4月6日，中國首條時速350公里跨海高鐵福廈高鐵的最后一座跨海大橋——安海灣大橋合龍，標志著該高鐵跨海控制工程全部取得階段性成果，也標志著中國跨海高鐵橋梁邁入“350”時代。
在平地上風馳電掣的高鐵能在跨海大橋上不降速行駛，靠的是先進的橋梁建設技術。在眾多橋梁種類中，高速鐵路橋對橋梁變形以及造橋工藝要求極高，建造跨海高鐵橋是一項高難度系數的超級工程。隨著福廈高鐵三座跨海大橋全部建成，從跨江大橋到跨海大橋，中國高鐵橋已突破江海阻隔，邁入高速時代。
創新成就“開山之作”
福廈高鐵正線全長277公里，為“八縱八橫”高速鐵路主通道沿海通道的組成部分，設計時速350公里，是我國第一條真正意義上的海洋服役環境高鐵，也是世界行車速度最高的跨海鐵路。
由中國鐵建鐵四院設計、中國鐵建大橋局承建的安海灣特大橋，全長9.5公里，主跨300米，不僅是福廈高鐵跨海橋梁的“封箱之作”，也是世界無砟軌道橋梁“大跨”跨海的“開山之作”。
和普通橋梁相比，跨海大橋面臨更多更大的考驗，既要抵擋住海上大風，又要耐海風海水腐蝕，一項比一項艱難，哪項都是世界難題。
“在大跨度橋梁上鋪設無砟軌道并通行高速列車，對橋梁結構剛度、徐變變形、動力性能等要求極高。”中國鐵建鐵四院副總工程師嚴愛國介紹，大跨度高鐵橋一般采用斜拉橋，結構變形較大，如何保證跨度又兼顧剛度是設計的關鍵。
經過反復試驗，他們創新性提出采用混凝土橋面板與槽形鋼梁組成的鋼混組合梁，破解了難題。“鋼梁自重輕、適應大跨度橋梁建設，混凝土橋面提升了橋梁剛度，兩者的結合滿足了列車高速通過的要求。”嚴愛國說。
由于跨海大橋位于沿海高風速帶，海上多風，不僅要滿足速度要求，還要防止橋梁因風產生嚴重的橫向晃動和渦振現象。嚴愛國和團隊為泉州灣跨海大橋做了諸多結構創新。中國鐵建鐵四院福廈高鐵橋梁設計負責人楊恒介紹，大橋主梁采用流線箱形結構并附加導流板、減震欄桿、拉索電渦流阻尼器等氣動措施，減小了復雜風環境下的風致振動，避免了異常渦振的發生。這些設計，讓列車可以在不設風屏障等防風措施的情況下，在8級大風中以時速350公里通過跨海大橋，在11級暴風下也不會封閉交通。
和普通橋梁相比，跨海大橋還面臨著另一項考驗，就是海風海水腐蝕。高鐵工程結構的抗腐蝕標準是百年抗腐。“在沿海地區高鹽高濕的氣候條件下，依靠在鋼梁表面刷漆的傳統防腐方式，很難達到這一標準。”中國鐵建鐵四院福廈高鐵橋梁設計負責人曾甲華介紹，為了保證大橋的壽命長久，福廈高鐵安海灣跨海大橋的索塔鋼錨梁和支座采用了耐海洋大氣腐蝕鋼，填補了我國的鋼種空白。
曾甲華口中的鋼種是世界超級鋼技術前沿水平的系列鋼種之一，通過向鋼材里加入微量鎳元素，讓鋼材自身生成致密穩定的鈍化銹層，阻止海水中氯離子的滲透，實現了“以銹制銹”的長效防腐效果。此外，鐵四院還運用最新研發的超長耐久防腐涂裝材料，讓橋梁的涂裝防護壽命達到30年以上。
“一橋一策”造就新速度
