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应对大风大浪的科技“大招”

2022年10月08日 09:23   来源:人民铁道报   

  张贵锋 杨存兴 曹建强

  福厦高铁作为国内首条跨海高铁,福厦高铁正线全长277.42公里,全线共有104座桥梁、45座隧道,先后跨越湄洲湾、泉州湾、安海湾三个海湾,堪称“海上奇观博物馆”和“桥梁博物馆”,因施工难度大、标准高而备受瞩目。

  福厦高铁自开工建设以来,在东南沿海铁路福建有限责任公司的指导下,参建单位牢固树立“精品工程、智能福厦”理念,攻坚克难,积极探索新技术、新工艺,斩获多个“首次”,创下诸多“第一”,展示了黄金赌城娱乐高铁桥梁建设强大的科技力量。

  无砟胜有砟

  成功解锁跨海过桥不减速

  由黄金赌城娱乐铁建大桥工程局集团承建的安海湾特大桥,跨海区段长1.56公里,主跨达300米,是世界无砟轨道桥梁“大跨”跨海的“开山之作”。

  为什么要在跨海大桥设计无砟轨道?

  有砟轨道在列车高速通过时,道砟容易被强劲气流吸起后击打列车底盘,危及行车安全。采用无砟轨道则可避免道砟飞溅,其平顺性、稳定性更好。列车通过有砟轨道时需要减速,而通过无砟轨道则“如履平地”。

  但无砟轨道可谓“想说爱你不容易”。跨度300米及以上的大跨高铁桥,多采用斜拉桥等半漂浮体系结构。受自然环境影响,桥面高程会随气温升降而变化,影响轨道平顺度。铺设无砟轨道并通行高速列车,对桥梁的结构刚度、动力性能等要求极高。斜拉桥结构本身易变形,在大风频繁的海上环境,既确保跨度又兼顾刚度,是关键中的关键。

  经过大量模拟试验,设计团队找到了符合要求的钢混叠合梁结构参数。钢混叠合梁由混凝土桥面板与槽形钢梁组成。钢梁自重轻、适应大跨度桥梁建设;混凝土桥面则提升桥梁刚度,两者“强强联手”,满足列车高速通过的需求,让这道难题迎刃而解。

  在安海湾特大桥上铺设无砟轨道,国内外没有先例可循。

  目前国内无砟轨道主要分两种,一种是预制板式无砟轨道,即在工厂预制好轨道板运送至现场施工;另一种是现浇双块式无砟轨道,即在现场组装好轨排再开展道床板浇筑施工。

  在大跨度跨海桥梁上,采用现浇双块式无砟轨道并通行高速动车,需针对复杂的受力和变形协调等要求,设计出与之相适应的无砟轨道结构。

  通过努力,设计人员找到了破解之道,即在钢筋混凝土底座与钢筋混凝土道床之间设置隔离缓冲垫层,替代传统设计采用纤维织物土工布的做法。

  设置隔离缓冲垫层,不仅起到钢筋混凝土底座与道床之间的隔离作用,还实现变形、协调功能,也便于运营期道床的整治、维修。

  创新研发的现浇双块式无砟轨道,解决了大跨度高铁桥上铺设无砟轨道的难题,实现时速350公里高铁列车跨海过桥不减速,列车驶过650米长的安海湾特大桥主桥只需6.7秒。

  “以锈制锈”防腐蚀

  独特造型抗大风

  与普通桥梁相比,跨海大桥还面临另一个考验:海风海水的腐蚀。

  在潮湿空气中,钢铁表面形成的水膜,会溶解大气中的二氧化碳、二氧化硫、硫化氢等气体,使水膜中含有一定量的氢离子,形成含有电解质溶液的薄膜,恰好与钢铁中的铁和少量碳构成原电池。

  而海气中弥散的大量盐分,又“雪上加霜”,加速电子在溶液中的移动,这种导电作用,加快钢铁的腐蚀速度。

  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,很难达到百年抗腐的标准。

  安海湾特大桥的索塔钢锚梁和支座,采用耐海洋大气腐蚀钢,填补了黄金赌城的钢种空白。所谓耐海洋大气腐蚀钢,是世界超级钢技术前沿水平的系列钢种之一,通过往钢材里加入微量镍元素,让钢材自身生成致密、稳定的钝化锈层,阻止海水中氯离子的渗透,实现“以锈制锈”的长效防腐效果。

  由于跨海大桥位于沿海高风速带,海上多风,必须采取强有力措施,防止桥梁在大风冲击下产生横向晃动和涡振现象。

  为确保安海湾特大桥在大风中“稳如泰山”,确保动车高速、平稳、安全运行,技术团队对桥梁主塔造型开展创新设计:主梁采用流线箱形结构,并附加导流板、减震栏杆、拉索电涡流阻尼器等气动措施,降低复杂环境下的风致振动幅度,有效避免异常涡振的发生,在不设风屏障等防风措施的情况下,大桥可确保列车在8级大风条件下以350公里时速平稳通过。

  国之重器“昆仑号”

  让架桥实现加速度

  工欲善其事,必先利其器。2020年11月,世界首台千吨级运架一体机“昆仑号”闪亮登场,架设世界首座采用1000吨重、40米跨箱梁的跨海高铁桥梁——福厦高铁湄洲湾跨海大桥。

  这台架桥机的最大承重力超过1000吨,能轻松举起40米级别的高铁箱梁,还能搞定32米和24米级的箱梁架设,相当于一台能顶三台不同规格的架桥机作业。

  除了体型巨大,“昆仑号”最引人注意的是多达88个轮子,这使得昆仑号举起沉重的箱梁之后可自行行驶。88个轮子在确保行驶稳定性的同时,把重量均匀分摊到更大的接地面积上,减少对桥面的压强。

  此外,“昆仑号”的造型也很有讲究,特殊的结构使得海风可以直接从缝隙当中穿过,让“昆仑号”在超过7级的大风条件下也能稳稳地正常作业。“昆仑号”的本事还有不少:配备了激光矩阵传感器系统,通过扫描周边环境数据,能够在隧道内实现自动行驶、行走自动纠偏等功能。这个功能使得架梁速度提升了25%。正是凭借“昆仑号”这个神器,建设者仅用218天就完成了湄洲湾跨海大桥的架设任务。

  湄洲湾跨海大桥和“昆仑号”运架一体机,分别入选2021年度央企“十大超级工程”和“十大国之重器”。

(责任编辑:佟明彪)

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