深水区引桥结构图
(图源:铁四院严爱国团队)
与此同时,工程团队还将桥上轨道线形施工误差精准控制在5毫米以内——轨道毫米级的铺设精度不仅让列车行驶更加安全,还能进一步确保轨道平顺性。
实现了“稳”之后,还想要“快”。所以,为扫清列车在又长又大的跨海大桥上的“限速点”,泉州湾跨海大桥引桥采用双块式无砟轨道,而通航孔主桥在国内外斜拉桥上首次采用了聚氨酯固化道床结构“固定”道砟。
砟,在铁路中指铁轨周围的小石块。高铁轨道分为“有砟”和“无砟”轨道两种形式:有砟轨道钢轨与枕木固定起来后架在碎石铺设的路基上,通过道床“小碎石”支撑帮助钢轨承重,同时这些“小碎石”还可以起到减震、减噪和增加透水性等功能。但是其保养成本高,而且易导致碎石飞溅。这种轨道一般多用于普通列车,因为普通列车运行速度较低,但是高速列车的运行速度最高可以达到350公里/小时,如果在有砟轨道上运行,不但会造成碎石飞溅,还容易因轨道的随时位移而导致恶性事故发生。
不过,在泉州湾跨海大桥上,有砟也可以跑出无砟的“惊艳”。泉州湾大桥的通航孔主桥在国内外斜拉桥上首次采用了聚氨酯固化道床结构“固定”道砟。当高铁在海湾强风环境下以350公里时速通过大桥时,不仅有效避免碎石道砟飞溅,危及列车安全,也确保了列车90秒即可平稳跨过海面。
与之不同的是,泉州湾跨海大桥的引桥采用双块式无砟轨道。无砟轨道,即不铺砟石,用混凝土底座板及道床板取而代之。相比之下,无砟轨道的平整度更高、稳定性更强,且通过无砟轨道时不需减速,堪称“如履平地”。
泉州湾跨海大桥引桥铺设的双块式无砟轨道
(图源:铁四院严爱国团队)
以锈制锈,解大桥防腐问题除了强风,跨海高铁还面临着高湿、高盐、强紫外线的强腐蚀海洋大气环境。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,很难达到标准。”中国铁建铁四院福厦高铁泉州湾跨海大桥设计负责人曾甲华介绍。
针对此问题,严爱国及其团队创新采用了钢梁超长耐久防腐涂装体系。该体系用石墨烯纳米材料改性鳞片型醇溶无机富锌底漆和超耐候氟碳面漆,耐盐雾性和耐人工加速老化性为现有技术的3倍以上,可实现钢结构在海洋腐蚀大气环境下30年以上的超长寿命耐久目标,高于港珠澳大桥25年的设计防腐寿命。
“这是目前国内外设计防腐寿命最长的防腐涂装体系,将实现我国钢梁防腐涂装体系30年超长防腐寿命的技术突破。”严爱国告诉《财经》记者。
铁四院联合鞍钢集团钢铁研究院等单位对耐海洋大气腐蚀镍系桥梁钢及其应用技术进行研发,阻止氯离子渗透,镍系桥梁钢的表面在高腐蚀的海洋大气环境下会自动形成美观且致密的锈层——“以锈制锈”的理念,不仅可实现长效防腐,还可以缩短制造工期。
耐海洋大气腐蚀镍系桥梁钢
(图源:铁四院严爱国团队)
最巧妙的是,大桥褐色的锈层还能与自然环境相协调,实现“免涂装·绿色耐久·锈色之美”的绿色全寿命设计,尽显自然生态锈色之美。
中国人对美的追求不止于此。为实现桥梁形态与海湾环境的协调,达到桥梁“结构美、造型美、和谐美、变化美”的目标,工程团队联合美术院校开展景观专题设计,采用贝壳形曲线桥塔,兼顾结构合理和建筑美学。