐變變形、動力性能等要求極高。大跨度高鐵橋一般採用斜拉橋，結構變形較大，如何保證跨度又兼顧剛度是設計的關鍵。
經過反覆試驗，嚴愛國和團隊大膽提出混凝土橋面板與槽形鋼樑組成的鋼混組合梁，破解了難題。“鋼樑自重輕、適應大跨度橋樑建設，混凝土橋面提升了橋樑剛度，兩者的結合滿足了高鐵列車高速通過的要求。”
福（州）廈（門）高鐵泉州海灣大橋。（供圖）
泉州灣跨海大橋400米的主跨也借鑑採用了這種鋼混組合梁形式，主樑採用流線箱形結構並附加減少風振的措施，避免了異常渦振發生。
根據西南交通大學風洞試驗及相關研究，泉州灣跨海大橋可抵抗12級強颱風，渦激振動幅度在5毫米以內，可實現高速列車在海上按350公里時速飛馳時，硬幣穩立不倒。
此外，泉州灣跨海大橋引橋採用無砟軌道，主橋在國內外斜拉橋上首次採用了聚氨酯“固定”道砟，當高速列車在海灣強風環境下高速通過大橋時，可以有效避免有砟軌道碎石道砟飛濺危及列車安全。
有砟跑出無砟的“驚豔”，確保高鐵90秒即可通過大橋。
福（州）廈（門）高鐵泉州海灣大橋。（供圖）
每一步看似微小的調整，都凝聚着團隊的反覆求證，僅確定方案，前後就經歷了3年。“創新背後是大量的計算和論證。”嚴愛國説，這個過程漫長、充滿挑戰，但也充滿成就感。
突破江海限制，高鐵橋從內陸江河走向海洋禁區
為適應高鹽高濕的海洋腐蝕大氣環境，鐵四院聯合鞍鋼集團鋼鐵研究院等單位研發了耐海洋大氣腐蝕鎳系橋樑鋼。這種鋼的表面在海洋環境下會自動形成美觀且緻密的鏽層，通過“以鏽制鏽”，實現長效防腐。
針對強腐蝕海洋大氣環境，鐵四院又聯合北京航空材料研究院，創新採用了鋼樑超長耐久防腐塗裝體系，可實現鋼結構在海洋環境下30年及以上的超長壽命耐久目標，為目前國內外設計防腐壽命最長的防腐塗裝體系。
嚴愛國介紹，為了解決抗震的問題，大橋的引橋在國內鐵路上首次採用無支座整體式橋樑，減少了後期維養，適應了無砟軌道鋪設的技術條件和抗震要求。
一系列技術的創新，背後體現的是我國高鐵設計建設能力的不斷提高。這種速度在嚴愛國看來，也是不可想象。
20年前，嚴愛國接手宜萬鐵路宜昌長江大橋的設計任務時，當時長江上建成的200米以上的大跨度鐵路橋樑僅有2座，且都是鋼結構。他帶領項目組，用2年研究驗證了連續鋼構和鋼管混凝土拱組合的新型結構。
宜萬鐵路宜昌長江大橋建成後，漢十高鐵崔家營漢江特大橋、廣珠鐵路西江特大橋、商合杭鐵路淮河特大橋等都在此基礎上演化而來。
從跨江大橋到跨海大橋，高鐵橋早已突破江海阻隔。目前嚴愛國還在負責正在設計中的甬舟鐵路跨海大橋、深茂鐵路系列大跨度橋樑等。
突破空間約束，高鐵橋跨度越來越大、長度越來越長
“上世紀90年代我剛工作的時候，設計的鐵路橋樑跨度多為32米，最大也不超過100米，結構多是混凝土結構、少量鋼結構，到如今各種結構形式的橋樑都有。”嚴愛國説，目前國內設計的高鐵橋最大跨度已超過1000米。這些年我國高鐵的發展速度驚人，高鐵橋樑長度越來越長、跨度越來越大、結構越來越多樣。
在他的印象裏，從2008年開始，隨着京滬高鐵的開工建設，“八縱八橫”高鐵網的興建讓他和團隊異常繁忙。“團隊有300多人，每年完成的橋樑施工圖設計就有1000公里，近幾年才稍微慢下來。”
山區高鐵橋的身影也越來越多。“山區鐵路橋有較多的大跨度拱橋，早期的鐵路拱橋時速只能跑160公里，即將通車的張吉懷鐵路芙蓉鎮酉水大橋速度也可達到300公里。” 嚴愛國説。
橋樑在高鐵的佔比中越來越大，截至2020年底，我國高鐵運營里程增加至3.79萬公里，其中橋樑長度達1.8萬公里，所佔比例達到近五成，位居世界第一。
嚴愛國解釋，這是因為我國幅員遼闊、地形地質複雜，高鐵技術標準高，為了節約土地資源、控制後期沉降、保持線路平順，高鐵多以橋樑通過。“像滬杭客運專線、廣珠城際等項目橋樑佔比超過9成，近20座高鐵橋樑佔線路長度比例超過80%。”