“福廈高鐵就是一座橋梁博物館，我們遇到了各種復雜橋型。”中國鐵建鐵四院橋梁院福廈高鐵主管工程師王德志介紹，福廈高鐵先后跨越湄洲灣、泉州灣、安海灣三個海灣，上跨多條高等級公路和既有鐵路，正線新建橋梁170座，長度共計181公里，占比65.3%。
“福廈高鐵三座跨海大橋各有風采。”王德志說，首屈一指的是泉州灣跨海大橋。2021年7月合龍的泉州灣大橋，全長20.3公里，主跨400米。它不僅是國內首座跨海高速鐵路橋，也是世界上首座行車時速超過300公里的大跨度跨海斜拉鐵路橋。
泉州灣鐵路橋緊挨著一座已建成的公路橋，兩橋最近距離僅28.7米，這也帶來了新的挑戰。“新橋要盡量和老橋對孔布置，使水流通暢、減少風干擾，也更美觀，因此很多常規設計需要突破。”嚴愛國說，比如，在國內鐵路橋上首次采用無支座整體式橋梁，既適應外觀要求，也能滿足速度及抗震等要求；為了保持和公路橋主跨一致，鐵路橋主橋選擇了400米的“大跨”結構……
此外，泉州灣跨海大橋在軌道上也進行了創新。鐵軌下面一般都是碎石道床，這種有砟軌道最高運營速度只有250公里。而無砟軌道采用混凝土、瀝青混合料等整體基礎的軌道結構，時速更高。但是，相較于陸地，在大跨度的橋梁上鋪設無砟軌道并通行高鐵，對橋梁的結構剛度、徐變變形等要求極高。這在國外沒有先例。
湄洲灣跨海大橋長14.7公里，海域施工長10.8公里，是國內首座跨海高鐵矮塔斜拉橋。出于對當地傳統文化的保護，減少對湄洲灣自然環境的擾動，在2021年11月13日合龍的湄洲灣跨海大橋設計中，橋梁設計師們采用主跨180米預應力混凝土連續鋼構部分斜拉橋，跨越3000噸級主航道，索塔采用雙柱式橋塔，打造了湄洲灣獨特的橋梁景觀。
高鐵橋突破江海阻隔
“從跨江大橋到跨海大橋，高鐵橋早已突破江海阻隔。”王德志介紹，2020年底建設通車的平潭海峽鐵路公鐵大橋，是我國首座跨海公鐵兩用大橋。到了福廈高鐵，從開始謀劃到施工至今，橋梁工程師們“十年磨一劍”，開展海上大跨度簡支梁建造技術等多項專題研究，應用多種新型橋梁結構，造就我國跨海高鐵橋的新速度。
福廈高鐵在跨海大橋技術上的突破，不僅僅是將350公里時速高鐵技術從陸地搬到了海上，也不僅僅是鐵路橋從江到海的跨越，更代表我國鐵路橋質的飛躍，對于未來發展有著重要的推動作用。
新中國有70多年的建橋歷史，但鐵路跨海工程起步較晚。雖然起步晚，但很快就走上了快速發展的道路。2005年開工建設的溫福、甬臺溫鐵路開啟了我國沿海、跨海鐵路橋梁建設的序幕。
僅十幾年時間，我國跨海高鐵橋梁長度越來越長、跨度越來越大、結構越來越多樣。嚴愛國說，目前國內設計的高鐵橋最大跨度已超過1000米。
高鐵跨海橋的發展，與國家發展的歷史進程緊密結合。黨的十八大提出建設海洋強國，2016年修編的《中長期鐵路網規劃》實施，沿海鐵路進入快速發展的新時期。隨著“八縱八橫”高速鐵路主通道以及沿海普速鐵路的陸續開建或建成，我國開始建造更大規模的沿海、跨海鐵路大橋，并逐步拓展到大型海灣、海峽等寬闊海域。隨著我國經濟發展不斷穩步前行，高鐵跨海橋也將迎來更廣闊的發展空間。
本報記者 齊 慧