9月15日，世界橋梁領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)中國鐵建第四勘察設計院集團有限公司(簡稱“鐵四院”)福廈高鐵指揮長李平卓介紹，福廈高鐵泉州灣跨海大橋全長20.3公里、主跨400米，是國內外首座高鐵跨海大橋;設計行車時速達350公里，為世界最高;世界第四長跨海鐵路大橋;全球首座采用免涂裝耐候鋼的大型跨海工程。

以時速350公里速度行駛，大橋設計如何在臺風下保持穩(wěn)固?如何解決渦振?大海洋環(huán)境下，腐蝕問題怎么處理?大地震來了，橋梁能經(jīng)受住嗎?

“大橋設計面臨多項技術挑戰(zhàn)。”鐵四院福廈高鐵泉州灣跨海大橋設計負責人曾甲華說，跨海高鐵大橋，設計最關鍵是抗風以及保持高速行駛，否則橋梁會因風產(chǎn)生嚴重的橫向晃動和上下震幅(渦振)現(xiàn)象。

泉州灣位于沿海高風速帶，風速大，風況復雜，全年6級及以上風力天數(shù)達91天。鐵四院技術團隊在大橋設計中采用大量新結構和新技術。

“設計主梁采用流線箱形結構;通航孔主橋采用主跨400米雙塔鋼-混組合梁斜拉橋，兩側深水區(qū)引橋總長約4.3公里、采用3-70米無支座整體式剛構橋，為國內外鐵路橋梁首次采用。”中國鐵建鐵四院橋梁院總工程師嚴愛國說。

這些結構設計，使風場漩渦流暢繞開橋體，減少了復雜風環(huán)境下的風致振動，避免了虎門大橋等國內橋梁今年發(fā)生的異常渦振現(xiàn)象。根據(jù)系列風洞試驗等驗證，泉州灣跨海大橋可抵抗12級強臺風，渦激振動幅度控制在驚人的5毫米以內。

新結構、新技術的采用，使福廈高鐵達到全線時速350公里運營目標，過跨海大橋不再減速，達到在不設風屏障等防風措施下，動車在8級大風下以時速350公里速度行駛不限速、11級暴風下不封閉交通的目標。

除了抗風，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效防腐耐久?這是設計面臨的又一個難題。

針對海洋環(huán)境下橋梁重要結構的銹蝕問題，鐵四院設計團隊聯(lián)合鞍鋼集團，在全國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，適應了高鹽高濕的海洋腐蝕大氣環(huán)境。

“通過反復比選和驗證試驗，成功研制了鎳系耐海洋大氣腐蝕鋼、配套高強螺栓及焊接材料，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。”嚴愛國說，項目課題成果體現(xiàn)“以銹制銹”理念，達到海洋環(huán)境下橋梁全壽命期的長效防腐效果。

鞍鋼集團鋼鐵研究院結構鋼室主任楊穎教授級高工表示，福廈高鐵泉州灣跨海大橋項目，打破了免涂裝耐候鋼只能應用在普通大氣環(huán)境和濱海環(huán)境(離海岸線1公里以上)的世界技術格局，推動了世界耐候鋼橋的發(fā)展，實現(xiàn)“免涂裝、綠色耐久、銹色之美”的綠色全壽命設計。

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

如何解決長聯(lián)高墩跨海大橋的抗震設計難題?

“設計團隊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;采用無支座整體剛構橋，實現(xiàn)長聯(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)長聯(lián)高墩大跨橋梁的抗震設計難題。”曾甲華說。

福廈高鐵泉州灣大橋設計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)濟第一強市、古代海上絲綢之路的起點及當時的東方第一大港”，將在21世紀海上絲綢之路的發(fā)展契機下，揚帆起航，重現(xiàn)海上貿(mào)易和世界大港的輝煌。

專家認為，福廈高鐵泉州灣跨海大橋將推動我國大跨度高速鐵路、跨海橋梁的技術發(fā)展，成為中國高速鐵路2.0版的代表性工程之一、世界橋梁領域的里程碑式工程。